我国河流湖泊众多,河湖资源丰富,人类与河流的关系一直处于动态变化的过程,早期社会人类依赖水、敬畏水,随着经济社会的高速发展、科学技术的突飞猛进、生产方式的逐步转变、人口数量的日益扩增,无限制地开发河流资源,逐步引发了越来越多的河流生态环境问题,水环境污染、岸线渠化、河流生态系统紊乱、河流生境破碎等问题已经反噬人类生活的各个方面。现今生态文明建设背景下,各地积极开展河流治理工程,河流生态环境得到逐步治理,河流生态系统逐步恢复。生态U型板桩作为河道整治工程中的一种护岸形式,在河道治理中应用日益广泛[1],朱晓峰[2]分析生态U型板在不同河涌断面的工程适应性。不同专家学者分析U型板桩在城市排涝工程[3]、输水扩大工程[4]、水库加固工程[5-6]、水利堤防[7]等实际应用情况；何霞等[8]以大布涌兴贤支涌工程为例,葛波[9]以湖州市太嘉河为例,陈亚军等[10]以郑集河输水扩大工程为例,研究生态U型板桩在实际整治工程中的使用效果。河道治理工程是维护河湖生命健康的重要举措,生态U型板技术体现了生态文明智慧,在河道治理过程中发挥重要作用。本文以广州空港经济区起步区龙港路东侧规划河涌建设工程为例,分析生态U型板技术的适应性以及实际应用过程中存在的问题,针对实践过程中存在的问题提出建议,以期更好地发挥生态U型板在河道治理中的作用。

1工程概况

广州空港经济区位于广州北部,东起流溪河、西至106国道－镜湖大道、南起北二环高速、北至花都大道,山水秀丽,交通便利,在区域经济发展和产业提升方面具有重要的作用。广州空港经济区起步区龙港路东侧规划河涌建设工程（以下简称“规划河涌”）位于广州市空港经济区核心区（一期）北片起步区,现状河道名称为花干渠三支渠,起点位于大坳拦河坝花都灌区花干渠与G45大广高速相交处上方200m,终点位于新街河支流与778乡道相交处,总长4.2km。其中上游生态护岸段为永久工程全长1.59km,下游清淤整治段为临时工程全长2.61km。规划河涌对现状龙港路东侧河道进行了截弯取直,走向基本沿现状河道自北向南,起点位于龙港路连接花都大道处,往南沿龙港路东侧依次穿越集富路、保税大道后沿白云机场海关监管库区西南侧边线汇入现状新街河支流,沿支流最终汇入新街河。

2适应性分析

规划河涌位于综合保税区区块西部,根据广州空港经济区上位规划以及控制性详规的具体要求,保税区区块亟需配套防洪排涝体系来保障其安全,以发挥整体效益,区块西侧区域现状仅有一条灌溉渠（流溪河花干渠三支渠）无其他防洪排涝工程,远不能达到城市发展规划的要求。为了保障保税区区块防洪安全,提高该区域的防洪排涝能力,规划河涌是重要的基础设施建设之一,通过分析不同护岸方案的优缺点（见表1）,结合时间、施工、生态、经济等方面的因素,采用生态U型板桩用于规划河涌的护岸建设,以期达到防洪排涝以及生态治理的要求。

2.1时间因素

城市建设安全先行,水安全是城市安全最重要的保障之一。规划河涌为该片区唯一排水通道,一旦发生较大洪水,将对该片区地块发展造成严重打击。根据产业园区交付期限倒排施工工期,为避免跨汛期施工,本工程施工需赶在2001年4月前完成主体通水（共计4个月）,时间紧,任务重,同时也要满足生态及经济社会发展要求,选用生态U型板桩可以较好的解决面临的问题,其施工速度相对较快,施工工艺相对简单,能满足项目时间上的要求。

2.2施工因素

项目区西侧为G45大广高速,项目起点为花都大道,778乡道贯穿整个项目区,工程建设场地通达性良好,交通基础设施便利,有利于施工所需建筑材料的交通运输。施工和生活用电由附近村镇输电线路供应,可满足施工和生活要求。工程沿线水质较好,工程施工用水可直接从河流中抽取,生活用水可从附近村镇自来水管接入。但规划河涌右侧龙港路因审批顺序问题,已先行施工,除部分绿化外,道路主题工程已完成施工。根据现场实际情况,部分段道路距河涌直线距离少于3m,且为满足市政自排水需求,河道垂直悬挑高度在4m以上,现场缺少明挖条件,一般重力式挡墙和悬臂式挡墙不能满足自身稳定要求,生态U型板桩施工作业面小,施工场地适应性高,抗弯、位移等安全性指标均能满足设计要求。且规划河涌左侧为海关仓库,原浆砌石挡墙图纸缺失,为避免施工扰动对原挡墙影响,采用生态U型板桩静压法施工,减少对周围土地扰动,满足本工程实际施工要求。

2.3生态因素

水安全是城市的命脉,水生态是城市的灵魂,水景观则是城市的品位。空港经济区定位为中国临空经济中心,良好的水生态及水景观可以为空港经济区带来更多的外来投资及技术人才,为经济区发展带来更多机遇。规划河涌的建设将实现水清岸绿的景观效果,上游生态护岸段建设将形成8m宽水域及两侧绿化带,不仅使项目周边远离洪涝灾害的威胁,而且人们闲暇之余还可以通过渠道近距离感受两岸生态绿色之美,“人水和谐”的理念得以彰显。本工程采用生态U型板桩,生态景观效果较好,上部有开槽,可植草；孔洞可降低墙后水位,提高结构安全性,亦有利于河岸与河床的生态系统构建。

2.4经济因素

经济性是工程建设的重要考虑因素之一,通过比选其他护岸技术,在开挖的条件受限的情况下,生态U型板桩在保证性能的前提下,不仅能节约生产所需的大量的原材料,降低制造成本,并且可以按照本工程的设计要求,于工厂预制订单,成本稳定可靠,性价比高。

3生态U型板桩设计及复核计算

生态U型板桩在施工过程中,往往需要考虑施工准线布设,桩机准备,导桩、导向架制作,借助导向架以及打桩机吊机单点起吊等混凝土板桩直立,确保板桩垂立插入泥面,借助液压板桩夹头以及经纬仪等完成混凝土板桩沉桩。综合考虑时间、施工、生态、经济等方面地因素,比较不同护岸的生态效果、施工难易程度、造价等综合因素,采用生态U型板桩护岸,方案见图1。

3.1计算模型

规划河涌总长1.59km,依据钻孔揭露资料,按岩土层的地质年代、成因类型及工程性质自上而下分为3个工程地质层,由上往下分别为人工填筑层、冲洪洪积层、坡残积层,结合《工程地质剖面图》,针对本工程河道实际悬挑高度较高,故左岸选取含最大悬挑高度、最不利地质情况等五个典型代表孔进行计算,右岸选取含最大悬挑高度、最不利地质情况等四个典型代表孔进行计算。

3.2计算工况

本次挡土墙设计采用北京理正软件设计研究所编制的挡土墙计算软件,按照《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）对挡土墙进行抗倾、抗滑及地基应力计算,分以下四种情况选取最不利典型断面进行计算：设计洪水工况：挡土墙临水侧为设计洪水位,背水侧为相应最高水位；正常运行工况：挡土墙临水侧为常水位,背水侧为相应最高水位；水位骤降工况：挡土墙临水侧水位骤降1.0m,背水侧为相应水位；施工期工况：挡土墙临水侧无水,背水侧水位高出临水侧1.0m。

3.3稳定计算

稳定计算采用理正深基坑软件,计算参数选取及计算结果如下。3.3.1整体稳定计算计算方法选用瑞典条分法,假定滑动面为圆弧面,将滑动体分为若干个竖向土条,并忽略各土条之间的相互作用力,对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析,求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数,其中土条宽度为1.00m；应力状态采用有效应力法,总应力为由固体颗粒、孔隙中的水和气体共同承担的应力；有效应力为土颗粒间的接触应力,控制着土体体积变化和抗剪强度。有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力-应变关系上的重大区别,采用有效应力法计算主动土压力,其中土压力系数的计算方法由具体的土压力理论确定。3.3.2抗倾覆稳定性验算抗倾覆（对支护底取矩）稳定性验算：式中：Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定,对于锚杆或锚索,支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。计算规范与规程采用《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）,内力计算方法为增量法,支护结构安全等级二级,支护结构重要性系数γ0取1。以左岸ZK25为例,基坑深度6m,嵌固深度8m,桩顶标高-1m,桩材料类型为钢筋混凝土,混凝土强度等级C60,桩截面类型为矩形,桩高0.45m,桩宽1m,桩间距1m,冠梁宽度0.8m,冠梁高度0.6m,放坡级数1,超载个数1。土层为素填土和粉土,土层参数根据地勘报告选取见表2,计算过程及计算结果见表3、图2。滑裂面数据,圆弧半径R=13.601m,圆心坐标X=-1.14m3,圆心坐标Y=5.508m,整体稳定安全系数Ks=2.590>1.30,满足规范要求。在《水工挡土墙设计规范》中,4级挡墙,在基本组合下,挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值为1.2,土质地基上挡土墙抗倾覆安全系数的允许值为1.4；在特殊组合下,挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值为1.05,土质地基上挡土墙抗倾覆安全系数的允许值为1.3。在《建筑基坑支护技术规程》中,支护结构安全等级为二级,稳定安全系数为1.2,滑动稳定安全系数为1.3。结合工程实际,出于安全考虑取安全系数大值作为设计标准。通过计算,在最不利工况下,即挡土墙临水侧无水,背水侧水位高出临水侧1.0m,九个典型代表孔计算挡墙抗滑稳定安全系数均大于1.3,挡土墙抗倾覆安全系数均大于1.4,满足整体稳定和抗倾覆安全系数的最大值,计算结果见表4。最后根据厂家手册选择满足弯矩要求的尺寸的生态U型板桩。

4存在问题

4.1定额不明确

U型板桩虽纳入2013年水利先进实用技术重点推广指导目录,但水利常用概算软件均无对应定额,取费标准纯在差异。针对不同弯矩,需选择不同尺寸配筋的U型板桩,面对河道治理实际情况的不同需求,需选择不同类型的U型板桩,但在财务审计中,还无对应选项,一旦被削减投资,容易引发后续施工困难等问题。

4.2产品不成熟

市场中生产生态U型板桩的厂家较多,但是由于推广、专利、技术、工厂、施工队伍等各项配套环节还未形成产业链条,整体上看,产品市场还不够成熟。部分专家对于产品的可靠性有所质疑,比如在专家评审中往往会有专家对生态U型板桩提出一定的质疑,对产品的可靠性存在一定疑虑；因参考对象较少,业主对该项技术的不信任,对选择该项技术后建成效果的不确定；施工单位因施工队伍问题,对单项工程把控上,还存在一定质疑的声音。

5结语

生态U型板桩生态效果好,整体性完备,适应特定施工环境,安全性满足设计要求,结构坚固耐用,抗冲刷能力强,施工速度快,施工简单,产品性价比高等特点,目前广州、深圳、佛山、深汕特别合作区、东莞、中山、肇庆等多条河道生态U型板桩相继投入设计建设。虽然目前产品还面临着部分细节需要完善,设计审批流程还需要进一步理顺,市场成熟还需要经验沉淀等一系列阻碍,随着城市建设水平的发展,河道治理的进一步实践研究,产品存在的问题将会进一步的完善,生态U型板桩应用和发展前景还有进一步提升的空间。

作者:廖志浩 陈豪 单位:广州珠科院工程勘察设计有限公司