杭州八堡船闸口门区堤防加固方案研究

    胡俊

    

    

    摘 要：京杭运河二通道为提高通航保证率，需对八堡船闸口门区进行河段治理。由于河段治理会影响口门区两侧堤防安全，因此需对堤防进行相应的加固。本文对堤防的加固方案进行了研究比选，并通过工程试验加以验证，为项目的可行性研究和实施提供强有力的技术支持。

    关键词：船闸 口门区 堤防加固

    京杭运河杭州市河段（北星桥～三堡船闸）目前只有五级航道标准，且桥梁通航净高基本上只有4.50m，随着经济高速发展、水运运量快速增长，航道通过能力显得严重不足，已成为通航瓶颈。同时，随着杭州市城市化进程的加快，群众环保意识的增强，反对杭州市河段通行大吨位货船的呼声也日趋激烈。因此，杭州需另辟京杭运河第二通道，并建设八堡船闸与钱塘江沟通。2008年年底，京杭运河浙江段三级航道整治工程的项目建议书已获国家发改委的批复，京杭运河第二通道纳入该项目中。目前，项目处于工程可行性研究阶段，杭州段的投资估算为91.82亿元。

    八堡船闸口门区加固的必要性

    八堡船闸是京杭运河第二通道的终点，是新开挖运河与钱塘江沟通的枢纽工程。八堡船闸出口位置选在钱塘江八堡弯道凹岸一侧，三堡船闸下游约7.5公里处。受水域条件及陆域用地限制，沿岸已建有丁坝群护滩，近岸滩地高程较高，不能满足1000T级船通航水深要求，需进行工程河段治理。工程河段治理方案为：清理残坝，适当缩短控导长丁坝以及在八堡船闸钱塘江出口位置堤防外侧新建两条导堤。但工程河段治理后，口门区流速增大，滩地刷深，危及口门区两侧堤防安全。其中，口门区上游为堤防前滩地冲刷幅度较大的堤段，遭遇百年一遇洪水时，该段堤防滩地最大刷深1.4m，冲刷高程为-1.04～-1.24m；口门区下游为堤防前滩地冲刷特别严重的堤段，遭遇百年一遇洪水时，最大冲刷幅度达7.0m，最低冲刷高程为-8.84m。经抗滑、抗倾稳定计算，口门区两侧一定距离内的堤防稳定安全系数不能满足安全运行要求，必须进行防冲加固。

    因此，在工程可行性研究阶段须对口门区堤防提出相应的加固措施，对加固方案进行深入研究分析，保证口门区堤防安全运行。

    口门区堤防加固方案比选优化

    1、口门区上游段加固方案比选优化

    口门区上游堤防现状断面结构为斜坡式。堤顶高程为9.7m，宽9m，堤顶外肩设砼挡浪墙，墙顶高程10.5m。内坡为坡比1：3的草皮护坡，外坡为C20砼护坡。坡脚设有C25砼护坦和小沉井护脚防冲，护坦顶面高程为3.43～3.18m，护坦宽6.25m，护坦外侧安放1m×1m×3.5m的C30钢筋砼小沉井，沉井壁厚10cm，沉井底高程多为-0.82m，井体外抛块石保护。考虑到工程河段治理后，堤防前滩地最大刷深为1.4m，拟采用以下加固方案。

    方案1：钢筋砼板桩与抛石相结合防冲方案，每延米建安费约1.4万元。该方案拟在现有堤防沉井外侧加设6.0m护坦，护坦外口顶面高程2.38m，护坦外侧打设C30钢筋砼预制板桩，桩长11m，桩底高程-8.82m。在板桩外侧抛填大块石进行水平保护，抛石底高程为1.0m，底宽5m。该方案的优缺点分析。优点：①结构整体性和防冲效果较好，维护工作量较少；②施工技术较为成熟，施工速度较快；③工程投资较小。缺点：当遇到较多块石时，沉放难度较大，施工质量难以满足设计要求。

    方案2：钢筋砼小沉井与抛石相结合防冲方案，每延米建安费约1.5万元。该方案拟在现有沉井外侧加设6.0m护坦，护坦外口顶面高程2.18m，护坦外侧设有小沉井防冲刷保护。小沉井采用预制件，其断面120×120×500cm，沉井底高程-3.32m。井内安放砼预制块及块石混合料，其上部灌注砼、埋插筋，通过沉井顶部浇筑连系梁，与护坦拉梁、锚梁等构成护坦整体防冲结构。在沉井外侧抛填大块石进行水平保护，抛石底高程为-1.2m，底宽5m。该方案的优缺点分析。优点：施工技术较为成熟，施工较方便，投资较小。缺点：施工中沉井间接缝较难解决，防冲效果较差。

    方案3：钻孔灌注桩连续墙与抛石相结合方案，每延米建安费约3.6万元。该方案拟在现有沉井外侧加设6m护坦，护坦外口顶面高程2.38m，护坦外侧施钻桩径80cm的钻孔灌注桩连续墙，桩长11m。连续墙内侧采用高压水泥旋喷桩作为防渗墙，旋喷桩桩径为50cm，桩长5m。在钻孔灌注桩外侧抛填大块石进行水平保护，抛石厚2.0m，底宽5m。该方案的优缺点分析。优点：①结构整体性和防冲效果好；维护工作量少；②施工质量较为可靠。缺点：工程投资大。

    方案4：安放扭王块水平防冲，每延米建安费约1.2万元。该方案拟在现有沉井外侧安放6t扭王块进行水平保

    护，扭王块安放宽度20m。该方案的优缺点分析。优点：施工方便，造价低。缺点：①结构整体性及防冲效果较差；②维护工作量大。

    结论：方案3工程投资太大，不宜采用。方案4工程投资最小，但维护检测工程量大，也不宜采用。方案1和方案2均可行，但由于方案1较方案2更为经济，且板桩桩间接缝比沉井更易解决，同时目前板桩施工经验丰富，施工技术较为成熟，其施工速度比沉井施工快，故推荐采用钢筋砼板桩与抛石相结合方案。

    方案优化：经进一步验算、优化形成最终的加固方案（见下图）。

    2、口门区下游段加固方案比选优化

    口门区下游段上游堤防现状断面与上游段基本相同。但由于工程河段治理后，堤防前滩地最大冲刷比上游段要深5.6m，导致下游的加固方案和上游有所不同，采用以下方案较为合理。

    方案1：钻孔灌注桩连续墙与抛石相结合方案，每延米建安费约5.6万元。该方案拟在现有沉井外侧加设6m护坦，护坦外口顶面高程3.18m，护坦外侧为桩径120cm的钻孔灌注桩连续墙，桩长20m。钻孔灌注桩排桩间隙处采用高压水泥旋喷桩进行加固，旋喷桩桩径为50cm，桩长10m。在钻孔灌注桩外侧抛填大块石进行水平保护，抛石底高程为-2.0m，底宽10m。该方案的优缺点分析。优点：①结构整体性和防冲效果较好，维护工作量较少；②投资较小。缺点：当遇到较多块石时，施工难度较大，施工工序较复杂。

    方案2：硬切割咬合桩连续墙与抛石相结合方案，每延米建安费约10万元。该方案拟在现有沉井外侧加设6m护坦，护坦外口顶面高程3.18m，护坦外侧采用进口CD全回旋套管机交错施钻咬合桩，桩径120cm，桩长20m。在咬合桩外侧抛填大块石进行水平保护，抛石底高程为-2.0m，底宽10m。该方案的优缺点分析。优点：①结构整体性和防冲效果好，维护工作量小；②塘前滩地块石层较厚时，无需清理块石可直接成孔，施工质量能够得到保证；③施工速度较快。缺点：①对施工机械要求较高；②工程投资大。

    方案3：丁坝群水平保护方案，每延米建安费约10万元。该方案拟布设8座100m长的丁坝，丁坝坝面及坝坡采用厚60cmC25砼护面，坝顶宽3m。丁坝上下游坝坡脚设有60cm厚C25钢筋砼护坦。上下游护坦外侧沿丁坝坝身分区段进行坝脚防冲保护，靠近坝根区段采用8m长钢筋砼灌注桩防冲，坝头防冲结构为桩径30m 长钻孔灌注桩连续墙，坝身中间过渡段采用15m长钻孔灌注桩连续墙防冲。该方案的优缺点分析。优点：工程投资最小。缺点：丁坝坝头容易损毁，防冲效果相对较差，维护工程量大。

    结论：虽然方案3造价比方案1略微偏低，但丁坝坝头容易损毁，维护检测工程量大，堤防运行管理工作量大，该方案不宜采用。方案1和方案2结构整体性和防冲效果好，但方案1每延米工程投资较方案2少4.4万元，故推荐采用钻孔灌注桩连续墙与抛石相结合方案。

    方案优化：经进一步验算、优化形成最终的加固方案（见下图）。

    口门区堤防加固实际方案工程试验

    在加固方案现场试验中，口门区上游试验段采用了钢筋砼板桩与抛石相结合方案，口门区下游试验段采用了钻孔灌注桩连续墙与抛石相结合方案。

    上游试验段板桩施工顺序：围堰→表层泥夹石挖除→板桩施打→C25钢筋砼护坦→土方开挖→块石混合料回填→表层块石理砌。板桩采用工厂化预制，二点法起吊，沉桩施工采用定位架定位、激振法冲沉；沉桩设备为日立550型履带式挖掘机配置高频激振头，遇有较硬砂土层时，加以水冲法辅助，即以人工顺板桩凹槽插入水管高压冲水辅助沉桩。从施工效果看，除个别桩位因地层孤石而出现偏移外，其余板桩垂直缝隙都能控制在2cm之内，均能达到设计要求，证明该加固方案是合理可行的，施工工艺有一定的推广价值。

    下游试验段施工顺序：围堰→挖除表层泥夹石→φ1200钻孔灌注桩→φ1000高压水泥旋喷桩→C25钢筋砼护坦→块石混合料回填→表层块石理砌。Ф1200钻孔灌注桩采用10型钻机，正常情况下每台钻机每天成桩1根；钻孔采用回旋钻成孔，遇到障碍时换冲击成孔，或先小钻头钻进到设计桩底高程，再以回旋钻扩孔成孔；从施工效果看，除少数Φ120灌注桩因地质条件造成桩位偏差，大部分灌注桩均能达到设计要求。高压水泥旋喷桩采用三重管旋喷桩机施工；从施工效果看，经检测的桩径和强度均能满足设计要求，并与前排灌注桩接缝较为严实，证明该加固方案合理可行。

    结束语

    口门区堤防加固方案是京杭运河第二通道和八堡船闸建设可行性的重要组成部分。口门区堤防加固方案通过比选和工程试验验证，具有充分的可行性、合理性、经济性和施工可操作性，对项目的可研报批和实施将起到至关重要的作用。

    （作者单位：杭州市港航管理局）