松木桩在鄂州华容区河道治理中的应用

邱冬梅 何练民 何银俊

摘 要：华容区河道治理中，土体为软土，易垮塌，提出取材方便、价格低廉、施工方便的松木桩支护，解决了边坡稳定问题。

关键词：松木桩；河道；边坡支护

1.前言

鄂州市华容区属于平原水网区，水面率26%，属于梁子湖流域3265km2的末端承泄区，素有梁子湖流域的“水袋子”之称。汛期境内涝水受长港顶拖，排泄不畅，洪涝灾害非常严重，防洪排涝任务非常艰巨。华容区河道在承担着重要防洪除涝任务的同时，还承担着灌溉供水和农村水环境改善等综合功能，水域和河滨是广大人民日常的休闲放松场所。但是，随着经济社会的快速发展，以及国家“两工”政策取消后群众投工投劳开展河道整治大幅度减少，河道不但没有发挥应有的功能，甚至成为华容区经济社会发展的制约因素。鉴于此，为贯彻落实《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》（中发[2011]1号）和中央水利工作会议精神，进一步推进中小河流治理工作。省水利厅和省财政厅组织的专家审查，批复了《华容区中小河流治理重点县综合整治及水系连通试点规划》，共划分为10个项目区，对境内69条200 km2以下河道进行综合整治，综合整治总投资为27140.24万元，工程于2013年开始实施。

工程区属冲湖积平原，地形起伏不大，地势总体较宽阔平缓。地层岩性主要为第四系冲积粘土及湖积淤泥、淤泥质土，河道岸坡主要是稳定问题，不存在渗透破坏和沉降变形问题，局部岸坡有变形、垮塌现象。由于大型机械设备进出场难，且施工费用较大，找到一种施工简单、进度快的岸坡处理方法尤为重要。本文提出松木桩整治湖区淤泥质土质岸坡，不失为一种较好方法。

2.计算模型及治理边坡选择

（1）计算模型

华容区河道边坡坡度为1：1.0～1：3.0，在较陡边坡易发生垮塌现象，缓坡段较稳定，本次选取1：1.0、1：1.5和1：2.0三个坡度断面作为计算边坡模型。

边坡高度从实地看，产生滑塌的边坡一般高于2m，最大边坡不超过5m，本次计算选取3m、4m、5m三个高度作为计算模型。

（2）边坡稳定计算

本次稳定分析采用北京理正软件设计研究所研制开发的《理正岩土计算6.0版》中边坡稳定进行计算，计算方法为按《水利水电工程边坡设计规范》中推荐的抗滑稳定计算方法——瑞典圆弧滑动法。

（3）计算断面选取

边坡断面外轮廓以实地勘测为准，堤基形状及边界以地质钻探资料为准。根据地勘工作的实际情况，计算时取代表断面进行计算，综合分析港道断面地层土体结构、地下水位以及港道设计断面形式，确定选取边坡较高的共青港沿程几个断面为代表断面进行边坡抗滑稳定分析计算。

边坡断面外轮廓以实地勘测为准，选取2m、3m、4m、5m四个高度和1：1.0、1.：1.5和1：2.0三个坡度的断面。

（4）计算工况

施工期港道无水工况。

（5）计算参数

按照地质勘探成果，结合室内实验成果，提出淤泥质粘土参数：凝聚力c =10kPa，内摩擦角φ=5°

（6）计算成果

计算结果见表1，从结果看出：在边坡坡比1：1、1：1.5边坡高度4m以上、边坡坡比1：2.0边坡高度5m以上边坡失稳。应采取措施防止垮塌。

3.松木桩抗滑力计算

考虑到施工便利、造价等因素，采用松木桩支护。

桩在横轴向荷载作用下，桩可以看做一个设置在弹性地基中的竖梁。求解其内力的方法有三种：一种是直接用数学方法求解桩在受荷后的弹性挠曲微分方程，再从力的平衡条件求出桩各部分的内力和位移；另一种是将桩分成有限段，用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的有限差分法。再一种则是将桩划分为有限单元的离散体，然后根据力的平衡和位移协调条件，解得桩的各部分内力和位移的有限元法。以文克尔假定为基础的弹性地基梁解法从土力学的观点认为是不严密的，但由于其概念明确，方法简単，所得的结果一般较安全，故国内外使用得较为普遍，设计中常用的有“m”法、“K”法、“c值”法、“常数法”等都属于这种方法。对桩的内力和变位主要受上部和侧向土层的影响，故宜根据土质特性来选择恰当的计算方法。对于超固结黏土和地面为硬壳层的情況，可考虑选用“常数法”；对于其他土质一般可选用“m”法或“C”法，当桩径大、容许位移小时宜选用“C”法。由于K法误差较大，故平时应用最多的为m法。本工程采用“m”法计算松木桩在边坡支护中所能提供的水平抗力大小。

基于m法的单桩理论，采用桥梁博士3.0软件计算单个松木桩在某一嵌固长度下的抗滑力，桩顶端最大位移3cm时能提供的抗力。参数选取：松木桩弹性模量 E=9000MPa，地基系数m=4500kN/m4。计算出嵌固深度分别为5m、4m、3.5m时，抗滑力分别为2.92kN、1.9kN、1.3kN。

査询建筑材料强度表，松木桩横纹抗剪强度一般大6.3MPa，以此推算尾径lOcm的松木桩抗剪断剪力一般大于49kN，故松木桩不会有被剪断的危险。

设计采用嵌固深度5m松木桩支护。

4.桩位布置

为了得到更大抗滑力，设计采用嵌固深度为5m，按照抗滑力2.92kN布置松木桩。首先计算出土体本身抗滑力，扣除土体抗滑力后剩余为松木桩承担的滑动力。计算结果如表2：

负值表示土体本身满足抗滑要求。

边坡为1：1河道断面在边坡高度为3m、4m、5m分别布置1、3、5排松木桩。

边坡为1：1.5河道断面在边坡高度为4m、5m分别布置1、3排松木桩。边坡为1：2.0河道断面在边坡高度为5m分别布置1排松木桩。桩从坡脚开始布置，间排距0.5m，梅花形布置，松木桩尾径lOcm。

按照此方案在共青港、桟嘴港工程中实施，目前运行良好。

5.结语

松木桩作为传统地基处理的材料，同样可以用在边坡支护当中。松木桩轻质高强、耐久性好、取材方便、价格低廉、施工方便等特点，在软土边坡支护中有着明显的优势。由于松木桩打入土中，工作环境与空气隔绝，其耐久性可以得到有效保证。松木桩的这种特性尤其适用于饱和软土分布地区，建议处理高度不超过5m，在松本桩资源较为丰富的地区，用松木桩处理软土边坡在经济和技术上是可行的。