東莞監獄增容擴建工程堤防加固方案比選研究

何鶴彬

(東莞市水務技術中心，廣東 東莞 523000)

在擴建過程中，堤防加固是一個關鍵環節，它直接影響著監獄區域的安全和穩定。因此，選擇合適的堤防加固方案對于保障工程的成功實施至關重要。通過對不同的堤防加固方案進行比選研究，可以綜合考慮技術性、經濟性和可行性等方面的因素，選出最優的方案。本研究旨在為東莞監獄增容擴建工程的堤防加固提供科學的決策支持，確保工程的安全性和可持續性。

1 工程概況

廣東省東莞監獄位于廣東省東莞市石龍鎮和石碣鎮的交界處，為了保護監獄區域免受洪水侵襲，進行了防洪工程建設。通過修筑防洪堤沿著東江北干流右岸(D0+000～D0+761)的區域，使得監獄的洪水標準達到50年一遇。主要的建設內容包括防洪堤的修建，總長度約為761m；在堤頂上設立了寬度逐漸變化的巡堤路和人行道，巡堤路的總長度約為931m；此外，還重建了監獄河堤巡查值班室，占地面積約為105m2。

通過這些防洪工程的建設，廣東省東莞監獄成功地提高了其對洪水的抵抗能力，保障了監獄區域的安全。這些工程的實施不僅有助于監獄的正常運行和管理，也為監獄的發展提供了堅實的基礎。隨著廣東省東莞監獄的不斷完善和發展，相信將為社會安全和犯罪改造事業作出更大的貢獻。

2 防洪堤與巡堤路加固方案比選

2.1 堤防布置選定

本次防洪堤達標加固，本著盡量維持原有河道自然生態環境、緊密結合監獄區“十二五”規劃、減少征地拆遷的原則，堤防布置基本沿原有走向，本工程堤防在基本不改變現狀堤線的情況下根據水文水力計算適當加高。

2.2 堤防加固斷面選擇

對堤防達標加固，應從地形條件、過水斷面、征地拆遷難易程度、工程造價及環境景觀等綜合分析比較，選擇河道斷面形式。根據該段防洪堤的規劃堤腳線與規劃堤邊線的位置關系，同時結合堤岸結構親水性較好的原則，本次堤防達標加固的斷面型式采用直斜結合的復式斷面。

一般地，垂直護岸支護形式有重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻、U形預應力混凝土板樁以及樁板式擋墻斷面結構。根據本工程地質勘察報告，設計擋墻基礎落在粉質粘土層，局部夾雜淤泥質土，地基承載力不滿足擋墻基底應力要求，地基土層需要加固。同時，垂直擋墻需要進行水下開挖施工，施工難度大，施工質量難以保證，所以，本工程選取U形預應力混凝土板樁以及樁板式擋墻進行技術經濟比選。

2.2.1方案一：U形預應力混凝土板樁方案

堤頂設14m漸變到6m寬巡堤路和3m寬的人行道，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設1.5寬親水平臺，堤腳設U形預應力混凝土板樁，板樁的型號為U-CS-600-Ⅰ-17，樁長17m，嵌入土層深度13.3m，樁頂設帽梁0.8m×0.8m。U形預應力混凝土板樁結構尺寸如圖1所示。

圖1 U形預應力混凝土板樁結構尺寸

2.2.2方案二：樁板式擋墻方案

堤頂設14m漸變到6m寬巡堤路和3m寬的人行道，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設1.5m寬親水平臺，堤腳設樁板式擋墻，樁板式擋墻高3.74m，樁身直徑1.2m，樁中心間距1.4m，樁長14m，嵌入土層深8.66m，樁頂設冠梁1.2m×0.8m。為便于施工，需樁外側填筑施工平臺，施工平臺頂寬5m，按1∶1.5放坡。樁板式擋墻結構尺寸如圖2所示。

圖2 樁板式擋墻結構尺寸

在工程投資方面，U形預應力混凝土板樁的工程造價較樁板式擋墻少；在施工方面，灌注樁需要現場鉆孔成樁，施工工期較長，施工機械大，施工噪音大，對堤岸廠區影響大，見表1。綜合以上兩個方面，本段堤防加固采用U形預應力混凝土板樁方案進行支護。

表1 U形預應力混凝土板樁與樁板式擋墻投資對比表(按護岸長度14m計)

2.3 U型混凝土板樁原理及工藝

2.3.1U型混凝土板樁原理

U型混凝土板樁的兩側采用凹凸榫設計，是一種相互嵌入的結構，既有利于U型混凝土管樁整齊有序地安裝到基礎中，又有利于每個U型混凝土木樁之間緊密可靠的連接。榫上預裝彈性止水橡膠，可滿足一般水利工程的密封要求。如果有更高的要求，灌漿也可以用于密封。

U型混凝土板樁端部的榫側被切割成斜角，沉樁工藝的施工工藝原理是通過后打板樁榫側的斜角與前打板樁的凹榫側對齊并垂直插入。沉樁過程中，基礎反作用力對凸榫側斜面產生向上擠壓壓力，擠壓凹凸榫之間的相對表面，使每個U形混凝土板樁整體連接穩定、緊密、可靠。

2.3.2U型混凝土板樁施工工藝

根據現場地質條件和施工環境，選用PC400液壓振動錘、履帶式長臂起重機、鋼導架等施工設備進行U型混凝土板樁沉樁施工。施工前，根據地質條件、施工環境和板樁模型，綜合選擇了振動錘的功率和頻率、起重機吊裝參數、鋼絲模型等各種參數。U型混凝土板樁沉樁時，每道工序應連續可靠地進行，工藝流程如圖3所示。

圖3 U型混凝土板樁施工流程

3 防洪堤U型混凝土板樁加固工程

根據比選方案及U型混凝土板樁施工技術原理及流程，本工程對樁號D0+000.00～D0+022.17、D0+167.78～D0+239.96、D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56進行加固施工。

3.1 樁號D0+000.00～D0+022.17

該段堤防位于新建堤防與已達標堤防的銜接處，堤頂路寬14m，人行道寬3m，行車道與人行道中間約有7m寬的綠化空地，堤頂處設有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，堤腳處采用U形預應力混凝土板樁支護，樁長為17m，樁頂設有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。綠化空地及坡面綠化部分詳景觀二次設計。本段斷面結構尺寸如圖4所示。

圖4 樁號D0+000.00～D0+022.17斷面結構尺寸

3.2 樁號D0+167.78～D0+239.96

該段堤防設計采用直斜結合的復式斷面型式，堤頂路寬6m，人行道寬3m，堤頂處設有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，坡腳處設有C20砼重力式擋土墻，常水位以上1m設有1.5m寬的親水步道，堤腳處采用U形預應力混凝土板樁支護，樁長為17m，樁頂設有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。坡面綠化部分詳景觀二次設計。本段斷面結構尺寸如圖5所示。

圖5 樁號D0+167.78～D0+239.96斷面結構尺寸

3.3 樁號D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56

該段堤防設計采用直斜結合的復式斷面型式，堤頂路寬6m，人行道寬3m，堤頂處設有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設有1.5m寬的親水步道，親水步道與坡腳設有約7.3m寬的綠化空地，堤腳處采用U形預應力混凝土板樁支護，樁長為17m，樁頂設有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。綠化空地及坡面綠化部分詳景觀二次設計。本段斷面結構尺寸如圖6所示。

圖6 樁號D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56斷面結構尺寸

4 堤頂高程確定

根據GB 50286—2013《堤防工程設計規范》，堤頂高程應按設計洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高應按下式計算確定。

Y=R+e+A

式中，Y—堤頂超高，m；R—設計波浪爬高，m；e—設計風壅增水高度，m；A—安全加高，m。

其中安全加高根據GB 50286—2013中表3.2.1，允許越浪的3級堤防工程安全加高值取0.4m。堤防超高計算結果見表2—3。

表2 風浪要素計算表

表3 堤頂超高計算結果

因此本工程堤頂高程按照外江現狀洪潮水位加1.1m確定。

5 U形預應力混凝土板樁穩定計算

5.1 計算工況及荷載組合

根據SL 379—2007《水工擋土墻設計規范》中的相關規定，本次計算分析了以下兩種工況，一是完建工況：擋土墻上、下游均無水，設計荷載為擋土墻結構自重、墻后填土重及填土表面連續均布的活荷載等；二是水位驟降工況：運行期墻前有水位降落，即擋土墻墻后設計洪水位，當墻前水位驟降0.5m。設計荷載為擋土墻結構自重、墻后填土重、相應水位的靜水壓力及填土表面連續均布的活荷載等。

5.2 安全系數的選取

根據GB 50201—2014《防洪標準》、SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》及GB/T 50805—2012《城市防洪工程設計規范》有關規定，確定本工程主要建筑物級別為3級。

根據JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》的規定，確定U形預應力混凝土板樁的安全支護等級為二級：嵌固穩定安全系數取1.2；整體穩定安全系數取1.3；抗隆起安全系數取1.6。

根據SL 379—200的規定，確定U形預應力混凝土板樁擋墻的級別為3級：抗傾覆安全系數，土質地基條件下，基本組合1.50；特殊組合1.40。

5.3 計算斷面選取

根據地質報告及設計斷面選取兩個典型斷面進行穩定計算，分別為D0+158.77、D0+697.72。

5.4 計算方法及成果

采用《理正深基坑7.0PB1》軟件中排樁支護設計來進行U形預應力混凝土板樁的穩定計算，計算結果見表4。

由上表得，U形預應力混凝土板樁整體抗滑穩定、嵌固穩定、抗傾覆穩定及抗隆起穩定均滿足規范要求，U形預應力混凝土板樁的結構是安全穩定的。

6 結語

通過對廣東省東莞監獄增容擴建工程中堤防加固方案的比選研究，確定了最佳的堤防加固方案，這將確保工程的安全性和可持續性。其次，該研究為東莞監獄的增容擴建工程提供了重要的指導意義，為決策者提供了有效的參考和依據。但仍需要綜合考慮當地條件，并進行詳細的技術和經濟評估。