钢筋混凝土插板桩坝在河道整治中的应用

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近几十年来，黄河河床淤积严重，行洪能力急剧降低，“悬河”形势加剧，防洪水位逐年抬高，即便是中常洪水也可能发生滚河、斜河和顺堤行洪，威胁堤防安全。目前，黄河下游河床高于两岸地面３～５ｍ，防洪水位高于地面８～１０ｍ。

小浪底水库运用后，黄河下游仍有发生大洪水的可能，山东窄河段发生1００００ｍ３／ｓ流量左右大洪水的概率还较大。“地上悬河”的不利局面还将长期存在，河势游荡多变、堤身单薄、土质差、险点隐患多和险工高度不足、根石薄弱、坝岸稳定性差等问题仍然存在，中常洪水仍有决堤的可能。针对小浪底建成运用后下游河道可能发生的变化，必须加快河道整治步伐，固定中水河槽，稳定下游河势，减轻洪水对大堤的威胁。为了适应河道整治工程的需要，继续完善和调整已有河道整治工程节点并逐步改变汛期传统坝岸工程频繁抢险的被动局面，研究筑坝新结构是十分必要的。近几年来钢筋混凝土水力插板桩新结构坝在河口地区得以应用在结构设计、施工工艺方面不断改进并通过应用效果、经济等方面的综合比较，为这一新结构坝的推广应用提供了可能。一、钢筋混凝土插板桩坝的技术分析黄河下游河道河床多为粉质细砂，而河道整治工程多修建在冲积嫩滩上，根据野外勘探揭露及室内土工试验成果综合分析，河口地区已建的几处插板桩坝工程钻探范围内的土层主要为现代河流冲积层及海陆交互沉积层，土质以松散的粉细砂和软塑的壤土、砂壤土为主，内聚力低，抗冲性差，运用水力插板桩做成的坝岸，施工速度快，抗冲刷效果明显，能有效地减少抢险概率。水力插板桩运用水力冲填技术，通过板桩底部的喷水管产生的高压喷水切槽，靠自重使板桩沉入地基。板桩与设置在板桩顶部的联系梁共同维持稳定，根据作用在板桩上的水平荷载与垂直荷载，对支撑点取矩，确定桩长尺寸；根据设计计算情况，按《公路桥涵地基与基础设计规范》进行内力计算，按偏心受压构件进行配筋设计。板桩提前预制成型，运至施工现场后即可进行沉桩施工，施工速度快。黄河下游河口地区八连控导工程、十四公里工程、清３控导工程在设计中运用水力插板桩做成坝岸，有效减少土方开挖和石方填筑，减少了抢险概率，加快了施工进度。经过几次汛期及调水调沙试验期来水的检验，该种结构坝经受住了洪水冲刷的考验，获得了较好的效果。胜利油田管理局已在河口地区全面推广使用该技术，施工方式及方法已比较成熟，在技术上是可行的。二、钢筋混凝土插板桩坝的投资分析１、插板桩结构坝投资分析在黄河河口地区，八连控导、十四公里工程、清３控导工程相继实施了插板桩结构坝岸，据此进行投资分析。八连控导工程插板桩坝总长度为１５７ｍ，桩长为１５ｍ；十四公里工程插板护岸长度为２７０ｍ，桩长为１５ｍ；清３控导工程中２６段坝中有６段坝采用插板桩坝，插板桩坝工程长度为５７７ｍ，桩长为１３ｍ。结构形式：八连控导为丁坝，十四公里为护岸，清３控导为垛。投资分析统一采用２００２年第三季度水平价格指数，用静态计算方法对施工图进行分析计算。各种坝结构形式不同，插板桩坝单位造价亦不同。如八连控导工程单位长度造价为０．８１万元，十四公里工程为０．８８万元。清３工程为垛，桩后为坝基回填土和坦石护坡，土压力增大，为保证其稳定性，增加了锚桩，并采用拉杆与板桩相连，同时，土石方较插板桩丁坝增多，单位投资相应增大，达１万元。２、相同功能传统结构土石坝投资分析假设在上述３处工程相应位置建设相同功能的传统土石坝。投资分析结果见表１。八连控导工程单位长度造价为１．２６万元，十四公里工程为０．７３万元，清３工程为０．５７万元。八连控导工程单位投资增大的主要原因为八连工程采用丁坝，长达１５７ｍ，土石方较护岸及垛增大很多，因此单位投资相应增大。３、插板桩坝与相同功能传统结构土石坝投资比较八连工程为丁坝，土石方工程量较大，单位长度造价插板桩比传统结构坝减少３６％；十四公里工程为护岸结构形式，单位长度造价插板桩比传统结构坝增加２１％；清３工程为坝垛结构形式，单位长度造价插板桩比传统结构坝增加７５％。从以上分析可以看出，插板桩坝单位长度造价较传统结构土石坝一般都有较大幅度的增加，但从已建工程近几年抢险及管理费用来看，插板桩坝明显较传统结构土石坝减少。因此虽然插板桩坝一次性工程投资较大，但抢险费用减少，经济效益较大。三、钢筋混凝土插板桩坝的社会评价钢筋混凝土插板桩坝的实施，具有明显的社会效益。首先，环境效益显著。河道整治工程的实施，需要大量的土和石料等，土方的开挖，带来大量土地和耕地遭到开挖；石料的过度开采，带来生态和环境的巨大破坏，而钢筋混凝土插板桩坝的实施，为环境免遭严重破坏提供了可能，为社会可持续发展提供了保障，促进了河口地区的经济发展和生态环境建设。其次，经济效益明显。插板桩坝的实施，保证了防洪安全，加快了地区经济发展，为河口地区和胜利油田的经济发展起到了保障作用。