基于高强度塑钢组合板桩的生态护岸技术研究

摘要：该技术采用环保高分子原材料制成高强度塑钢组合板桩，替代传统护岸结构中钢筋、水泥、沙石等传统原材料，避免了大量粗加工原始材料在不可恢复的矿山资源开采以及生产过程中造成的资源消耗和严重的环境污染。产品采用特殊配方高温高压成型，化学性能稳定可靠、低耗能、无污染、全寿命周期成本低，回收后可重复利用，减少工程废弃物处理以及材料的消耗。此外，力学性能优良，采用优化结构设计，等强度抗脱口C-T型连接头，塑钢板桩材质稳定、坚固耐久、耐腐蚀、耐蚁蛀、不开裂，使用寿命长达50年，同时在抗老化、抗紫外线、耐酸、耐碱、抗冻耐高温等方面均有良好表现。高强度塑钢板桩主要在确定航道护岸蓝线后，克服航道现状多种困难，及时组织协调施工单位在专人专业指导下，高效精准施工，在工程指定时间内完工，达到航道施工所需的快速、环保、长效目标。关键词：绿色交通；低碳环保；新技术；新材料；护岸技术1技术概况高强度塑钢组合板桩及生态护岸技术是嘉兴市港航管理服务中心与汇祥公司、河海大学、南京水利科学研究院、上海勘测设计研究院有限公司、高强度材料工程国家重点实验室等机构共同研究而成的可应用在航道护岸工程、公路交通护坡、环境工程中的新技术、新工艺、新材料。与传统材料及技术使用相比，效率提高50%，投资综合成本至少节约10%以上；施工时基本不占用环境资源，施工后本项目呈现生态环保的效果；有利于水运工程项目资源集约化，绿色可持续。通过在多个项目中使用，结果显示其环保、节能、高效等效果明显，产品及技术已日趋成熟。2技术原理高强度塑钢组合板桩主要采用环保高分子原材料，其技术运用替代了传统护岸结构中钢筋、水泥、沙石等传统原材料的使用，避免了大量粗加工原始材料在不可恢复的矿山资源开采以及生产过程中造成的资源消耗和严重的环境污染；产品采用特殊配方高温高压成型，化学性能稳定可靠、低耗能、无污染、全寿命周期成本低，回收后可重复利用，减少工程废弃物处理以及材料的消耗；重量轻，运输和施工简便，占地少，施工对周边环境影响小；力学性能优良，采用优化结构设计，等强度抗脱口C-T型连接头，塑钢板桩材质稳定、坚固耐久、耐腐蚀、耐蚁蛀、不开裂，使用寿命长达50年，同时在抗老化、抗紫外线、耐酸、耐碱，抗冻耐高温等方面均有良好表现。产品基本外形设计成与拉森钢板桩类似的M、F型等多种结构，但与拉森钢板桩相比具有重量轻、耐腐蚀、组合灵活多样、适应性强等特点。同时，不同结构的高强度塑钢板桩每片组合桩两侧设置T形套接接头，通过两端的凹槽和T形接头匹配连接，形成整体连续的护岸板墙。在遇到转角时，采用和凹槽、T形连接头相同设计形状的连接件进行转向连接，使组合后的连续高强度塑钢联锁组合板桩墙整体形状与航道岸线相吻合。通过对T形连接头的形状进行优化，使高强度塑钢联锁组合板桩连接更加紧密稳固，整体性强，抗冲刷、抗渗水性等都大大增强。3工艺流程高强度塑钢组合板桩施工的工艺流程为：（1）施工放样；（2）安装导架；（3）打设定位桩；（4）打设后续桩；（5）安装或浇筑帽梁（墙高大于1.5~2m时可设置拉锚）；（6）回填碎石，安装倒滤管；（7）整修墙背后土方，进行绿化。相对于木材、混凝土和钢板等传统工程材料，高强度塑钢组合板桩具有材质轻、耐久性较好、维护成本低、造价经济、施工方便快捷等优点，尤其节能低碳等环保效果明显。经检测，使用高强塑钢板桩护岸建设1公里护岸排放CO2

95.92吨，传统工艺建设1公里混凝土护岸排放CO2

582.38吨。目前，塑钢组合板桩在材料和工艺上已经成熟，课题成果得到全面推广应用，产品及技术已在国内多地水运工程和水利工程上推广使用。该产品不仅低碳节能，而且使用寿命超过50年，保证航道工程建设可持续发展，起到提升航道通航能力、改善水运生态环境和建设绿色廊道的作用。高强塑钢板桩不仅适用于各类航道护岸工程、公路交通护坡、交通环境工程，也能广泛用于农田水利的灌溉渠道，水渠、中小型水库堤坝建造及建筑工程的基坑支护、护坡、挡土墙、围墙、花池、防渗墙、止水围堰、地基处理、地下停车场、人工湖岸、污水处理等领域。特别适用于黏土和砂性土质航道护岸、码头、公路边坡等项目。4技术应用情况目前，高强塑钢板桩已在嘉兴市内河航道改造建设中得到多方面的推广应用，也在江、浙、沪地区的高等级航道网建设、骨干河道、湖泊生态治理、水土保治等工程领域中广泛使用。高强塑钢板桩产品与工程技术已日趋成熟。该产品及技术属国内首创，在市场应用中取代传统护岸结构和其他板桩，占比在15%~20%以上。在海宁硖尖线（中分桥至吴家新桥段）工程（一阶段）中，将此产品及技术运用于该项目提升改造工程。硖尖线航道里程为8.25km，Ⅳ级单线标准。海宁尖山多用途码头自建设以来，大量1000吨级船舶进入该航道，造成护岸基础淘刷和碍航现象。本项目主要为提升改造航段为硖尖线中分桥至吴家新桥段，该段两岸为浆砌块石护岸，航道地质较差，为流砂土质，淤积较快，航道水深常年达不到Ⅳ级单线标准。项目采用高强度塑钢板桩等技术进行改造、加固护岸约12.06km，疏浚水191850.85

m³，全面提升航道通航能力。项目投资额约为4500万，投资回收期预计为15年。高强度塑钢板桩主要在确定航道护岸蓝线后，克服航道多种困难现状，进行高效精准施工。该技术施工理念为：（1）以人为本，安全至上，航道维护以确保工程的安全适用为前提，不占用农田，少干扰沿线居民，充分考虑与沿线地、市、乡镇的现有格局和规划相衔接。（2）树立项目全寿命周期成本的理念，充分发挥产品寿命长的耐久性特点，减少项目后期养护费用，并注重最大限度保护和恢复原有环境，使航道建设尽可能发挥最大效果。5节能降碳效益测算评价5.1节能降碳效益分析与传统材料和施工工艺相比，高强度塑钢组合板桩生态护岸技术可以大幅度减少温室气体排放，现就产品的温室气体减排效果进行分析，详情如表1所示。表1一公里护岸建设产品需求量对比表（1）塑钢板桩生产工艺碳排放根据原料情况，项目选用国内先进的基础生产线，采用电加热、低速大扭矩基础技术。生产过程为物理性状改变，无化学反应过程，因此生产过程无温室气体排放。生产过程中能源消耗排放根据项目节能评估报告测算，年度生产能耗见表2。表2项目主要耗能量计算表每1公里护岸所需塑钢板桩产品的生产过程全生命周期碳（CO2）排放为：81400+5824.42=87334.42（吨）按照产品宽度76cm，单位长度的产品面积为0.76

m2，则年生产板桩125万米可用于建设125×0.76=95万米护岸建设。则建设1公里护岸产品生产碳（CO2）排放为：87334.42/950=91.93（吨）（2）运输、建设过程碳排放1公里护岸需要该产品93.8吨，运输过程按照百吨公里油耗1kg、平均运距100公里计算，需要消耗柴油93.8kg。根据分析，使用该产品（塑钢板桩）建设1公里护岸需要振动锤15个台班，每台班消耗柴油78.24kg，共计1173.6kg。运输以及建设过程消耗柴油1267.44kg，折合3.99吨CO2。表3塑钢板桩护岸运输、建设过程碳排放计算表（3）传统材料生产工艺碳排放使用传统材料建设1公里混凝土护岸需要混凝土1300

m³，其中包括：797.3吨砂

、594.4吨水泥、1858.3吨石子和12.66吨钢筋。不计到厂前的原料碳排放，只计算水泥、钢筋生产过程中的CO2排放。水泥生产参照《水泥企业能效对标指南》，新型干法水泥生产线国内平均水平温室气体排放为878.63kgCO2/t。根据《钢铁行业对低碳未来的贡献——国际钢铁协会行动报告》有关内容，平均生产每吨钢会排放1.9吨CO2，生产过程原材料碳排放为

：594.4×0.87863+1.9×12.66=546.31（吨）（4）传统材料运输、建设过程碳排放运输过程：1公里护岸需要混凝土1300m³，重量3262.6t，运输过程按照百吨公里油耗1kg、平均运距100公里计算，需要消耗柴油3262.6kg。建设施工过程：根据《浙江省水利水电建筑工程预算定额》，使用该产品建设1公里护岸需要消耗柴油0.82t，汽油6.63t，电3740kW·h。根据《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》推荐的柴油、汽油排放因子缺省值，柴油、汽油的CO2排放量为33t。根据2015年华东电网排放因子参考值0.8112tCO2/MW·h，电力使用温室气体排放为3.03t。运输以及建设过程排放温室气体36.03t。（5）两种工艺建设碳排放比较使用塑钢板桩建设1公里护岸碳排放总和为：91.93+3.99=95.92（吨）表4混凝土护岸运输、建设过程碳排放计算表使用传统工艺建设1公里混凝土护岸全生命周期碳排放总和为：546.31+36.03=582.38（吨）5.2经济效益及社会效益与航道（水利）护岸工程传统材料及技术相比，塑钢板桩在施工材料投入上，不到传统材料的90%；在施工环境占用资源上，不到传统材料的2