U型板桩在堤防抢险工程中的应用

唐　洁

(上海勘测设计研究院有限公司，上海　200434)



U型板桩在堤防抢险工程中的应用

唐洁

(上海勘测设计研究院有限公司，上海200434)

本文结合工程实例，探讨了U型预应力混凝土板桩在堤防应急抢险中的应用，并创新设计出“U型预应力混凝土板桩+拖桩”的护岸结构型式。设计方案最终顺利实施并成功抵御了近年来台风的袭击，保障了周边地区的防洪安全。相关设计经验可为类似抢险工程提供参考。

堤防抢险； 护岸结构设计； U型预应力混凝土板桩+拖桩

1　前　言

堤防是防御洪水灾害的重要水利工程，对保障人民生命财产安全起着巨大作用。堤防一旦出现险情，若抢险不及时，极易酿成洪水灾害。因此，堤防的抢险工作往往迫在眉睫。为了保证抢险工期，减少施工期防洪风险，堤防抢险一般采用不设围堰的护岸型式进行施工。不设围堰的护岸桩常用钻孔灌注桩和矩形混凝土板桩，近年又出现了U型预应力混凝土板桩(以下简称U型板桩)。U型板桩已被水利部科技推广中心列入2013年水利先进实用技术重点推广指导目录，编号为TZ2013065。

U型板桩采用变截面结构设计原理、结构等效原则，受力特点与工字形受力特点一致，结构型式如图1所示。其主要优势：在加大截面高度、增大截面抗弯抵抗弯矩的同时，增加了截面宽度，达到截面结构最优化。换句话说，在受力相同情况下，U型板桩比传统的混凝土矩形板桩用料更省。同时，U型板桩具有抗弯刚度大、抗裂性好、施工速度快、曲面结构消浪效果明显及表面美观度高等优点。本文以小娘湖水毁段堤防应急抢险工程的护岸结构设计为例，通过不同护岸结构的设计方案比选，探讨U型板桩在堤防抢险工程中的应用。

图1　U型板桩剖面示意图

2　工程概况

2.1工程背景

小娘湖水毁段位于上海市青浦区淀山湖西北岸，所处位置易受东南向台风侵袭。原护岸为浆砌石挡墙结构，堤后为小娘湖，堤身单薄段较长。2012年8月，受第11号热带风暴“海葵”影响，小娘湖岸段堤防损坏、倒塌、险情严重，给周边的居民安全带来严重隐患。由于险情严重，经上海市防汛办批复同意，该水毁段将作为应急抢险工程予以实施。

2.2工程布置与规模

该应急抢险工程防洪大堤总长770m，按50年一遇防洪标准进行拆除重建。堤线基本沿老堤线走向，布置时进行了平顺连接，桩外边线较原护岸挡墙前沿线后退2m。大堤堤型采用混合式土堤断面，在临湖侧设置4m宽的消浪平台。护岸顶高程为4.00m。堤顶高程5.74m，堤顶宽9m，双向两车道，车道宽6m，两旁各1.5m的绿化带。

3　护岸结构设计

3.1设计思路

为了保证抢险工期，减少施工期防洪风险，新建护岸采用不用围堰的预制板桩护岸型式进行施工。设计方案对单排板桩、前板桩+后方桩、单排U型板桩、前U型板桩+后拖桩等结构型式进行了比选。在同等工程量的情况下，单排板桩比U型板桩刚度小，此外根据工程经验，单排板桩位移难以控制，所以单排板桩不放入比选方案。桩顶处水平变位按不大于10mm控制。

3.2护岸结构型式比选

方案一：前板桩+后方桩的高桩承台，在2.60～3.10m高程设置厚0.5m的承台，3.10～4.00m高程设置0.9m高的混凝土挡墙，底板宽2.70m，底板厚0.50m。基础第一排为C30钢筋混凝土板桩0.25m×0.5m×13m，后排设C30钢筋混凝土方桩0.3m×0.4m×13m，间距1.2m。前板桩的桩顶水平位移为7.92mm，后方桩桩顶水平位移为8.02mm。经测算单米工程费22812元。该方案承台厚度较大，板桩后方检修不方便，工程费用相对较高。

方案二：单排U型板桩断面，采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型连排板桩，桩长15m。板桩顶设置700mm×700mm带反弧帽梁，帽梁顶高程为4.00m，厚0.7m。U型板桩的水平位移为9.13mm，经测算单米工程费22084元。该方案施工速度快，对地形适应性强、抗风浪能力强、顺岸有一定消浪效果，堤后用地最省。

方案三：前U型板桩+后拖桩，前排采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型连排板桩，桩长10m。板桩顶设置700mm×700mm带反弧帽梁，帽梁顶高程为4.00m，后排采用截面400mm×600mm钢筋混凝土拖桩，拖桩间距3m，U型板桩与拖桩之间采用600mm×600mm钢筋混凝土拉梁连接，在护岸结构顶部临湖侧4.00m高程设置4.0m宽亲水平台。前U型板桩的桩顶水平位移为8.52mm，后拖桩桩顶水平位移为8.50mm。经测算单米工程费20865元。该方案施工速度快，对地形适应性强、抗风浪能力强、顺岸有一定消浪效果，整体性好，工程费用相对较低。

通过以上三个方案的对比分析可以看出：方案三 “U型板桩+拖桩”断面较经济，位移容易控制，安全性高，结构刚度分配合理、便于检修。因此，推荐方案三“前U型板桩+后拖桩”的护岸结构型式。为增加护面结构整体性，4.00m高程护面为0.15m厚钢筋混凝土，与周边结构形成整体。具体结构及位移如图2、图3所示。

图2　“前U型板桩+后拖桩”护岸结构(单位：高程m，尺寸mm)

图3　“前U型板桩+后拖桩”结构位移(单位：mm)

3.3护岸结构的沉降控制措施

U型板桩+拖桩为整体结构，由于堤身沉降较大，将在拖桩上产生负摩阻力，为防止下拉荷载引起的不利影响，设计时考虑采取以下措施：

a.将拖桩尽可能布置在老堤附近，减小筑堤引起的附加荷载，从而减少拖桩与板桩之间的沉降差。

b.拖桩桩底高程与板桩一致，减小沉降差。

c.避免将拖桩打入低压缩性的密实土层，减小下拉荷载。

d.在拉梁上选取适当的位置设置后浇带，减小不均匀沉降产生的内力。

e.考虑抢险工期紧张，施工期有可能不能设置后浇带，设计时考虑了部分不均匀沉降引起的内力，并按此加强了配筋。

f.即使不均匀沉降引起板桩与拖桩之间的拉梁开裂，也不影响“U型板桩+拖桩+拉梁”的结构体系，因拉梁中的钢筋仍然能承担拉力，对可能产生开裂的部位进行凿槽修补即可。

4　施工中注意事项

U型板桩为厂家预制，其主要要求与普通板桩大同小异，但施工中仍需注意以下事项：

a. “U型板桩+拖桩”断面的施打顺序：先将堤身断面填至4.00m高程，再进行桩基施工，最后现浇帽梁。

b.当地质条件较复杂时，采取一定的沉桩措施。

c.严格控制施工质量，避免出现个别桩脱榫现象，使单桩之间紧密结合，错落有致。

d. U型板桩采用预埋式止水条，埋于企口处，成型后在中空止水条中灌入水泥浆液，以保证止水功能和止水效果。

5　工程实施后的效果

小娘湖水毁段770m长的堤防工程主体结构已于2013年实施完毕，其U型板桩+拖桩结构成功抵御了2013年10月7日“菲特”台风的袭击。截止目前，护岸结构安全，保证了小娘湖周边地区的防洪安全。其建成后的实景如图4所示。

图4　U型板桩护岸建成实景

6　结　论

通过分析可以看出“U型板桩+拖桩”的护岸结构在堤防应急抢险中应用的优势在于不需要做围堰，可消除施工期的风险；施工工期短，采用工厂化预制模式，工地机械化施工成型，相比现场浇筑混凝土挡墙、钻孔桩等施工形式，施工工期大大缩短；整体性好，位移易控制，曲面结构消浪效果明显，适合于做应急抢险的护岸结构。其劣势在于U型板桩形成一道连续的地下墙结构，将堤前后阻隔，不适应生态堤防要求，且目前尚无接桩工艺。若能弥补这些缺点，则其在抢险工程中的应用会更具有优势。

Application of U-shaped sheet pile in dyke emergency rescue project

TANG Jie

(ShanghaiInvestigation,DesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200434,China)

In the paper, practical engineering is combined for discussing the application of U-shaped pre-stressed concrete sheet pile in dike emergency rescue. Revetment structure mode of ‘U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post’ is innovated and designed. The design plan is smoothly implemented finally and typhoon attacks are resisted in recent years, thereby ensuring flood control safety of surrounding area. Related design experience can provide reference for similar rescue projecs.

dike emergency rescue; revetment structure design; U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.007

TV861

B

1005-4774(2016)10- 0023- 03