东莞市财政投资审核办公室
摘要：根据水利部财政部水规计[2012]227号文的要求，水利部在15个省4个计划单列市展开试点。面对如此繁重的建设任务，如何高效、合理地完成整治工作成为一个突出的问题。文章结合实际工程项目，分析U型预应力钢筋混凝土板桩（以下简称U型板桩）在中小河流整治中的应用优势。
关键字：抗弯抗剪、造价、支护、堤岸护坡
东莞市以地级市为单位，列入广东省20个中小河流治理试点之一，共有中小河流治理项目区21个，规划总投资约5.52亿元。东莞市河流综合整治的重点是做好河涌和河道的清淤，提高河道防洪排涝能力，以及在可能的地方进行引水加大水流动力，使河涌河道保持良好的生命力，并结合水利整治美化城市改善景观。本文以中小河流治理实际工程为例，以不同应用情况，从受力分析、施工时间、工程造价等方面分析U型板桩在中小河流整治中应用优势。
1、U型板桩概述
U型板桩是一种新兴的支护形式，自上世纪90年代起，在荷兰、日本等国家广泛应用于水利、围堰、基坑围护、航道护岸等方面。近10年来，在吸收国外经验与技术的基础上，我国企业开始自主研发，现时已在水利工程中推广使用。U型板桩是薄壁型的先张法预应力钢筋混凝土桩，其显著特点为壁薄、自重轻、抗弯性能佳等。其独特的变截面结构设计，既减少了材料的消耗（与传统矩形混凝土板桩相比较可节约混凝土材料30%、节约钢材50%以上）又增大了截面惯性矩，抗弯、抗剪性能显著提升，还增大挡土宽度。从而在造价方面也较其它支护结构相对经济。但同时由于截面厚度较小，使其存在不接桩情况。此外在施工过程中为保证U型板桩间的密封效果，要对U型板桩的几何尺寸进行计算，同时还要选择最适合的桩型。
2.U型板桩不同情况下的应用优势
2.1U型板桩作为清淤支护
2.1.1工程简述
万江-1项目区内现状河底高程多为0.2~0.7米，清淤设计高程为-0.2~0.7米。地质报告结果显示项目内出露的地层为河涌两岸人工填土和第四系沉积层。分别为：第一层，人工填土。第二层，淤泥、淤质粘土，平均厚度为2.54米。第三层淤质粉细砂、中细砂，平均厚度为7.8米。区内分布的淤质粉细砂、中细砂为液化砂土，淤质粘土及淤泥等高压缩性土层存在震陷问题。环境水对钢结构具有分解类碳酸性弱腐蚀性。
2.1.2清淤支护型式选择
根据地质、水文及水力计算成果，河床基本按现状底宽清除河道淤积，两侧清淤边坡根据地质情况分别按1：2.5坡度清淤至设计高程。为不影响两岸已建直立挡墙的稳定安全，清淤边线应与挡墙墙趾保持一定的安全距离，清淤深度超过50厘米时则采用一定的方式支护后再进行垂直开挖。支护长度为2.5公里。
（1）方案一
采用永久性钢板桩支护，钢板桩顶高程为河道原地面高程，平均桩长暂定为3米。采用永久性钢板桩支护后，再进行垂直开挖。
该方案优点是施工简便，工期短。缺点是长期浸泡在水下钢板桩容易出现腐蚀现象，且该工程清淤支护作为永久性支护，而环境水对钢结构具有分解类碳酸性弱腐蚀性。另一方面钢板桩造价较高，钢板桩每平方米造价约为1275元。
（2）方案二
采用U型板桩支护，U型板桩顶高程为河道原地面高程，平均桩长暂定为3米。采用U型板桩支护后，再进行垂直开挖。
该方案优点是施工简便，桩体整体稳定性较好，耐腐蚀，且造价较低。U型板桩采用C60以上高强高性能混凝土制作，这样的砼标号满足强度要求的同时又提高了混凝土的耐久性，令U型板桩使用年限达50年以上。根据该工程地质条件采用静压或振动加高压射水等施工方案，更有利于排桩成型的质量控制，且不影响两岸已建直立挡墙的稳定安全。U型板桩造价每平方米约为550元。缺点是施工噪声较大。
经以上耐久性、造价等方面分析比较，工程选用方案二U型板桩作为清淤支护方案。
2.2U型板桩作为堤岸护坡
2.2.1工程简述
根据勘探揭露，虎门-2工程范围内岩土性质变化较大，场地复杂度及岩土条件划分为二级，场地土层基本以软土层为主，主要为厚度较大的淤泥，场地相对稳定，适宜本工程建设。工程范围内部分堤段现有市政道路，高程为3.1~3.7米，道路宽度15米，能够满足防汛巡视检查的要求，因此该段堤顶不另设道路。且岸边已铺设截污干管，且与现行市政道路间距较窄，大面积开挖施工可能性较小。同时此段由于工程范围内不具备拆迁条件，只能在现有岸坡基础上进行简单处理。另外工程范围附近有一所医院，施工尽量避免大量土方开挖和回填，把对河道原有动植物的破坏降至最低，优先考虑工期短、粉尘少、噪声低的施工工艺，减少对病人等的影响。工程范围内部分堤段需新建防汛通道以满足交通需要。
2.2.2堤岸护坡型式选择
堤岸护坡断面形式一般有斜坡式、直墙式及直斜复合式，根据工程实际及地形情况每一类又可以派生出多种、多级型式的断面，应结合该流域防洪规划的设置，综合考虑景观布置、建筑要求、工程造价、施工特点等方面因素，进行方案比较。
（1）方案一
采用U型板桩护岸，板桩截面高度0.45米，宽1米，板厚0.12米，截面面积0.17平方米。①直斜复合式，桩长11米，桩顶以上均铺设2.5米宽人行道，再以1:2放坡至设计堤顶，坡面植草皮，堤顶与现状路面相接。②直墙式，U型板桩顶至设计标高，墙顶宽度0.45米。挡墙底部桩长初定平均12米，以满足挡土墙承载力及深层抗滑动要求。清淤至设计高程然后抛石护底，填土至堤顶高程与现状路面相接。
该方案优点：U型板桩力学性能好。该型号U型板桩平均有效预应力为7.43σpc/MPa，平均抗裂弯矩为162Mcr/KN•m，平均抗弯弯矩为268Mu/KN•m，平均剪力设计值为248V/KN，平均竖向承载力设计值2421Rp/KN，平均竖向抗拉承载力设计值1508Tp/KN。由参数可知U型板桩截面抵抗矩大，强度高，抗弯、抗裂能力强。而且其生产标准化，产品质量稳定，结构耐久性好，施工速度快，效率高，工期相对较短。另外U型板桩具线性岸线，亲水力较强，表面美观度高，后期装饰较容易。护岸占地面积小，从而需要的拆迁量更小，可减小拆迁成本，优化土地资源利用。缺点：预制、施工设备相对复杂，机械化程度较高，施工管理要求相对较高，且其不适合后方设置防汛通道。
（2）方案二
采用钻孔灌注桩护岸。①直斜复合式，施工时利用现有地形作为施工平台完成直径800灌注桩施工，在其完工后开挖至河底高程，并利用开挖土做围堰，完成护面混凝土浇筑，最后拆除围堰，开挖至设计断面，河底清淤至设计高程。桩顶以上均铺设2.5米宽人行道，再以1:2放坡至设计堤顶，坡面植草皮，堤顶与现状路面相接。②直墙式，施工时利用现有地形作为施工平台完成灌注桩施工，设置冠梁，在其完工后清淤至设计高程，再回填石粉至冠梁顶高程。
该方案优点：施工工艺简单，单桩承载力较强。能承受较大的竖向荷载的同时承受较大的水平荷载，满足能较好地保护附近建筑物的要求。缺点：由于施工会产生大量泥浆，需设置泥浆池处理。截面抗弯能力相对较小，所需桩型直径较大，工程造价较高。直径800灌注桩相应挡土面积每平方米造价约为1450元。
（3）方案三
采用钢筋混凝土直墙式护岸，先做围堰，然后开挖至桩基础顶高程进行基础处理，再浇筑钢筋混凝土直墙式护岸、抛石护脚，然后墙后填土至设计标高，最后设置防汛通道。
该方案优点：施工简便，施工机械简易，钢筋混凝土直墙式护岸能够适用于较松软的地基，且占地面积少，能较大限度地节约土地资源，土方开挖回填量适中，能够满足在其后设置防汛通道要求。并且其结构坚固耐用，抗冲刷能力强，造价较低（相应挡土面积每平方米造价约为1000元）。缺点：施工工期受汛期影响，工期较长，施工时对周边环境影响较大。
（4）方案四
采用生态砌块挡土墙。挡墙砌块尺寸50厘米*50厘米*20厘米，单重每块60千克，使用量为每平方米10块，边坡坡度1:1，其下做混凝土压脚宾格石笼护脚。施工前需要进行围堰施工。
该方案优点：施工简便，完工后外形自然优美、亲水性强，结构生态性和耐久性好。挡墙砌块为混凝土材质，抗压强度一般为C15至C30，能够满足挡土墙的抗压、抗剪强度和耐久性的不同要求。并且不需要进行地基处理，占地面积少，造价也偏低（每平方米约为336元）。缺点：施工时挖方量大，受汛期影响。墙后承载荷载能力较弱，不适合设置防汛通道。
（5）方案五
采取重力式混凝土挡土墙。施工时先做围堰，再土方开挖至基础顶高程，然后进行抛石基础施工，浇筑重力式混凝土挡土墙，回填土方、设置防汛通道最后拆除围堰。
该方案优点：施工简单，造价相对较低（相应挡土面积每平方米造价约为1016元），墙后受力性能强，有利于设置防汛通道。缺点：施工时需要大量挖方填方，施工周期长，对周边环境影响大，受天气及汛期影响大，外形较为不美观。随着城市的发展和人民生活水平的提高，城市水利工程应该作为水环境纳入城市景观，生硬的砼墙堤岸亲水性差，且不容易布置绿化景观，人工痕迹强，堤岸显得单调。
经以上力学、工期、造价等方面分析比较，依据实际情况结合河道两侧建设及防汛通道建设要求，确定：
离原市政管道近又不要求设置防汛通道的堤段采用U型板桩直斜复合式护岸；
离原建筑物近但不要求设置防汛通道的堤段采用U型板桩直墙式护岸；
离医院近且要求设置防汛通道的堤段采用灌注桩直墙式护岸；
离建筑物近且要求设置防汛通道的堤段采用钢筋混凝土直墙式护岸。
结束语
通过上述实例分析可以得出以下结论。在中小河流整治中分别作为清淤支护及堤岸护坡两种功能时，根据工程地质条件、施工与建设要求、造价控制方面因素，合理使用U型板桩可充分发挥其各项性能优势，使工程建设达到更佳的建设效果及经济效益。另外，对于以上实例中未提及到的不接桩情况、密封等问题要加以注意。总得来说，U型板桩应在中小河流整治工程中广泛推广使用。