生态U型板桩在水环境综合整治工程中的应用

朱晓峰

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 三门峡 472000)

0 引 言

城市水环境污染问题已经成为制约城市发展的一个重要因素[1-3]。水环境污染影响到城市宜居环境的打造，同时，河道堵塞也将影响到城市排涝，容易造成城市出现洪涝灾害。因此，针对水环境污染问题，采取科学、合理的方式加以改造，有利于恢复河道生态环境，改善城市人居环境，具有十分重要的意义[4-6]。

1 工程概况

工程项目为示范段河涌，起点为贤谭路交博爱东路路口，下游接至大布涌。河涌U型板桩护岸整治长度900m，新建堤顶道路877m，河道清淤长度1278.8m，景观绿化长度900m，景观绿化范围约12000m2，博爱路北侧排水涌整治长度85.5m。

2 涌顶高程

按照历史高水位2.60m，加上风浪爬高0.473m 和安全超高0.3m(允许越浪)，相应堤顶高程 3.373m，比较符合现状实际，同时与该工程终点“大布涌高边电排站至机场涌横谭桥段整治工程”项目高程衔接；所以本段涌基高程确定为3.50m，其中涌基面高程3.30m，凸起的0.2m 的路缘石视为防浪墙。

图1 项目区范围

3 河涌断面设计

3.1 断面形式选择

河涌断面形式主要由梯形、矩形、复式三种形式，对河涌断面狭窄，过流能力不足且受两岸建筑限制，拆迁困难，已不可能拓宽的河段，可采用矩形断面。对过流断面满足要求，流经乡村、田野、农业耕作区的河道，要尽可能维持河道原有的形态，按梯形断面整治。上述两种情况以外的河段宜采用复式断面，常水位以下采用矩形截面，砌筑直墙，常水位以上采用草皮护坡。本次整治河涌天然岸坡较陡，土质疏松，植被较差，易产生水土流失。拟采用以下复式断面：在1.50m标高以下采用直墙形式(根据《南海区城市排水防涝设施建设规划》表5.4.1-1，河道的控制水位为1.50m，板桩顶标高按1.50m控制，同时在此高程下从板桩顶可按不陡于1∶2缓坡比分别与本项目新建堤顶道路及现状博爱东路人行道进行衔接)，起到护岸、抗冲刷效果，并营造良好感官护岸效果功能，减少杂物垃圾滞留。1.50m以上采用1∶2.0-2.5缓坡形式，植草护坡并结合景观改造，满足生态要求。

3.2 断面方案比选

河涌结构形式一般有刚性护岸结构和生态型护岸结构两种，刚性护岸结构一般有钢筋混凝土混凝土挡墙、浆砌石挡墙(但砌筑质量及耐久性难以保证，新建河道已较少采用)、仿木桩，生态型护岸一般有格宾石笼挡墙、生态U型板桩等。为避免河岸呆板，丰富河岸形式，同时节省造价，拟对钢筋混凝土挡墙、格宾石笼、密排松木桩及生态U型板桩进行比选。

1)方案一：钢筋混凝土挡墙。

结构强度高，抗冲刷能力强，墙身材料少，施工质量易保证，但施工需安装模板及钢筋，施工期长、造价高。

2)方案二：格宾石笼挡墙。

造价低于钢筋混凝土挡墙，根据部分已建工程经验，格宾笼上易缠绕垃圾，植物难以生长，管养难度较高。

3)方案三：密排松木桩及仿木桩。

无需设置围堰，造价较低，生态效果较好，适用于挡土高度较低的情况，桩间无阴阳榫连接，有产生水土流失的风险。

4)方案四：生态U型板桩墙。

生态U型板桩墙具有自锁功能，可带水作业，具备良好的抗冲刷能力，同时隔断堤基渗漏通道，能快速施工使岸线成型，无需设置围堰。同时板桩可设置花槽，种植挺水植物，以增加景观效果。

3.3 方案比选

技术方面：河涌南北两侧均为现状道路，采用其他挡土墙均需进行开挖挖除现状涌基，无法安排施工交通，且需采用钢板桩及围堰等临时措施。仿木桩及U型板桩适用于本项目，但如采用仿木桩，由于后期渠道需在现状进行下挖清淤调坡，部分河段由于挡土高度高(悬臂段2.5-3.0m+斜坡段1.8m)，仿木桩桩间无阴阳榫连接，在挡土高度较大的情况下有产生水土流失进而导致堤基失稳坍塌的安全风险。同时，由于本项目终点渠道项目《大布涌高边电排站至机场涌横谭桥段整治工程》同样采用U型板桩岸墙，采用U型板桩可保证两段渠道岸墙顺利衔接。

造价方面(挡墙含钢板桩支护)：钢筋混凝土挡墙>U型板桩墙>密排仿木桩=格宾石笼挡墙。

工期方面：钢筋混凝土挡墙>格宾石笼挡墙>密排仿木桩=U型板桩墙。

景观效果：U型板桩墙=密排仿木桩>格宾石笼挡墙>钢筋混凝土挡墙。

经技术、造价、工期和景观比选，虽然U型板桩岸墙每延米造价略高于仿木桩，但从整体安全性和工程衔接性角度来讲更适用于本项目，且更具生态性。故推荐U型板桩墙作为该段整治河岸主要挡墙结构。

4 生态U型板桩施工方案

4.1 施工场地

对于起点段部分U型板桩，由于基岩面较高及可能存在的孤石影响，为了保证板桩嵌固深度需进行引孔。同时因渠道南侧为防汛道路、临近村民出行不可长期占用，同时现状河道内土质较为软弱，U型板桩施工考虑到现状河道内设置打桩平台进行施工，从渠道末端向渠道起点推进，打桩平台为租用的水上施工钩机平台，租用时间按5个月计。

4.2 U型板桩施工安排及关键节点控制

为了满足板桩堆放和履带吊车作业安全，施工作业开始前，采用反铲挖掘机平整河岸场地并压实，若有需要可铺设路基板。之后，施工设备、材料即可进场。根据测量成果，施放定位型钢，定位型钢垂直度偏差不宜超过1/200，定位型钢上端应超过生态U型板板顶标高0.5-1.0m。安装钢围檩架，安装过程中要控制好钢围檩与板桩侧壁接触的导向段(400mm厚)的垂直度，钢围檩的内侧壁间距控制在455mm。板缝间扣合严密，施工过程需采用水平紧固装置，板桩打设至设计标高后，应与前一根桩连接成一板桩墙体。

4.3 U型板规格

拟采用板桩为U形断面,幅宽为1020mm、截面厚度为450mm。钢筋混凝土板桩允许偏差值：横截面相对两边之差5mm；凸榫和凹榫±3mm；保护层厚度±5mm；桩尖对桩轴线位移10mm；桩身弯曲矢高≤0.1%且桩长≤10mm。

4.4 沉桩施工

沉桩施工总体流程见图2。

图2 沉桩施工流程

1)基线测量：在沉桩施工前，对现场的测量控制基线和基线点进行复核，根据现场情况进行施工平面坐标控制点和高程基准点的引测，及进行沉桩施工基线的放样。

2)施工场地平整。

3)板桩定位：为控制好板桩墙的轴线位置、减少桩的平面扭曲和提高打桩效率。需加工导向架，导向架如下图3所示：

图3 板桩定位图

4)沉桩：为了保证生态U型桩之间紧密连接，沉桩作业十分重要。根据场地情况，从经济、技术角度考虑采用振动锤单向施工。板桩采用单根施打的方式，沉桩作业之前，根据方向架设导向架，并保证板阴阳榫口紧密连接。板桩沉桩施工主要以板顶标高作为控制因素。沉桩作业时，桩锤和桩宜位于同一轴线。沉桩施工过程中，应当加强观测手段，及时记录，若出现异常现象，应及时查明原因，并采取相关治理措施后。沉桩完成时测量沉桩偏位，测量结果应满足相关规范要求。

5)监测：

为加强对U型板桩生态护岸运用情况的监测，需对U型板桩设置沉降、位移观测点。主要的监测项目有巡视检查、变形监测。具体监测布置如下：①巡视检查，按照规范要求对河岸进行巡视检查，主要检查护岸结构及人行交通桥伸缩缝等特殊部位的裂缝开合、倾斜、错动等情况；②沉降监测，监测采用水准法，利用精密水准仪进行监测。主要对护岸结构进行沉降监测，每200m 布置一个测点，并在现场布设一个双金属标作为水准基点，兼做起测基点。

5 结 论

结合工程实际情况，选择了钢筋混凝土挡墙、格宾石笼挡墙、密排松木桩及仿木桩、生态U型板挡墙4种河涌断面型式，从经济、技术、工期、生态等角度进行比选；采用生态U型板方案具有生态效益好、技术可实施性强等优势，作为推荐方案。在施工过程中，应当严格按照相关规范及施工要点要求进行，以保证工程建设质量。