小清河復航工程軟土邊坡護岸型式探析

李念平，王召勝

（山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南 250100）

1 引言

小清河復航工程是山東省內河航道“一縱三橫”高等級航道網規劃中的重要“一橫”。工程全長169.2 km，西起濟南市荷花路小清河橋下游，東至濰坊港西港區羊口作業區，按Ⅲ級航道標準設計建設。為維護小清河兩岸生態、加強水土保持、減少航道維護費用，工程全航道設置護岸，護岸工程投資約占工程總投資的10%。護岸工程一級護坡原設計采用200 mm厚C25F150模袋混凝土護坡方案，該方案可帶水施工，施工快、工期短，可以滿足工程防汛和工期要求。施工中，發現河道兩岸的部分粉砂、粉土段岸坡失穩變形、沿水位線大面積塌陷，嚴重影響模袋混凝土護坡的施工進度和質量。因此，護岸工程設計需綜合考慮工程地質、工程造價、水文景觀、建設工期、河道管理等因素，進一步優化護岸結構，比選確定適用的護岸型式。

2 軟土地質分析

小清河流域位于黃河下游以南、泰魯沂山地以北之間的區域，屬于泰魯沂山區山前傾斜平原與黃泛平原交接的平原洼地，小清河復航段河道沿河地層基本為第四系松散堆積物覆蓋。小清河復航工程軟土地質段長約35 km，地表為素填土，表層以下自上而下為粉土、粉砂等細粒無黏性土。施工水位以上局部存在較薄的粉質、淤泥質層，施工水位至航道底高程之間存在典型的粉土和粉砂土層。粉土、粉砂土層由大量細砂粒、粉粒及少量黏粒組成，顆粒級配不良、粘結性較差，遇水易流變、遇震動易液化，土體的承載力低、穩定性差。同時，護岸工程施工水位高于航道底高程2～3 m，粉土、粉砂土邊坡在水流擾動、地下水揚壓力、雨水沖刷等作用下極易沿水位線發生大面積坍塌破壞。

3 護岸設計方案分析

3.1 設計方案

護岸工程設計應以保持邊坡穩定、保護原有生態為出發點，盡量少征地、少拆遷、少筑圍堰。護岸結構設計方案應經濟合理，保障施工質量、安全和進度，兼顧施工便利，滿足綜合管理需要。為解決軟土邊坡塌陷問題，擬采取以下4種方案。

（1）方案1，鋼板樁圍堰+現澆混凝土護坡。在齒墻靠近航道一側布設鋼板樁圍堰、施工水位線以上的岸坡上布設降水管井，止水、降水共同作用為邊坡和齒墻提供干地施工條件。齒墻、護坡、壓頂板均采用C25F150 現澆混凝土，齒墻尺寸為1 500 mm×800 mm（深×寬）；護坡現澆混凝土厚200 mm，澆筑前自下而上依次鋪設30 mm 中粗砂、400 g/m2土工布、100 mm 碎石墊層；壓頂板下設置水平向排水管，消除戧臺以上土體的揚壓力。

（2）方案2，鋼板樁圍堰+模袋混凝土護坡。鋼板樁圍堰和降水管井布設及作用同方案1。護坡采用200 mm厚C25F150模袋混凝土，相鄰模袋之間縫制牢固。模袋混凝土底部接縫處設置反濾層，采用400 g/m2無紡土工布，土工布寬2 000 mm、每側搭接100 mm。在護坡底部，模袋混凝土向下延伸鋪設至航道底高程以下600 mm、平鋪2 000 mm寬；在一級護坡頂部的戧臺處，模袋混凝土下埋600 mm，并采用C25F150混凝土壓頂板，壓頂板下設置水平向排水管。

（3）方案3，拋石補坡+模袋混凝土護坡。在護坡底部航道底高程處，設置2 000 mm 寬水平段拋石作為護腳。在護腳及岸坡塌陷處鋪設400 g/m2無紡土工布作為反濾層，拋填塊石修補坡面、反壓固坡，按1∶3整平邊坡后，采取水下施工方式，鋪設200 mm厚C25F150模袋混凝土。模袋混凝土鋪設、搭接、壓頂板等設計參數和技術要求同方案2。

（4）方案4，直立式板樁護坡。在戧臺臨河側插打12 m 長的U 形先張法預應力混凝土板樁，形成直立式護岸結構，避免帶水施工。預應力板樁采用C60 混凝土，單樁寬1 230 mm、截面厚700 mm、板厚160 mm，板樁截面面積0.314 m2。板樁懸臂處設排水管，消除板樁后方土體的揚壓力。板樁頂部設置900 mm×600 mm的冠梁，板樁樁體嵌入冠梁300 mm、主受力鋼棒與冠梁鋼筋焊接，便于板樁整體結構受力。鑒于小清河50 a一遇沖刷深度為1.42～1.52 m，航道開挖時，在板樁臨水面預留1∶5的邊坡，內坡腳底部可提供約1.5 m厚的防沖刷土層。

3.2 方案分析

方案1、方案2均采用鋼板樁圍堰止水和管井降水措施，形成干地或半干地施工條件，維持軟土邊坡穩定，便于邊坡開挖、整理和后續項目施工。其不同之處為，方案1 采用現澆混凝土護坡，方案2 采用模袋混凝土護坡。方案1 的優點為施工技術成熟、質量穩定，結構整體性強、耐久性好，設置縱向、橫向分縫后具有一定的柔性，不易發生大范圍損壞；缺點為需要干地施工條件，對止水、降水要求高。方案2的優點為對止水、降水要求低，可帶水施工，施工便利、工期較短；缺點為整體性差、施工精度不高，施工質量不易把控，護坡可能發生大面積破壞。方案1、方案2每延米降排水措施費用、護坡結構費用相近，方案1 在結構性上較優，方案2 在施工便利性上較優。為充分發揮方案1 和方案2 的優點，方案1 和方案2可設置在航道未完全開挖至底高程和邊坡未開挖的區段，在坡底航道處預留的土埂中布設鋼板樁圍堰，增強圍堰止水效果，降低圍堰擋水高度、施工難度和成本。方案1 和方案2 不適用于已完成航道全斷面疏浚和邊坡整理的區段，此時需在水中施打鋼板樁圍堰，對圍堰止水性能和擋水高度要求較高，且圍堰施工成本高、難度較大、工期較長。

方案3 采用模袋混凝土護坡，該結構優勢與方案2相近，施工便利、工期較短。該方案最大優勢為每延米造價最低、經濟性最優，配合原一級護坡設計方案施工時配套設施少、投入低。該方案缺點同方案2，同時拋石段的邊坡處理較費工時。

方案4 采用直立式板樁，僅需在戧臺臨河側插打預應力混凝土板樁，戧臺位于施工水位以上，施工便捷、工期較短。該方案優點、缺點都很明顯，優點為不需要止水、降水措施和水下整理邊坡，施工后形成親水平臺，景觀效果較好；缺點為造價較高，每延米造價較方案1、方案2 高約44%，較方案3 高81%。由于該方案景觀效果優于前3 種方案，可結合城市建設規劃用于城區段，與二級護坡構成生態護岸，形成沿河風景帶。

3.3 方案確定

通過典型斷面分析和造價測算，上述4 種護岸每延米造價詳見表1。

表1 4種護岸造價對比 元/延米

綜合考慮自然條件、生態環境、施工方式、使用要求等因素，小清河復航工程35 km 軟土地質段可分3 種情況選用護岸方案。其中，3 km 未完成航道疏浚和邊坡整理的區段土方工程量大，宜采用方案1 或方案2，通過布設鋼板樁圍堰，加快土方挖運和護坡等的施工；25 km 已完成航道疏浚和邊坡整理的鄉村區段宜采用方案3，采用拋石補坡、護坡維持水下邊坡穩定，在保障地下水位以上護坡施工質量和進度的同時，可最大限度地節省投資；7 km 城區段有生態景觀需求，施工環境相對復雜，對環境保護、水土保持、安全文明施工等要求較高，宜采用方案4，在保障穩妥施工的同時，提升周邊景觀。

4 結論

（1）航道護岸工程施工影響因素多、造價高，在工程實踐中，應因地制宜、結合實際，緊緊圍繞工程核心功能，優化護岸結構設計，減少占地和投資，有效保護生態、提高工程質量、降低維護成本。

（2）航道護岸工程常常需要帶水施工，相關止水、降水等措施費較高，在設計中應高度重視施工措施費對工程總造價的影響。

（3）拋石補坡+模袋混凝土護坡方案施工便利、造價較低，可作為軟土段護岸工程的主推方案。

（4）直立式板樁護坡可避免水下施工，提升景觀效果，宜與城市建設規劃相結合，布置在城區段形成沿河風光帶。今后，生態護岸將是內河護岸結構設計的發展趨勢。