預制混凝土波浪樁在分洪河道治理工程中的應用

逄雅萍,荊大榮

(山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013)

1 工程概況

孝婦河屬小清河右岸的一級支流，發源于淄博市博山區，于桓臺縣崔家村入小清河，河道全長133 km，流域總面積1733 km2。桓臺縣孝婦河流域河網水系交錯密布，人口密集，土地開發程度較高，對防洪排澇安全有很高的需求[1]。2019年受“利奇馬”臺風影響，流域內普降大雨，發生超標準洪水，加之流域內地勢低洼，堤防及沿河建筑物配套不完善，導致部分河段漫溢，造成了巨大的經濟損失。根據災后對水毀工程的調查和薄弱環節的分析，為避免或減輕極端天氣進一步造成洪災損失，山東省人民政府將孝婦河治理工程列入山東省重點水利工程建設項目清單，對孝婦河進行綜合治理，以提升孝婦河及各支流防洪排澇能力。

本次項目區位于桓臺縣孝婦河下游，治理范圍包括勝利河以及孝婦河的7條分洪道河道，治理總長度33.741 km。工程的主要任務是通過疏挖河道、構筑兩岸堤防、建設河道護岸、配套完善建筑物等工程建設，增大河道過流斷面，增強河道防洪排澇能力，以提升區域防洪減災能力。

2 護岸型式方案比選

孝婦河分洪河道原斷面狹小，險工險段較多，基本不滿足河道分洪要求。同時，河道兩岸均為農田或村鎮，放坡空間不足，為減少建設征地、方便岸坡防護施工，經論證，設計河道斷面采取下部直立擋墻護岸、上部生態護坡的復式斷面較為可行。

河道擋墻護岸常見的型式有懸臂式(扶壁式)擋土墻、預制混凝土樁[2-3]、重力式擋土墻、生態砌塊[4]等。本工程結合已建工程經驗和桓臺縣當地實際情況，擬選用懸臂式鋼筋混凝土擋墻、重力式漿砌石擋墻、預制混凝土波浪樁三種型式作方案比選。

方案Ⅰ：懸臂式鋼筋混凝土擋墻，擋墻凈高2.5 m，基礎埋深1.0 m。擋墻和基礎采用C25現澆混凝土，基礎下設C15素混凝土墊層。基礎頂部高程平設計河底。

方案Ⅱ：重力式漿砌石擋墻，擋墻凈高2.5 m，基礎埋深0.5 m，墻趾深1.0 m。擋墻迎水面坡比為1∶0.1，背水面坡比為1∶0.4。擋墻從河底每隔1.0 m設Φ50排水管，管后設0.1 m厚碎石反濾層，管口包裹200 g/m2土工布。基礎頂部高程平設計河底。

方案Ⅲ：預制混凝土波浪樁，波浪樁河底以上防護高度2.5 m，河底以下嵌固深度4.5 m。樁身混凝土強度為C60，樁徑728 mm，樁后鋪設土工布，并在樁體與岸坡之間填充中粗砂反濾層。樁頂采用C30現澆混凝土冠梁連接，冠梁每隔10 m 設置橫縫1道，縫寬2.0 cm。波浪樁護岸典型斷面圖與波浪樁護岸平面示意圖見圖1～圖2。

圖1 波浪樁護岸典型斷面圖(單位:mm)

圖2 波浪樁護岸平面示意圖(單位:mm)

三種護岸方案比選情況詳見表1。

表1 護岸設計方案比較

經對比分析，預制混凝土波浪樁方案投資較省，具有地下水位無影響，土方開挖少，作業面小，施工簡單，施工周期短，透水性好，外觀造型美觀等優勢。項目區內地勢低洼平坦，受下游小清河水位的頂托，分洪河道兩岸地下水位較高，河道內枯水季水位也較高，且地下水對混凝土具有硫酸鹽型弱～強腐蝕性。根據工程地質勘察報告，場區揭露的地層主要為第四系全新統沖積的淤泥和沖積洪積堆積的壤土、砂壤土、細砂等，邊坡穩定性較差，易出現坍塌，不利于施工開挖放坡，施工難度較大。綜合以上現狀條件和方案對比，本次河道護岸工程采用預制混凝土波浪樁護岸。

3 波浪樁護岸設計及施工要點

3.1 護岸結構設計

本次工程在河道臨水側設置預制混凝土波浪樁，以除澇水位和地下高水位的高值作為護岸高度，分別選用樁長為5.5 m、7.0 m和9.0 m三種規格的波浪樁。河底以上防護高度為2.0 m、2.5 m和3.0 m，河底以下嵌固深度為3.5 m、4.5 m和6.0 m。樁身混凝土強度為C60，樁頂采用C30現澆混凝土冠梁連接。樁徑728 mm，樁體呈直線型布置，樁后鋪設土工布，并在樁體與岸坡之間填充10 cm厚中粗砂反濾層；反濾層深度同河道防護高度。冠梁每隔10 m設置一道橫縫，縫寬2.0 cm，縫內填充閉孔泡沫板，縫四周為M10水泥砂漿抹縫。冠梁上部以1∶2.5的設計邊坡至設計堤頂，并在堤坡上撒播草籽進行堤坡防護。

以樁長為7.0 m的波浪樁為例，樁體具體參數詳見表2。

表2 預制混凝土波浪樁相關參數(7 m)

3.2 護岸穩定驗算

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)[5]和《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)[6]，選取3個不同防護高度的斷面，采用“理正深基坑支護結構設計軟件”進行穩定驗算，主要計算內容包括整體穩定計算、抗傾覆、抗隆起穩定驗算。在勘探深度范圍內，場區地層主要由第四系全新統沖積的淤泥、沖積洪積的砂壤土、壤土和上更新統沖積洪積堆積的壤土、砂壤土、黏土、細砂等地層組成。波浪樁穩定系數計算成果如表3。

表3 波浪樁穩定系數計算成果

根據計算結果可知，預制混凝土波浪樁護岸的整體穩定計算、抗傾覆驗算及抗隆起驗算均滿足規范要求。

3.3 施工注意要點

為保障波浪樁的施工質量，施工過程中需注意以下要點：

(1)波浪樁的混凝土強度必須達到設計混凝土強度等級方可使用。

(2)正式打樁施工前應進行試樁，確定沉樁可行性及樁頂標高是否能夠滿足設計要求。

(3)波浪樁宜采用單根依次沉樁的方法施工。

(4)施工時，應設置相應觀測點，對先期沉入的樁頂部進行位移、傾斜監測。

(5)沉樁時，需觀測波浪樁的垂直度，不得用移動機架等方法強行糾偏，樁頂標高按設計要求確定[7]。

(6)打樁過程如發生沉樁突然加速、樁頭破損、樁身傾斜、移位等異常情況，應檢查找出原因[8]。如有工程隱患，應匯同設計單位研究處理方案。

(7)施工過程應觀測已施工波浪樁的平面位移和上浮情況，發現浮樁應實施復打。

4 結 論

(1)波浪樁為工廠化生產，采用高性能混凝土，耐久性好；樁體采用機械垂直沉樁，質量可控；具有土方開挖少、施工周期短、總體施工難度小，且不需要打筑施工圍堰和基坑降排水措施等諸多優點，綜合性價比較好。

(2)項目區地下水位較高，土質松散，施工難度大。本工程波浪樁設計成果對類似地區河道護岸設計具有借鑒作用。

(3)波浪樁樁長與防護高度的關系對邊坡穩定影響明顯，合理確定波浪樁防護高度與樁長的關系，對河道護岸安全、工程造價具有重要意義，有待進一步研究。