基于高強(qiáng)度塑鋼組合板樁的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)研究

摘要：該技術(shù)采用環(huán)保高分子原材料制成高強(qiáng)度塑鋼組合板樁，替代傳統(tǒng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)中鋼筋、水泥、沙石等傳統(tǒng)原材料，避免了大量粗加工原始材料在不可恢復(fù)的礦山資源開(kāi)采以及生產(chǎn)過(guò)程中造成的資源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染。產(chǎn)品采用特殊配方高溫高壓成型，化學(xué)性能穩(wěn)定可靠、低耗能、無(wú)污染、全壽命周期成本低，回收后可重復(fù)利用，減少工程廢棄物處理以及材料的消耗。此外，力學(xué)性能優(yōu)良，采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，等強(qiáng)度抗脫口C-T型連接頭，塑鋼板樁材質(zhì)穩(wěn)定、堅(jiān)固耐久、耐腐蝕、耐蟻蛀、不開(kāi)裂，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年，同時(shí)在抗老化、抗紫外線、耐酸、耐堿、抗凍耐高溫等方面均有良好表現(xiàn)。高強(qiáng)度塑鋼板樁主要在確定航道護(hù)岸藍(lán)線后，克服航道現(xiàn)狀多種困難，及時(shí)組織協(xié)調(diào)施工單位在專人專業(yè)指導(dǎo)下，高效精準(zhǔn)施工，在工程指定時(shí)間內(nèi)完工，達(dá)到航道施工所需的快速、環(huán)保、長(zhǎng)效目標(biāo)。關(guān)鍵詞：綠色交通；低碳環(huán)保；新技術(shù)；新材料；護(hù)岸技術(shù)1技術(shù)概況高強(qiáng)度塑鋼組合板樁及生態(tài)護(hù)岸技術(shù)是嘉興市港航管理服務(wù)中心與匯祥公司、河海大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院、上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司、高強(qiáng)度材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)共同研究而成的可應(yīng)用在航道護(hù)岸工程、公路交通護(hù)坡、環(huán)境工程中的新技術(shù)、新工藝、新材料。與傳統(tǒng)材料及技術(shù)使用相比，效率提高50%，投資綜合成本至少節(jié)約10%以上；施工時(shí)基本不占用環(huán)境資源，施工后本項(xiàng)目呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)保的效果；有利于水運(yùn)工程項(xiàng)目資源集約化，綠色可持續(xù)。通過(guò)在多個(gè)項(xiàng)目中使用，結(jié)果顯示其環(huán)保、節(jié)能、高效等效果明顯，產(chǎn)品及技術(shù)已日趨成熟。2技術(shù)原理高強(qiáng)度塑鋼組合板樁主要采用環(huán)保高分子原材料，其技術(shù)運(yùn)用替代了傳統(tǒng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)中鋼筋、水泥、沙石等傳統(tǒng)原材料的使用，避免了大量粗加工原始材料在不可恢復(fù)的礦山資源開(kāi)采以及生產(chǎn)過(guò)程中造成的資源消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染；產(chǎn)品采用特殊配方高溫高壓成型，化學(xué)性能穩(wěn)定可靠、低耗能、無(wú)污染、全壽命周期成本低，回收后可重復(fù)利用，減少工程廢棄物處理以及材料的消耗；重量輕，運(yùn)輸和施工簡(jiǎn)便，占地少，施工對(duì)周邊環(huán)境影響??；力學(xué)性能優(yōu)良，采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，等強(qiáng)度抗脫口C-T型連接頭，塑鋼板樁材質(zhì)穩(wěn)定、堅(jiān)固耐久、耐腐蝕、耐蟻蛀、不開(kāi)裂，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年，同時(shí)在抗老化、抗紫外線、耐酸、耐堿，抗凍耐高溫等方面均有良好表現(xiàn)。產(chǎn)品基本外形設(shè)計(jì)成與拉森鋼板樁類似的M、F型等多種結(jié)構(gòu)，但與拉森鋼板樁相比具有重量輕、耐腐蝕、組合靈活多樣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度塑鋼板樁每片組合樁兩側(cè)設(shè)置T形套接接頭，通過(guò)兩端的凹槽和T形接頭匹配連接，形成整體連續(xù)的護(hù)岸板墻。在遇到轉(zhuǎn)角時(shí)，采用和凹槽、T形連接頭相同設(shè)計(jì)形狀的連接件進(jìn)行轉(zhuǎn)向連接，使組合后的連續(xù)高強(qiáng)度塑鋼聯(lián)鎖組合板樁墻整體形狀與航道岸線相吻合。通過(guò)對(duì)T形連接頭的形狀進(jìn)行優(yōu)化，使高強(qiáng)度塑鋼聯(lián)鎖組合板樁連接更加緊密穩(wěn)固，整體性強(qiáng)，抗沖刷、抗?jié)B水性等都大大增強(qiáng)。3工藝流程高強(qiáng)度塑鋼組合板樁施工的工藝流程為：（1）施工放樣；（2）安裝導(dǎo)架；（3）打設(shè)定位樁；（4）打設(shè)后續(xù)樁；（5）安裝或澆筑帽梁（墻高大于1.5~2m時(shí)可設(shè)置拉錨）；（6）回填碎石，安裝倒濾管；（7）整修墻背后土方，進(jìn)行綠化。相對(duì)于木材、混凝土和鋼板等傳統(tǒng)工程材料，高強(qiáng)度塑鋼組合板樁具有材質(zhì)輕、耐久性較好、維護(hù)成本低、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，尤其節(jié)能低碳等環(huán)保效果明顯。經(jīng)檢測(cè)，使用高強(qiáng)塑鋼板樁護(hù)岸建設(shè)1公里護(hù)岸排放CO2

95.92噸，傳統(tǒng)工藝建設(shè)1公里混凝土護(hù)岸排放CO2

582.38噸。目前，塑鋼組合板樁在材料和工藝上已經(jīng)成熟，課題成果得到全面推廣應(yīng)用，產(chǎn)品及技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多地水運(yùn)工程和水利工程上推廣使用。該產(chǎn)品不僅低碳節(jié)能，而且使用壽命超過(guò)50年，保證航道工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，起到提升航道通航能力、改善水運(yùn)生態(tài)環(huán)境和建設(shè)綠色廊道的作用。高強(qiáng)塑鋼板樁不僅適用于各類航道護(hù)岸工程、公路交通護(hù)坡、交通環(huán)境工程，也能廣泛用于農(nóng)田水利的灌溉渠道，水渠、中小型水庫(kù)堤壩建造及建筑工程的基坑支護(hù)、護(hù)坡、擋土墻、圍墻、花池、防滲墻、止水圍堰、地基處理、地下停車場(chǎng)、人工湖岸、污水處理等領(lǐng)域。特別適用于黏土和砂性土質(zhì)航道護(hù)岸、碼頭、公路邊坡等項(xiàng)目。4技術(shù)應(yīng)用情況目前，高強(qiáng)塑鋼板樁已在嘉興市內(nèi)河航道改造建設(shè)中得到多方面的推廣應(yīng)用，也在江、浙、滬地區(qū)的高等級(jí)航道網(wǎng)建設(shè)、骨干河道、湖泊生態(tài)治理、水土保治等工程領(lǐng)域中廣泛使用。高強(qiáng)塑鋼板樁產(chǎn)品與工程技術(shù)已日趨成熟。該產(chǎn)品及技術(shù)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，在市場(chǎng)應(yīng)用中取代傳統(tǒng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)和其他板樁，占比在15%~20%以上。在海寧硤尖線（中分橋至吳家新橋段）工程（一階段）中，將此產(chǎn)品及技術(shù)運(yùn)用于該項(xiàng)目提升改造工程。硤尖線航道里程為8.25km，Ⅳ級(jí)單線標(biāo)準(zhǔn)。海寧尖山多用途碼頭自建設(shè)以來(lái)，大量1000噸級(jí)船舶進(jìn)入該航道，造成護(hù)岸基礎(chǔ)淘刷和礙航現(xiàn)象。本項(xiàng)目主要為提升改造航段為硤尖線中分橋至吳家新橋段，該段兩岸為漿砌塊石護(hù)岸，航道地質(zhì)較差，為流砂土質(zhì)，淤積較快，航道水深常年達(dá)不到Ⅳ級(jí)單線標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目采用高強(qiáng)度塑鋼板樁等技術(shù)進(jìn)行改造、加固護(hù)岸約12.06km，疏浚水191850.85

m3，全面提升航道通航能力。項(xiàng)目投資額約為4500萬(wàn)，投資回收期預(yù)計(jì)為15年。高強(qiáng)度塑鋼板樁主要在確定航道護(hù)岸藍(lán)線后，克服航道多種困難現(xiàn)狀，進(jìn)行高效精準(zhǔn)施工。該技術(shù)施工理念為：（1）以人為本，安全至上，航道維護(hù)以確保工程的安全適用為前提，不占用農(nóng)田，少干擾沿線居民，充分考慮與沿線地、市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的現(xiàn)有格局和規(guī)劃相銜接。（2）樹(shù)立項(xiàng)目全壽命周期成本的理念，充分發(fā)揮產(chǎn)品壽命長(zhǎng)的耐久性特點(diǎn)，減少項(xiàng)目后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，并注重最大限度保護(hù)和恢復(fù)原有環(huán)境，使航道建設(shè)盡可能發(fā)揮最大效果。5節(jié)能降碳效益測(cè)算評(píng)價(jià)5.1節(jié)能降碳效益分析與傳統(tǒng)材料和施工工藝相比，高強(qiáng)度塑鋼組合板樁生態(tài)護(hù)岸技術(shù)可以大幅度減少溫室氣體排放，現(xiàn)就產(chǎn)品的溫室氣體減排效果進(jìn)行分析，詳情如表1所示。表1一公里護(hù)岸建設(shè)產(chǎn)品需求量對(duì)比表（1）塑鋼板樁生產(chǎn)工藝碳排放根據(jù)原料情況，項(xiàng)目選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的基礎(chǔ)生產(chǎn)線，采用電加熱、低速大扭矩基礎(chǔ)技術(shù)。生產(chǎn)過(guò)程為物理性狀改變，無(wú)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此生產(chǎn)過(guò)程無(wú)溫室氣體排放。生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗排放根據(jù)項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估報(bào)告測(cè)算，年度生產(chǎn)能耗見(jiàn)表2。表2項(xiàng)目主要耗能量計(jì)算表每1公里護(hù)岸所需塑鋼板樁產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程全生命周期碳（CO2）排放為：81400+5824.42=87334.42（噸）按照產(chǎn)品寬度76cm，單位長(zhǎng)度的產(chǎn)品面積為0.76

m2，則年生產(chǎn)板樁125萬(wàn)米可用于建設(shè)125×0.76=95萬(wàn)米護(hù)岸建設(shè)。則建設(shè)1公里護(hù)岸產(chǎn)品生產(chǎn)碳（CO2）排放為：87334.42/950=91.93（噸）（2）運(yùn)輸、建設(shè)過(guò)程碳排放1公里護(hù)岸需要該產(chǎn)品93.8噸，運(yùn)輸過(guò)程按照百噸公里油耗1kg、平均運(yùn)距100公里計(jì)算，需要消耗柴油93.8kg。根據(jù)分析，使用該產(chǎn)品（塑鋼板樁）建設(shè)1公里護(hù)岸需要振動(dòng)錘15個(gè)臺(tái)班，每臺(tái)班消耗柴油78.24kg，共計(jì)1173.6kg。運(yùn)輸以及建設(shè)過(guò)程消耗柴油1267.44kg，折合3.99噸CO2。表3塑鋼板樁護(hù)岸運(yùn)輸、建設(shè)過(guò)程碳排放計(jì)算表（3）傳統(tǒng)材料生產(chǎn)工藝碳排放使用傳統(tǒng)材料建設(shè)1公里混凝土護(hù)岸需要混凝土1300

m3，其中包括：797.3噸砂

、594.4噸水泥、1858.3噸石子和12.66噸鋼筋。不計(jì)到廠前的原料碳排放，只計(jì)算水泥、鋼筋生產(chǎn)過(guò)程中的CO2排放。水泥生產(chǎn)參照《水泥企業(yè)能效對(duì)標(biāo)指南》，新型干法水泥生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)平均水平溫室氣體排放為878.63kgCO2/t。根據(jù)《鋼鐵行業(yè)對(duì)低碳未來(lái)的貢獻(xiàn)——國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)行動(dòng)報(bào)告》有關(guān)內(nèi)容，平均生產(chǎn)每噸鋼會(huì)排放1.9噸CO2，生產(chǎn)過(guò)程原材料碳排放為

：594.4×0.87863+1.9×12.66=546.31（噸）（4）傳統(tǒng)材料運(yùn)輸、建設(shè)過(guò)程碳排放運(yùn)輸過(guò)程：1公里護(hù)岸需要混凝土1300m3，重量3262.6t，運(yùn)輸過(guò)程按照百噸公里油耗1kg、平均運(yùn)距100公里計(jì)算，需要消耗柴油3262.6kg。建設(shè)施工過(guò)程：根據(jù)《浙江省水利水電建筑工程預(yù)算定額》，使用該產(chǎn)品建設(shè)1公里護(hù)岸需要消耗柴油0.82t，汽油6.63t，電3740kW·h。根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》推薦的柴油、汽油排放因子缺省值，柴油、汽油的CO2排放量為33t。根據(jù)2015年華東電網(wǎng)排放因子參考值0.8112tCO2/MW·h，電力使用溫室氣體排放為3.03t。運(yùn)輸以及建設(shè)過(guò)程排放溫室氣體36.03t。（5）兩種工藝建設(shè)碳排放比較使用塑鋼板樁建設(shè)1公里護(hù)岸碳排放總和為：91.93+3.99=95.92（噸）表4混凝土護(hù)岸運(yùn)輸、建設(shè)過(guò)程碳排放計(jì)算表使用傳統(tǒng)工藝建設(shè)1公里混凝土護(hù)岸全生命周期碳排放總和為：546.31+36.03=582.38（噸）5.2經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益與航道（水利）護(hù)岸工程傳統(tǒng)材料及技術(shù)相比，塑鋼板樁在施工材料投入上，不到傳統(tǒng)材料的90%；在施工環(huán)境占用資源上，不到傳統(tǒng)材料的2