U型板桩在京珠西辅道排洪渠中的应用研究

杨小康

(珠海市规划设计研究院，广东 珠海 519000)

0 引 言

近年来，我国越来越重视河道改造的项目。大型的河道流域通过河道的改造可以提成安全性能，水域周围人民的财产可以得到保证。小型排污渠、排洪渠对城市的整体风貌有着重要的影响，对河道改造可以提升城市的整体形象。U型混凝土板桩是一种新型的预制钢筋混凝土结构，在减少材料用料的情况下，很大程度上提高结构的抗弯和抗剪能力，作为挡墙是较为经济的选择[1-3]。

文章以京珠西辅道排洪渠为例为工程依托，对U型板桩在水域治理中的应用情况进行探讨[4]。

1 U型板桩的主要特点

1.1 U型板桩的介绍

U型板桩是一种预应力混凝土板桩结构，文中简称为U型板桩。U型板桩是预制结构，在传统的I型板桩上进行改良，增大了结构的受力面积，提高了结构的抗弯性能和水平承载力，使用材料更节省，工程造价低[5]。

1.2 U型板桩的特点

1)结构的受力特性较好。与矩形截面相比，采用U型的截面形式，能够增大挡水的面积，同样也可以提高结构的抗弯性能，提高结构的使用年限。

2)工程造价低。钢筋在挡板结构中主要提供抗弯能力，U型截面的天然优势是抗弯，因此U型板桩的设计可大大降低钢筋的配比，降低了工程造价。

3)适用范围广。当U型板桩作为地下室外墙使用，一方面可以作为支档结构，另一方面也可以作为墙面使用，经济合理。U型板常用的工程范围如表1所示。

表1 U型板常用的工程范围

4)型号丰富。U型板桩是一种预制的混凝土构件，可以根据不同的工程环境调整其结构形式。

2 工程概况

珠海高新区2018-2019年水环境综合整治工程项目，位于广东省珠海市高新区境内。项目建设主要内容包括管网工程、排洪渠整治工程、泵站及处理设施工程、金鼎工业园截污改造及市政提升工程、景观示范工程及智慧水务示范工程等。项目建成后将大大减少水环境污染、改善城市面貌，提高城市基础设施能力，对提高珠海市的投资环境和居住环境具有非常重要的意义，具有明显的社会效益和环境效益。

拟建京珠西辅道排洪渠位于京珠西辅道西，起点接河头辅，终点至中珠渠附近，现状渠道宽度为5-23m，全长约1.5km，渠底高程1.27-3.00m。拟建渠道线位基本位于现状渠道上，对现状渠道挡墙拆除重建并加深渠道，加深深度约0-100cm，重建渠道起始渠底高程2.50m，终点底高程-0.20m，渠道宽度11m，渠道采用打入式u型板桩悬臂结构，净高约3.0-5.0m，沿途收纳规划京珠西辅道雨水。并在排洪渠穿越市政道路或现状村道设置六处箱涵，箱采用两孔形式，单孔净宽5.5m，涵底高程0.0-1.3m；同时于渠道西侧建设一根D800-1000污水主管收集污水，埋深约5.0-6.0m。

3 排洪渠设计关键问题

3.1 排洪渠与箱涵衔接设计

本工程京珠西辅道排洪渠沿线与金环路、中珠渠北路等6座新建箱衔接，其中规划箱涵4座，现状箱涵2座。考虑到其为现状厂区开口及村民出行通道，且此段排洪渠西侧规划地块路网仍未完善，对其进行拆除重建，并在箱涵前后各5m设置干砌石防冲，为保证渠道与桥涵的顺利衔接，保证渠道安全，施工期间需做好临时导水施工组织，确保排洪渠与桥涵顺接。

3.2 排洪渠起终点设计

排洪渠起点为现状道路箱涵，本项目考虑对其进行保留，并用U型板桩墙顺接，排洪渠终点出水口为中珠副渠土质边坡，排洪渠岸墙顺接于中珠副渠边坡，并于出口设置块石防冲，中珠副渠清淤等由本工程其他子项实施。

3.3 排洪渠横纵断面设计

1)横断面设计：

由于排洪渠东侧临近现状京珠西辅道，由于规划排洪渠挡墙与现状京珠西辅道距离较近，且临近西辅道施工影响范围存在高大乔木(本项目考虑保留)及现状电力管线。为避免渠道挡墙开挖对现状辅道影响，东侧渠道挡墙采用打入式U型板桩结构，西侧渠道结构形式与东侧保持一致，并利用打入后的板桩作为导流渠道以利于汛期行洪。为避免重复建设，渠道东侧景观绿化及市政道路建设等相关内容由京珠快速化改造项目实施。

2)纵断面设计：

主渠设计纵坡1.7‰，河头辅支渠设计纵坡6.8‰。西辅道人+非占用了排洪渠控制绿地，部分人行道边线与排洪渠设计渠底边线重合，因排洪渠绿地被占用，无找坡空间，排洪渠板桩顶标高受京珠西辅道限制。

排洪渠东侧设计设计渠顶标高与“京珠高速连接线快速化改造辅道工程”设计人行道标高保持一致。对于1#箱涵以北排洪渠西侧，排洪渠西侧标高与东侧标高保持一致；对于1#箱涵以南排洪渠西侧，由于部分企业地块未开发且局部道路设计标高较高(5.0m以上)，考虑到西侧砌块填高后地块排水要求，桩号B#1+040-B#1+428段西侧板桩设计冠梁顶标高统一为4.50m，以利于场地顺坡排水，1#箱涵以南排洪渠西侧其余段标高与东侧保持一致。板桩长度结合临近已出让地块标高计算确定。

4 U型板桩稳定性分析

根据补勘成果，对本工程悬臂U型板桩进行计算。采用理论计算对工程设计进行验证，各岩土层设计参数如表2所示。

表2 各岩土层设计参数

文章采用条分法来求解安全系数，为了得到此解，不同的学者采用了不同的假设，其中最著名的是瑞典条分法和简化毕肖普法(Bishop，1955)。瑞典条分法忽略土条间作用的法向力P和切向力X。根据平衡条件可得：

Ni=Wicosθi

(1)

Ti=Wisinθi

(2)

式中：θi为土条i滑动面的法向与竖直线的夹角，°。

此外，滑动面上的黏聚力c构成的滑动力为cili。

土条i上的作用力对圆心O产生的滑动力距Mf分别为：

M=TiR=WisinθiR

(3)

Mf=T′R=τfiliR=(Wicosθitanφi+cili)R

(4)

则整个土坡相应于滑动面的稳定安全系数为总抗滑力矩与总滑动力矩的比值为：

(5)

式中：n为土条数目；li为土条i滑动面的弧长，m；ci为滑动面上的黏聚力，kPa；φi为内摩擦角，°。

所计算的U型板桩长10.0m，桩号B#0+300，土条宽度0.40m，滑裂面圆弧半径(m) R = 7.780(m)，圆心坐标X= -0.870(m)，圆心坐标Y=1.367(m)，经过计算得知：

整体稳定安全系数K= 3.324>1.30, 满足规范要求。

5 结 论

1)文中以U型板桩为研究对象，以京珠西辅道排洪渠为工程依托，探讨了U型板桩在水环境综合整治中的应用。

2)介绍了U型板桩与其他支档结构的差异。U型板桩因承载性能更好、造价更低、适用范围广、型号丰富而被广泛的应用于工程中。

3)文中探讨了排洪渠与箱涵连接的关键问题，以及排洪渠起终点的设计要点，以期为同类似的工程提供经验借鉴。

4)为了验证U型板桩的结构稳定性，文中以工程悬臂U型板桩为例，对板桩的稳定性进行验算，结果表明：U型板桩的稳定安全系数K>1.3，符合规范要求。