陳亞軍，牛 奔，張 躍

（1.江蘇省徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，221000，徐州；2.江蘇省徐州市水務(wù)局，221000，徐州）

一、項(xiàng)目建設(shè)背景

徐州市南四湖湖西地區(qū)位于江蘇省最西北部， 地處蘇魯豫皖四省交界處，屬豐縣、沛縣和銅山區(qū)三縣（區(qū)），土地面積3 071 km2， 人口284 萬人，耕地面積269 萬畝（1 畝=1/15 hm2），約占全市耕地總面積的1/3， 是江蘇省重要商品糧和果品生產(chǎn)基地，生產(chǎn)生活用水需求量較大。 湖西地區(qū)地勢高亢，年均降雨量全省最少，地表水資源缺乏，地下水資源超采嚴(yán)重，人均水資源量不足330 m3，遠(yuǎn)低于江蘇省平均水平， 是全省最缺水地區(qū)，加之地處蘇魯邊界，存在一定程度的邊界用水矛盾。 鄭集河輸水?dāng)U大工程是列入國家172 項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程的南水北調(diào)東線一期工程配套項(xiàng)目，也是省政府確立實(shí)施的全省重點(diǎn)水利工程、全省六大幫扶片區(qū)重點(diǎn)扶貧項(xiàng)目、全省解決最缺水地區(qū)發(fā)展用水補(bǔ)短板工程。 項(xiàng)目實(shí)施對于實(shí)現(xiàn)國家南水北調(diào)東線一期總體目標(biāo)，解決豐縣、沛縣和銅山區(qū)水資源供需矛盾，助力區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要意義。 本次工程通過拓浚鄭集河輸水線河道、增容改造（新建）梯級泵站、完善沿線配套建筑物等措施，增加湖西地區(qū)水資源配置手段和提高水資源供給能力，結(jié)合河道治理、堤防加固等，適當(dāng)提高區(qū)域防洪排澇能力。

河道治理是本工程的重要治理內(nèi)容，通過拓浚河槽，擴(kuò)大輸水?dāng)嗝?，能有效解決送水問題。 本工程現(xiàn)狀河槽相對偏小， 特別是鄭集閘下段，自1996 年擴(kuò)浚后已20 多年未曾系統(tǒng)疏浚治理，現(xiàn)狀河底高程28.00~29.50 m（廢黃河高程系，下同），底寬25~35 m，現(xiàn)狀河槽輸水僅能過20 m3/s，與設(shè)計(jì)輸水規(guī)模85~80 m3/s 差距較大， 本次設(shè)計(jì)河底高程27.50 m， 河底寬不小于50 m。 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在河道灘面較寬的地段， 設(shè)計(jì)采用自然放坡；在灘面較窄的地段，若按自然放坡，部分段堤防需要移堤，且堤防背水坡為基本農(nóng)田或者村莊，沒有移堤空間，因此需要采取擋墻護(hù)岸方式解決河槽擴(kuò)挖問題。

隨著環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識到傳統(tǒng)意義上的水利工程雖然能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，但在不同程度上忽視了河流生態(tài)系統(tǒng)本身的需求，造成對生態(tài)系統(tǒng)的脅迫效應(yīng)，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)不同程度的退化， 給人們的長遠(yuǎn)利益帶來損害。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央把生態(tài)文明建設(shè)擺在全局工作的突出位置，全面加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，系統(tǒng)治理山水林田湖草沙，開展了一系列根本性、開創(chuàng)性、長遠(yuǎn)性工作，決心之大、力度之大、成效之大前所未有，生態(tài)文明建設(shè)從認(rèn)識到實(shí)踐都發(fā)生了歷史性、轉(zhuǎn)折性、全局性變化。因此本項(xiàng)目治理，在滿足項(xiàng)目功能、安全的同時，河道岸坡采取生態(tài)擋墻護(hù)岸，體現(xiàn)河道生態(tài)治理理念。

二、生態(tài)護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

河道擋墻護(hù)岸型式主要有懸臂式（扶壁式）擋土墻、管樁、板樁、生態(tài)砌塊、格賓石籠等。本工程考慮其灘面以上有1 級堤防，且河道岸坡防護(hù)范圍內(nèi)土質(zhì)部分為淤泥質(zhì)壤土和粉砂，結(jié)合本項(xiàng)目最大擋土高度為3.5 m、工程造價和施工周期及難易程度等因素，排除了生態(tài)砌塊和格賓石籠方案，經(jīng)對懸臂式擋墻、管樁（波浪樁）、U 形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁等方案進(jìn)行比選，最終選用U 形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁型式（帶有透水孔），方便板樁墻前、墻后水體交換，增強(qiáng)護(hù)岸的生態(tài)性。

在墻頂高程確定方面，考慮鄭集閘下鄭集河正常蓄水位為32.50 m，為盡可能兼顧河道設(shè)計(jì)的生態(tài)性，給水生動、植物提供生存場所，同時避免板樁被兼做碼頭用，在設(shè)計(jì)時將樁頂高程設(shè)置在常水位以下，結(jié)合徐州地區(qū)一般水深植物不超過1.5 m 水深，根據(jù)現(xiàn)場情況綜合確定樁頂高程為31.00 m（冠梁頂高程31.20 m），并在樁頂設(shè)置航道安全警示標(biāo)志。 板樁布置在鄭集河河底腳處， 擋土高度3.5 m，板樁長10 m。 板樁型式采用U450 型預(yù)制板樁，單寬1 m，樁身混凝土強(qiáng)度等級C60，樁頂采用高40 cm、寬65 cm的C30 鋼筋混凝土冠梁加強(qiáng)縱向聯(lián)系，冠梁分縫長度≤17 m，縫寬2 cm，填縫材料采用聚乙烯低發(fā)閉孔泡沫板。

三、板樁沉樁施工

U 形混凝土板樁的沉樁施工方法一般有高頻振動成型（振動錘、柴油錘等）、高壓水沖成型、引孔輔助成型及多種方法聯(lián)合使用等，根據(jù)本工程地質(zhì)情況和樁長，樁下部約9 m 長嵌入4 層含砂姜壤土，該土層標(biāo)貫7～31擊， 本工程采用4.5T 柴油錘擊法施工，柴油錘沖擊沉樁穿擊硬土層更實(shí)用，垂直度控制更有效，樁頂采用高密度橡膠做樁墊保護(hù)。 在施工中，為控制好板樁墻的軸線位置、減少樁的平面扭曲和提高打樁效率，采用自加工具有足夠強(qiáng)度及剛度的導(dǎo)向架。 初打時應(yīng)采用小落距輕擊樁頂數(shù)錘，觀察樁身、樁錘、樁架在同一中心線上，待樁身入土一定深度后，樁尖不易移位時，再全距施打。打樁宜采用重錘低擊方法，這樣對錘對樁頂沖量小，動量大，樁頂不易損壞，大部分能量用于克服樁身摩擦力和樁阻力，樁身反彈小，同時樁錘落距小打樁速度快、效率高。板樁沉樁， 必要時輔以射水方法，利用板樁底部射出的高壓水沖擊切割土體，如圖1 所示。 打樁錘正常打樁時，落距宜不超過1.8 m。 打樁時入土速度應(yīng)均勻， 錘擊間隙時間不宜過長，否則會使樁身與土層之間摩擦力恢復(fù)，造成固結(jié)現(xiàn)象而使打樁困難。

在沉樁時， 有可能發(fā)生以下情況：若樁錘經(jīng)常性回彈較大且入土速度慢，說明樁錘太輕；若發(fā)現(xiàn)回彈較大，說明樁尖遇到障礙，應(yīng)停打并找出原因進(jìn)行處理； 若入土速度突增，說明樁身可能破壞或遇到軟土層、土洞；若入土速度劇變、樁身發(fā)生傾斜、移位或嚴(yán)重回彈且樁頂樁身出現(xiàn)裂縫或破壞，應(yīng)立即停打，及時分析原因并進(jìn)行處理。

四、板樁樁間連接處理及探索

參考相關(guān)規(guī)范要求，樁位軸線運(yùn)行偏差±20 mm，垂直度<1%，樁間最大間隙≤15 mm。 設(shè)計(jì)板樁與板樁之間采用公母槽連接， 并在公槽內(nèi)從樁頂向下≥4.5 m 范圍內(nèi)設(shè)置中空遇水膨脹橡膠條止水，通過橡膠條填縫擋土。

本項(xiàng)目在實(shí)施過程中也出現(xiàn)局部樁間隙超過15 mm 情況，工程實(shí)施時采取下列措施進(jìn)行處理：

①間隙在15~20 mm，在墻后采用貼350 g/m2土工布。

②間隙在20~50 mm，在墻后采用略大于間隙的鋼管擋土，并在其后貼350 g/m2土工布。

③間隙在50~200 mm， 在墻后采用略大于間隙的槽鋼擋土，并在其后貼350 g/m2土工布。

④間隙在200 mm 以上， 采取補(bǔ)樁措施。

鑒于預(yù)制樁施工，不可避免會出現(xiàn)施工偏差， 從而導(dǎo)致樁間產(chǎn)生漏土情況，特別在以下情況將不方便施工：

①樁墻后鋪土工布， 墻后受空間影響， 一般不會按照設(shè)計(jì)邊坡開挖土方，也就導(dǎo)致邊坡可能存在失穩(wěn)風(fēng)險。

②樁墻后土方開挖回填破壞了邊坡原狀土，雖經(jīng)壓實(shí)，但仍會導(dǎo)致河道岸坡有下沉情況，影響邊坡整體安全。

③河道水位高時，不能實(shí)施。

④邊坡地質(zhì)條件如有地下水且地質(zhì)為粉砂、粉土等液化土層，地質(zhì)相對較復(fù)雜，不易實(shí)施。

考慮上述客觀存在情況，并受板樁樁間連接處理啟發(fā)，研發(fā)了一種土工織物筒袋， 既可擋土又可濾水，結(jié)合預(yù)制樁，更方便形成生態(tài)護(hù)岸。 受臺風(fēng)“煙花”影響，本工程中配水河道崔孟河局部河段塌坡，在工程應(yīng)急治理時，采取不斷流施工方案，工程設(shè)計(jì)采用直徑300 mm 預(yù)制管樁（見圖2），樁后樁間擋土采用土工織物筒袋（擋土反濾袋）， 解決了河道帶水實(shí)施的困擾，既方便快捷，又安全可靠，有助于河道護(hù)岸工程生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土樁護(hù)岸綠色發(fā)展，推動水利水務(wù)工程的工業(yè)化進(jìn)程及生態(tài)文明建設(shè)，助力工程建設(shè)領(lǐng)域“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。 做法形成成果《一種防止擠土樁樁間漏土的土工織物筒袋》 獲國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)實(shí)用新型專利，專利證書號ZL202022106447.0。

圖2 預(yù)制管樁護(hù)岸剖面圖

五、結(jié)論及展望

預(yù)制樁墻護(hù)岸不需要打筑圍堰截流，開挖回填量少，減少了占地，不需要降水且可在有水條件下進(jìn)行施工，現(xiàn)場濕作業(yè)量小，現(xiàn)場勞動強(qiáng)度小，施工周期短，工業(yè)化程度高，施工對周邊環(huán)境影響較小，具有較好的推廣價值。 結(jié)合樁后樁間擋土采用土工織物筒袋，能有效解決預(yù)制樁等直立式擋墻護(hù)岸結(jié)構(gòu)在擋土和濾水等方面存在的瓶頸問題，為預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸可靠、穩(wěn)定、生態(tài)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有利于預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸的進(jìn)一步推廣應(yīng)用， 也是對國家 “碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的響應(yīng)。 項(xiàng)目秉持人與自然和諧的理念，將河道生態(tài)擋墻護(hù)岸有機(jī)地融入水土保持工程中，在滿足水土保持前提下， 兼顧經(jīng)濟(jì)、綠化、美化要求，充分發(fā)揮植物措施、生態(tài)措施效應(yīng)，打造“人水和諧”的建設(shè)效果。

目前鄭集河已投入使用，全線河道岸坡完好， 已初步形成河水清澈、魚水歡騰、飛鳥翔集、岸綠林蔭的生態(tài)河道，并在2019、2020、2021 年度調(diào)水補(bǔ)水及2020、2021 年度行洪排澇工作中發(fā)揮了重要作用，徐州市鄭集河銅山段也榮獲江蘇省2021 年度幸福河道建設(shè)示范工程。