小清河复航工程软土边坡护岸型式探析

李念平，王召胜

（山东省调水工程运行维护中心，山东 济南 250100）

1 引言

小清河复航工程是山东省内河航道“一纵三横”高等级航道网规划中的重要“一横”。工程全长169.2 km，西起济南市荷花路小清河桥下游，东至潍坊港西港区羊口作业区，按Ⅲ级航道标准设计建设。为维护小清河两岸生态、加强水土保持、减少航道维护费用，工程全航道设置护岸，护岸工程投资约占工程总投资的10%。护岸工程一级护坡原设计采用200 mm厚C25F150模袋混凝土护坡方案，该方案可带水施工，施工快、工期短，可以满足工程防汛和工期要求。施工中，发现河道两岸的部分粉砂、粉土段岸坡失稳变形、沿水位线大面积塌陷，严重影响模袋混凝土护坡的施工进度和质量。因此，护岸工程设计需综合考虑工程地质、工程造价、水文景观、建设工期、河道管理等因素，进一步优化护岸结构，比选确定适用的护岸型式。

2 软土地质分析

小清河流域位于黄河下游以南、泰鲁沂山地以北之间的区域，属于泰鲁沂山区山前倾斜平原与黄泛平原交接的平原洼地，小清河复航段河道沿河地层基本为第四系松散堆积物覆盖。小清河复航工程软土地质段长约35 km，地表为素填土，表层以下自上而下为粉土、粉砂等细粒无黏性土。施工水位以上局部存在较薄的粉质、淤泥质层，施工水位至航道底高程之间存在典型的粉土和粉砂土层。粉土、粉砂土层由大量细砂粒、粉粒及少量黏粒组成，颗粒级配不良、粘结性较差，遇水易流变、遇震动易液化，土体的承载力低、稳定性差。同时，护岸工程施工水位高于航道底高程2～3 m，粉土、粉砂土边坡在水流扰动、地下水扬压力、雨水冲刷等作用下极易沿水位线发生大面积坍塌破坏。

3 护岸设计方案分析

3.1 设计方案

护岸工程设计应以保持边坡稳定、保护原有生态为出发点，尽量少征地、少拆迁、少筑围堰。护岸结构设计方案应经济合理，保障施工质量、安全和进度，兼顾施工便利，满足综合管理需要。为解决软土边坡塌陷问题，拟采取以下4种方案。

（1）方案1，钢板桩围堰+现浇混凝土护坡。在齿墙靠近航道一侧布设钢板桩围堰、施工水位线以上的岸坡上布设降水管井，止水、降水共同作用为边坡和齿墙提供干地施工条件。齿墙、护坡、压顶板均采用C25F150 现浇混凝土，齿墙尺寸为1 500 mm×800 mm（深×宽）；护坡现浇混凝土厚200 mm，浇筑前自下而上依次铺设30 mm 中粗砂、400 g/m2土工布、100 mm 碎石垫层；压顶板下设置水平向排水管，消除戗台以上土体的扬压力。

（2）方案2，钢板桩围堰+模袋混凝土护坡。钢板桩围堰和降水管井布设及作用同方案1。护坡采用200 mm厚C25F150模袋混凝土，相邻模袋之间缝制牢固。模袋混凝土底部接缝处设置反滤层，采用400 g/m2无纺土工布，土工布宽2 000 mm、每侧搭接100 mm。在护坡底部，模袋混凝土向下延伸铺设至航道底高程以下600 mm、平铺2 000 mm宽；在一级护坡顶部的戗台处，模袋混凝土下埋600 mm，并采用C25F150混凝土压顶板，压顶板下设置水平向排水管。

（3）方案3，抛石补坡+模袋混凝土护坡。在护坡底部航道底高程处，设置2 000 mm 宽水平段抛石作为护脚。在护脚及岸坡塌陷处铺设400 g/m2无纺土工布作为反滤层，拋填块石修补坡面、反压固坡，按1∶3整平边坡后，采取水下施工方式，铺设200 mm厚C25F150模袋混凝土。模袋混凝土铺设、搭接、压顶板等设计参数和技术要求同方案2。

（4）方案4，直立式板桩护坡。在戗台临河侧插打12 m 长的U 形先张法预应力混凝土板桩，形成直立式护岸结构，避免带水施工。预应力板桩采用C60 混凝土，单桩宽1 230 mm、截面厚700 mm、板厚160 mm，板桩截面面积0.314 m2。板桩悬臂处设排水管，消除板桩后方土体的扬压力。板桩顶部设置900 mm×600 mm的冠梁，板桩桩体嵌入冠梁300 mm、主受力钢棒与冠梁钢筋焊接，便于板桩整体结构受力。鉴于小清河50 a一遇冲刷深度为1.42～1.52 m，航道开挖时，在板桩临水面预留1∶5的边坡，内坡脚底部可提供约1.5 m厚的防冲刷土层。

3.2 方案分析

方案1、方案2均采用钢板桩围堰止水和管井降水措施，形成干地或半干地施工条件，维持软土边坡稳定，便于边坡开挖、整理和后续项目施工。其不同之处为，方案1 采用现浇混凝土护坡，方案2 采用模袋混凝土护坡。方案1 的优点为施工技术成熟、质量稳定，结构整体性强、耐久性好，设置纵向、横向分缝后具有一定的柔性，不易发生大范围损坏；缺点为需要干地施工条件，对止水、降水要求高。方案2的优点为对止水、降水要求低，可带水施工，施工便利、工期较短；缺点为整体性差、施工精度不高，施工质量不易把控，护坡可能发生大面积破坏。方案1、方案2每延米降排水措施费用、护坡结构费用相近，方案1 在结构性上较优，方案2 在施工便利性上较优。为充分发挥方案1 和方案2 的优点，方案1 和方案2可设置在航道未完全开挖至底高程和边坡未开挖的区段，在坡底航道处预留的土埂中布设钢板桩围堰，增强围堰止水效果，降低围堰挡水高度、施工难度和成本。方案1 和方案2 不适用于已完成航道全断面疏浚和边坡整理的区段，此时需在水中施打钢板桩围堰，对围堰止水性能和挡水高度要求较高，且围堰施工成本高、难度较大、工期较长。

方案3 采用模袋混凝土护坡，该结构优势与方案2相近，施工便利、工期较短。该方案最大优势为每延米造价最低、经济性最优，配合原一级护坡设计方案施工时配套设施少、投入低。该方案缺点同方案2，同时抛石段的边坡处理较费工时。

方案4 采用直立式板桩，仅需在戗台临河侧插打预应力混凝土板桩，戗台位于施工水位以上，施工便捷、工期较短。该方案优点、缺点都很明显，优点为不需要止水、降水措施和水下整理边坡，施工后形成亲水平台，景观效果较好；缺点为造价较高，每延米造价较方案1、方案2 高约44%，较方案3 高81%。由于该方案景观效果优于前3 种方案，可结合城市建设规划用于城区段，与二级护坡构成生态护岸，形成沿河风景带。

3.3 方案确定

通过典型断面分析和造价测算，上述4 种护岸每延米造价详见表1。

表1 4种护岸造价对比 元/延米

综合考虑自然条件、生态环境、施工方式、使用要求等因素，小清河复航工程35 km 软土地质段可分3 种情况选用护岸方案。其中，3 km 未完成航道疏浚和边坡整理的区段土方工程量大，宜采用方案1 或方案2，通过布设钢板桩围堰，加快土方挖运和护坡等的施工；25 km 已完成航道疏浚和边坡整理的乡村区段宜采用方案3，采用抛石补坡、护坡维持水下边坡稳定，在保障地下水位以上护坡施工质量和进度的同时，可最大限度地节省投资；7 km 城区段有生态景观需求，施工环境相对复杂，对环境保护、水土保持、安全文明施工等要求较高，宜采用方案4，在保障稳妥施工的同时，提升周边景观。

4 结论

（1）航道护岸工程施工影响因素多、造价高，在工程实践中，应因地制宜、结合实际，紧紧围绕工程核心功能，优化护岸结构设计，减少占地和投资，有效保护生态、提高工程质量、降低维护成本。

（2）航道护岸工程常常需要带水施工，相关止水、降水等措施费较高，在设计中应高度重视施工措施费对工程总造价的影响。

（3）抛石补坡+模袋混凝土护坡方案施工便利、造价较低，可作为软土段护岸工程的主推方案。

（4）直立式板桩护坡可避免水下施工，提升景观效果，宜与城市建设规划相结合，布置在城区段形成沿河风光带。今后，生态护岸将是内河护岸结构设计的发展趋势。