何鶴彬

(東莞市水務(wù)技術(shù)中心，廣東 東莞 523000)

在擴(kuò)建過程中，堤防加固是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著監(jiān)獄區(qū)域的安全和穩(wěn)定。因此，選擇合適的堤防加固方案對(duì)于保障工程的成功實(shí)施至關(guān)重要。通過對(duì)不同的堤防加固方案進(jìn)行比選研究，可以綜合考慮技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性等方面的因素，選出最優(yōu)的方案。本研究旨在為東莞監(jiān)獄增容擴(kuò)建工程的堤防加固提供科學(xué)的決策支持，確保工程的安全性和可持續(xù)性。

1 工程概況

廣東省東莞監(jiān)獄位于廣東省東莞市石龍鎮(zhèn)和石碣鎮(zhèn)的交界處，為了保護(hù)監(jiān)獄區(qū)域免受洪水侵襲，進(jìn)行了防洪工程建設(shè)。通過修筑防洪堤沿著東江北干流右岸(D0+000～D0+761)的區(qū)域，使得監(jiān)獄的洪水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇。主要的建設(shè)內(nèi)容包括防洪堤的修建，總長度約為761m；在堤頂上設(shè)立了寬度逐漸變化的巡堤路和人行道，巡堤路的總長度約為931m；此外，還重建了監(jiān)獄河堤巡查值班室，占地面積約為105m2。

通過這些防洪工程的建設(shè)，廣東省東莞監(jiān)獄成功地提高了其對(duì)洪水的抵抗能力，保障了監(jiān)獄區(qū)域的安全。這些工程的實(shí)施不僅有助于監(jiān)獄的正常運(yùn)行和管理，也為監(jiān)獄的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著廣東省東莞監(jiān)獄的不斷完善和發(fā)展，相信將為社會(huì)安全和犯罪改造事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。

2 防洪堤與巡堤路加固方案比選

2.1 堤防布置選定

本次防洪堤達(dá)標(biāo)加固，本著盡量維持原有河道自然生態(tài)環(huán)境、緊密結(jié)合監(jiān)獄區(qū)“十二五”規(guī)劃、減少征地拆遷的原則，堤防布置基本沿原有走向，本工程堤防在基本不改變現(xiàn)狀堤線的情況下根據(jù)水文水力計(jì)算適當(dāng)加高。

2.2 堤防加固斷面選擇

對(duì)堤防達(dá)標(biāo)加固，應(yīng)從地形條件、過水?dāng)嗝妗⒄鞯夭疬w難易程度、工程造價(jià)及環(huán)境景觀等綜合分析比較，選擇河道斷面形式。根據(jù)該段防洪堤的規(guī)劃堤腳線與規(guī)劃堤邊線的位置關(guān)系，同時(shí)結(jié)合堤岸結(jié)構(gòu)親水性較好的原則，本次堤防達(dá)標(biāo)加固的斷面型式采用直斜結(jié)合的復(fù)式斷面。

一般地，垂直護(hù)岸支護(hù)形式有重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻、U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁以及樁板式擋墻斷面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，設(shè)計(jì)擋墻基礎(chǔ)落在粉質(zhì)粘土層，局部夾雜淤泥質(zhì)土，地基承載力不滿足擋墻基底應(yīng)力要求，地基土層需要加固。同時(shí)，垂直擋墻需要進(jìn)行水下開挖施工，施工難度大，施工質(zhì)量難以保證，所以，本工程選取U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁以及樁板式擋墻進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。

2.2.1方案一：U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁方案

堤頂設(shè)14m漸變到6m寬巡堤路和3m寬的人行道，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設(shè)1.5寬親水平臺(tái)，堤腳設(shè)U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，板樁的型號(hào)為U-CS-600-Ⅰ-17，樁長17m，嵌入土層深度13.3m，樁頂設(shè)帽梁0.8m×0.8m。U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

圖1 U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁結(jié)構(gòu)尺寸

2.2.2方案二：樁板式擋墻方案

堤頂設(shè)14m漸變到6m寬巡堤路和3m寬的人行道，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設(shè)1.5m寬親水平臺(tái)，堤腳設(shè)樁板式擋墻，樁板式擋墻高3.74m，樁身直徑1.2m，樁中心間距1.4m，樁長14m，嵌入土層深8.66m，樁頂設(shè)冠梁1.2m×0.8m。為便于施工，需樁外側(cè)填筑施工平臺(tái)，施工平臺(tái)頂寬5m，按1∶1.5放坡。樁板式擋墻結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

圖2 樁板式擋墻結(jié)構(gòu)尺寸

在工程投資方面，U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的工程造價(jià)較樁板式擋墻少；在施工方面，灌注樁需要現(xiàn)場鉆孔成樁，施工工期較長，施工機(jī)械大，施工噪音大，對(duì)堤岸廠區(qū)影響大，見表1。綜合以上兩個(gè)方面，本段堤防加固采用U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁方案進(jìn)行支護(hù)。

表1 U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁與樁板式擋墻投資對(duì)比表(按護(hù)岸長度14m計(jì))

2.3 U型混凝土板樁原理及工藝

2.3.1U型混凝土板樁原理

U型混凝土板樁的兩側(cè)采用凹凸榫設(shè)計(jì)，是一種相互嵌入的結(jié)構(gòu)，既有利于U型混凝土管樁整齊有序地安裝到基礎(chǔ)中，又有利于每個(gè)U型混凝土木樁之間緊密可靠的連接。榫上預(yù)裝彈性止水橡膠，可滿足一般水利工程的密封要求。如果有更高的要求，灌漿也可以用于密封。

U型混凝土板樁端部的榫側(cè)被切割成斜角，沉樁工藝的施工工藝原理是通過后打板樁榫側(cè)的斜角與前打板樁的凹榫側(cè)對(duì)齊并垂直插入。沉樁過程中，基礎(chǔ)反作用力對(duì)凸榫側(cè)斜面產(chǎn)生向上擠壓壓力，擠壓凹凸榫之間的相對(duì)表面，使每個(gè)U形混凝土板樁整體連接穩(wěn)定、緊密、可靠。

2.3.2U型混凝土板樁施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和施工環(huán)境，選用PC400液壓振動(dòng)錘、履帶式長臂起重機(jī)、鋼導(dǎo)架等施工設(shè)備進(jìn)行U型混凝土板樁沉樁施工。施工前，根據(jù)地質(zhì)條件、施工環(huán)境和板樁模型，綜合選擇了振動(dòng)錘的功率和頻率、起重機(jī)吊裝參數(shù)、鋼絲模型等各種參數(shù)。U型混凝土板樁沉樁時(shí)，每道工序應(yīng)連續(xù)可靠地進(jìn)行，工藝流程如圖3所示。

圖3 U型混凝土板樁施工流程

3 防洪堤U型混凝土板樁加固工程

根據(jù)比選方案及U型混凝土板樁施工技術(shù)原理及流程，本工程對(duì)樁號(hào)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進(jìn)行加固施工。

3.1 樁號(hào)D0+000.00～D0+022.17

該段堤防位于新建堤防與已達(dá)標(biāo)堤防的銜接處，堤頂路寬14m，人行道寬3m，行車道與人行道中間約有7m寬的綠化空地，堤頂處設(shè)有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，堤腳處采用U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁支護(hù)，樁長為17m，樁頂設(shè)有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。綠化空地及坡面綠化部分詳景觀二次設(shè)計(jì)。本段斷面結(jié)構(gòu)尺寸如圖4所示。

圖4 樁號(hào)D0+000.00～D0+022.17斷面結(jié)構(gòu)尺寸

3.2 樁號(hào)D0+167.78～D0+239.96

該段堤防設(shè)計(jì)采用直斜結(jié)合的復(fù)式斷面型式，堤頂路寬6m，人行道寬3m，堤頂處設(shè)有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，坡腳處設(shè)有C20砼重力式擋土墻，常水位以上1m設(shè)有1.5m寬的親水步道，堤腳處采用U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁支護(hù)，樁長為17m，樁頂設(shè)有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。坡面綠化部分詳景觀二次設(shè)計(jì)。本段斷面結(jié)構(gòu)尺寸如圖5所示。

圖5 樁號(hào)D0+167.78～D0+239.96斷面結(jié)構(gòu)尺寸

3.3 樁號(hào)D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56

該段堤防設(shè)計(jì)采用直斜結(jié)合的復(fù)式斷面型式，堤頂路寬6m，人行道寬3m，堤頂處設(shè)有擋水欄桿，迎水坡坡比為1∶2.5，常水位以上1m設(shè)有1.5m寬的親水步道，親水步道與坡腳設(shè)有約7.3m寬的綠化空地，堤腳處采用U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁支護(hù)，樁長為17m，樁頂設(shè)有C25鋼筋砼帽梁，帽梁尺寸為800mm×800mm。綠化空地及坡面綠化部分詳景觀二次設(shè)計(jì)。本段斷面結(jié)構(gòu)尺寸如圖6所示。

圖6 樁號(hào)D0+022.17～D0+167.78和D0+239.96～D0+760.56斷面結(jié)構(gòu)尺寸

4 堤頂高程確定

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤頂高程應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高應(yīng)按下式計(jì)算確定。

Y=R+e+A

式中，Y—堤頂超高，m；R—設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e—設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，m；A—安全加高，m。

其中安全加高根據(jù)GB 50286—2013中表3.2.1，允許越浪的3級(jí)堤防工程安全加高值取0.4m。堤防超高計(jì)算結(jié)果見表2—3。

表2 風(fēng)浪要素計(jì)算表

表3 堤頂超高計(jì)算結(jié)果

因此本工程堤頂高程按照外江現(xiàn)狀洪潮水位加1.1m確定。

5 U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁穩(wěn)定計(jì)算

5.1 計(jì)算工況及荷載組合

根據(jù)SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，本次計(jì)算分析了以下兩種工況，一是完建工況：擋土墻上、下游均無水，設(shè)計(jì)荷載為擋土墻結(jié)構(gòu)自重、墻后填土重及填土表面連續(xù)均布的活荷載等；二是水位驟降工況：運(yùn)行期墻前有水位降落，即擋土墻墻后設(shè)計(jì)洪水位，當(dāng)墻前水位驟降0.5m。設(shè)計(jì)荷載為擋土墻結(jié)構(gòu)自重、墻后填土重、相應(yīng)水位的靜水壓力及填土表面連續(xù)均布的活荷載等。

5.2 安全系數(shù)的選取

根據(jù)GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、SL 252—2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T 50805—2012《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，確定本工程主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。

根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，確定U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的安全支護(hù)等級(jí)為二級(jí)：嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)取1.2；整體穩(wěn)定安全系數(shù)取1.3；抗隆起安全系數(shù)取1.6。

根據(jù)SL 379—200的規(guī)定，確定U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁擋墻的級(jí)別為3級(jí)：抗傾覆安全系數(shù)，土質(zhì)地基條件下，基本組合1.50；特殊組合1.40。

5.3 計(jì)算斷面選取

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及設(shè)計(jì)斷面選取兩個(gè)典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，分別為D0+158.77、D0+697.72。

5.4 計(jì)算方法及成果

采用《理正深基坑7.0PB1》軟件中排樁支護(hù)設(shè)計(jì)來進(jìn)行U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

由上表得，U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁整體抗滑穩(wěn)定、嵌固穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定及抗隆起穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的結(jié)構(gòu)是安全穩(wěn)定的。

6 結(jié)語

通過對(duì)廣東省東莞監(jiān)獄增容擴(kuò)建工程中堤防加固方案的比選研究，確定了最佳的堤防加固方案，這將確保工程的安全性和可持續(xù)性。其次，該研究為東莞監(jiān)獄的增容擴(kuò)建工程提供了重要的指導(dǎo)意義，為決策者提供了有效的參考和依據(jù)。但仍需要綜合考慮當(dāng)?shù)貤l件，并進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)估。