生态U型板桩在河道整治工程中的应用——以大布涌兴贤支涌工程为例

何 霞，张俊波

(1.深圳市水务工程检测有限公司，深圳 518000；2.深圳市地质建设工程公司，深圳 518000)

0 引 言

河道综合整治工程的实施有利于改善城市防洪体系，促进河道生态环境恢复等优势。随着经济发展，城市河道综合治理已经不仅仅的改善城市防洪，更是为了城市生态环境打造提供活力[1-2]。选取科学、合理的河道断面整治方案，将河道治理与宜居环境有机结合已经成为现今河道综合整治的基本要求[3-4]。目前，已有较多的城市采取了河道生态治理工程，并取得了良好的经济环境效益。在河道岸坡稳定性分析中，常用的方法包括数值模拟方法和理论计算方法。结合大布涌兴贤支涌工程对生态U型板桩在河道整治工程中的应用进行研究。

1 工程概况

大布涌兴贤支涌上部渠道为博爱东路南侧市政道路5m宽排水边沟(长度约800m)，大布涌兴贤支涌为本工程的示范段河涌，起点为贤谭路交博爱东路路口，下游接至大布涌，现状渠道宽5.5-20m，全长约1000m，渠道北侧为现状博爱东路，南侧为3.0-3.5m宽现状堤顶防汛道路。河涌存在问题：①上游有工业园废水排入，导致河涌水质较差；②现状涌底淤积污染严重，汛期排水不畅，两岸均为自然土坡，岸坡较陡，土质疏松，植被较差，易产生水土流失。

2 生态U型板桩适应性分析

2.1 河涌综合整治方案

根据实测河道断面，现状河道高程普遍高于设计渠底高程，河涌岸坡较陡，土质疏松，植被较差，局部岸坡已出现了滑塌，且河道底泥受到污染需进行清淤。就目前的情况，如果不对涌基加固只进行河涌清淤，极有可能导致部分河段因涌基的滑塌而导致河涌淤积更加严重，因此工程先进行涌基加固，再进行淤泥清挖。

为了提高大布涌兴贤支涌的防洪能力，保护区域内居民的财产安全，在满足规划要求达到的涌基顶高程2.50m的条件下，考虑近几年多次出现的大到暴雨后河涌屡次出现历史最高水位(据调查最高达2.60m)的情况，同时参照工程终点大布涌的堤顶高程，取3.30m，另加200mm高的路缘石，挡水高度为3.50m。工程现状照片见图1。

图1 工程现状照片

2.2 断面方案比选

2.2.1 常用断面型式

目前，在河道综合治理工程中常用的护岸结构包括：刚性护岸和生态型护岸两种。一般刚性护岸主要包含：钢筋混凝土挡墙、浆砌石挡墙、仿木桩等类型。生态型护岸主要包括：格宾石笼挡墙、生态U型板桩等类型。结合工程情况，选取钢筋混凝土挡墙、格宾石笼、密排松木桩及生态U型板桩4种护岸形式进行比选。

1)方案一：钢筋混凝土挡墙。

强度高，抗冲刷能力强，施工质量易保证，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，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，有产生水土流失的风险。

4)方案四：生态U型板桩墙。

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，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。

生态U型板桩效果图见图2。

图2 生态U型板桩效果图

2.2.2 断面方案比选

技术方面：河道综合整治工程需要根据规划标高对河涌进行下挖调坡，同时清除受污染的河床底泥，由于河涌南北两侧均为现状道路，采用其他型式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以及增加施工导流等费用。现今河道的河道整治思路，已经不单单需要满足防洪排涝的要求，更要向着“水清、河畅、岸绿、景美”的民生工程去打造。

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。

3 生态U型板桩稳定性分析

3.1 有限元数值变形分析

有限元数值模拟方法具备运算速度快、计算结果准确等优势，在工程实践中较为常用。数值模拟参数主要结合室内力学试验成果选取，参数见表1。

表1 数值模拟计算参数

采用FLAC数值对U型板桩的变形情况进行分析，根据设计方案，设计桩径为0.45m，桩长为6.8m，其中悬臂段长度为2.5m。数值模拟位移计算成果见图3。根据工程经验，U型板桩的桩顶位移如果高于50mm，不仅会由于倾斜而不够美观，且存在一定安全风险，为主要控制因素。通常设计会控制在30-40mm以内，根据数值模拟计算结果可知U型板桩的变形<30mm，与施工现场位移监测数据成果较为吻合。

图3 FLAC位移分析

4.2 整体稳定性分析

护岸结构主要采用U形板桩护岸，仅计算最不利工况为渠底无水时且清淤到设计底标高时(坡顶荷载20kPa)的临水坡。U型板桩边坡稳定计算采用理正深基坑软件计算，计算结果反映，抗滑稳定系数满足4级堤防1.15的要求，详见表2。

表2 U形板桩护岸整体稳定计算成果表

5 结论及建议

5.1 结论

为了改善大布涌兴贤支涌河道污染严重，无法满足防洪需求的现状，选取了4种常用岸坡型式进行比选。采用生态U型板桩方案可构建良好的河道生态景观，同时，在河道底泥清淤处理中，开挖工程量较小，对河道沿线交通影响较小，作为推荐方案。采用有限元数值模拟计算生态U型板桩变形结果，变形<30mm，与施工现场位移监测数据一致。通过理论计算，采用生态U型板桩河道岸坡整体稳定性满足要求。

5.2 建议

随着城市建设水平的发展，河道整治工程已经不仅仅是满足防洪需求。河道作为城市内部的重要水系，对城市宜居环境打造具有十分重要的意义。在河道综合治理工程中，需要考虑技术、景观、占地影响等多种条件，综合考虑选取环境友好型治理措施。河道治理工程是一项长期工程，建设完成后应当加强河道生态环境保护工作。