东莞监狱增容扩建工程堤防加固方案比选研究

何鹤彬

(东莞市水务技术中心，广东 东莞 523000)

在扩建过程中，堤防加固是一个关键环节，它直接影响着监狱区域的安全和稳定。因此，选择合适的堤防加固方案对于保障工程的成功实施至关重要。通过对不同的堤防加固方案进行比选研究，可以综合考虑技术性、经济性和可行性等方面的因素，选出最优的方案。本研究旨在为东莞监狱增容扩建工程的堤防加固提供科学的决策支持，确保工程的安全性和可持续性。

1 工程概况

广东省东莞监狱位于广东省东莞市石龙镇和石碣镇的交界处，为了保护监狱区域免受洪水侵袭，进行了防洪工程建设。通过修筑防洪堤沿着东江北干流右岸(D0+000～D0+761)的区域，使得监狱的洪水标准达到50年一遇。主要的建设内容包括防洪堤的修建，总长度约为761m；在堤顶上设立了宽度逐渐变化的巡堤路和人行道，巡堤路的总长度约为931m；此外，还重建了监狱河堤巡查值班室，占地面积约为105m2。

通过这些防洪工程的建设，广东省东莞监狱成功地提高了其对洪水的抵抗能力，保障了监狱区域的安全。这些工程的实施不仅有助于监狱的正常运行和管理，也为监狱的发展提供了坚实的基础。随着广东省东莞监狱的不断完善和发展，相信将为社会安全和犯罪改造事业作出更大的贡献。

2 防洪堤与巡堤路加固方案比选

2.1 堤防布置选定

本次防洪堤达标加固，本着尽量维持原有河道自然生态环境、紧密结合监狱区“十二五”规划、减少征地拆迁的原则，堤防布置基本沿原有走向，本工程堤防在基本不改变现状堤线的情况下根据水文水力计算适当加高。

2.2 堤防加固断面选择

对堤防达标加固，应从地形条件、过水断面、征地拆迁难易程度、工程造价及环境景观等综合分析比较，选择河道断面形式。根据该段防洪堤的规划堤脚线与规划堤边线的位置关系，同时结合堤岸结构亲水性较好的原则，本次堤防达标加固的断面型式采用直斜结合的复式断面。

一般地，垂直护岸支护形式有重力式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙、U形预应力混凝土板桩以及桩板式挡墙断面结构。根据本工程地质勘察报告，设计挡墙基础落在粉质粘土层，局部夹杂淤泥质土，地基承载力不满足挡墙基底应力要求，地基土层需要加固。同时，垂直挡墙需要进行水下开挖施工，施工难度大，施工质量难以保证，所以，本工程选取U形预应力混凝土板桩以及桩板式挡墙进行技术经济比选。

2.2.1方案一：U形预应力混凝土板桩方案

堤顶设14m渐变到6m宽巡堤路和3m宽的人行道，迎水坡坡比为1∶2.5，常水位以上1m设1.5宽亲水平台，堤脚设U形预应力混凝土板桩，板桩的型号为U-CS-600-Ⅰ-17，桩长17m，嵌入土层深度13.3m，桩顶设帽梁0.8m×0.8m。U形预应力混凝土板桩结构尺寸如图1所示。

图1 U形预应力混凝土板桩结构尺寸

2.2.2方案二：桩板式挡墙方案

堤顶设14m渐变到6m宽巡堤路和3m宽的人行道，迎水坡坡比为1∶2.5，常水位以上1m设1.5m宽亲水平台，堤脚设桩板式挡墙，桩板式挡墙高3.74m，桩身直径1.2m，桩中心间距1.4m，桩长14m，嵌入土层深8.66m，桩顶设冠梁1.2m×0.8m。为便于施工，需桩外侧填筑施工平台，施工平台顶宽5m，按1∶1.5放坡。桩板式挡墙结构尺寸如图2所示。

图2 桩板式挡墙结构尺寸

在工程投资方面，U形预应力混凝土板桩的工程造价较桩板式挡墙少；在施工方面，灌注桩需要现场钻孔成桩，施工工期较长，施工机械大，施工噪音大，对堤岸厂区影响大，见表1。综合以上两个方面，本段堤防加固采用U形预应力混凝土板桩方案进行支护。

表1 U形预应力混凝土板桩与桩板式挡墙投资对比表(按护岸长度14m计)

2.3 U型混凝土板桩原理及工艺

2.3.1U型混凝土板桩原理

U型混凝土板桩的两侧采用凹凸榫设计，是一种相互嵌入的结构，既有利于U型混凝土管桩整齐有序地安装到基础中，又有利于每个U型混凝土木桩之间紧密可靠的连接。榫上预装弹性止水橡胶，可满足一般水利工程的密封要求。如果有更高的要求，灌浆也可以用于密封。

U型混凝土板桩端部的榫侧被切割成斜角，沉桩工艺的施工工艺原理是通过后打板桩榫侧的斜角与前打板桩的凹榫侧对齐并垂直插入。沉桩过程中，基础反作用力对凸榫侧斜面产生向上挤压压力，挤压凹凸榫之间的相对表面，使每个U形混凝土板桩整体连接稳定、紧密、可靠。

2.3.2U型混凝土板桩施工工艺

根据现场地质条件和施工环境，选用PC400液压振动锤、履带式长臂起重机、钢导架等施工设备进行U型混凝土板桩沉桩施工。施工前，根据地质条件、施工环境和板桩模型，综合选择了振动锤的功率和频率、起重机吊装参数、钢丝模型等各种参数。U型混凝土板桩沉桩时，每道工序应连续可靠地进行，工艺流程如图3所示。

图3 U型混凝土板桩施工流程

3 防洪堤U型混凝土板桩加固工程

根据比选方案及U型混凝土板桩施工技术原理及流程，本工程对桩号D0+000.00～D0+022.17、D0+167.78～D0+239.96、D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56进行加固施工。

3.1 桩号D0+000.00～D0+022.17

该段堤防位于新建堤防与已达标堤防的衔接处，堤顶路宽14m，人行道宽3m，行车道与人行道中间约有7m宽的绿化空地，堤顶处设有挡水栏杆，迎水坡坡比为1∶2.5，堤脚处采用U形预应力混凝土板桩支护，桩长为17m，桩顶设有C25钢筋砼帽梁，帽梁尺寸为800mm×800mm。绿化空地及坡面绿化部分详景观二次设计。本段断面结构尺寸如图4所示。

图4 桩号D0+000.00～D0+022.17断面结构尺寸

3.2 桩号D0+167.78～D0+239.96

该段堤防设计采用直斜结合的复式断面型式，堤顶路宽6m，人行道宽3m，堤顶处设有挡水栏杆，迎水坡坡比为1∶2.5，坡脚处设有C20砼重力式挡土墙，常水位以上1m设有1.5m宽的亲水步道，堤脚处采用U形预应力混凝土板桩支护，桩长为17m，桩顶设有C25钢筋砼帽梁，帽梁尺寸为800mm×800mm。坡面绿化部分详景观二次设计。本段断面结构尺寸如图5所示。

图5 桩号D0+167.78～D0+239.96断面结构尺寸

3.3 桩号D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56

该段堤防设计采用直斜结合的复式断面型式，堤顶路宽6m，人行道宽3m，堤顶处设有挡水栏杆，迎水坡坡比为1∶2.5，常水位以上1m设有1.5m宽的亲水步道，亲水步道与坡脚设有约7.3m宽的绿化空地，堤脚处采用U形预应力混凝土板桩支护，桩长为17m，桩顶设有C25钢筋砼帽梁，帽梁尺寸为800mm×800mm。绿化空地及坡面绿化部分详景观二次设计。本段断面结构尺寸如图6所示。

图6 桩号D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56断面结构尺寸

4 堤顶高程确定

根据GB 50286—2013《堤防工程设计规范》，堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高确定。堤顶超高应按下式计算确定。

Y=R+e+A

式中，Y—堤顶超高，m；R—设计波浪爬高，m；e—设计风壅增水高度，m；A—安全加高，m。

其中安全加高根据GB 50286—2013中表3.2.1，允许越浪的3级堤防工程安全加高值取0.4m。堤防超高计算结果见表2—3。

表2 风浪要素计算表

表3 堤顶超高计算结果

因此本工程堤顶高程按照外江现状洪潮水位加1.1m确定。

5 U形预应力混凝土板桩稳定计算

5.1 计算工况及荷载组合

根据SL 379—2007《水工挡土墙设计规范》中的相关规定，本次计算分析了以下两种工况，一是完建工况：挡土墙上、下游均无水，设计荷载为挡土墙结构自重、墙后填土重及填土表面连续均布的活荷载等；二是水位骤降工况：运行期墙前有水位降落，即挡土墙墙后设计洪水位，当墙前水位骤降0.5m。设计荷载为挡土墙结构自重、墙后填土重、相应水位的静水压力及填土表面连续均布的活荷载等。

5.2 安全系数的选取

根据GB 50201—2014《防洪标准》、SL 252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》及GB/T 50805—2012《城市防洪工程设计规范》有关规定，确定本工程主要建筑物级别为3级。

根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的规定，确定U形预应力混凝土板桩的安全支护等级为二级：嵌固稳定安全系数取1.2；整体稳定安全系数取1.3；抗隆起安全系数取1.6。

根据SL 379—200的规定，确定U形预应力混凝土板桩挡墙的级别为3级：抗倾覆安全系数，土质地基条件下，基本组合1.50；特殊组合1.40。

5.3 计算断面选取

根据地质报告及设计断面选取两个典型断面进行稳定计算，分别为D0+158.77、D0+697.72。

5.4 计算方法及成果

采用《理正深基坑7.0PB1》软件中排桩支护设计来进行U形预应力混凝土板桩的稳定计算，计算结果见表4。

由上表得，U形预应力混凝土板桩整体抗滑稳定、嵌固稳定、抗倾覆稳定及抗隆起稳定均满足规范要求，U形预应力混凝土板桩的结构是安全稳定的。

6 结语

通过对广东省东莞监狱增容扩建工程中堤防加固方案的比选研究，确定了最佳的堤防加固方案，这将确保工程的安全性和可持续性。其次，该研究为东莞监狱的增容扩建工程提供了重要的指导意义，为决策者提供了有效的参考和依据。但仍需要综合考虑当地条件，并进行详细的技术和经济评估。