羅紹武

（廣東省中山市阜沙鎮(zhèn)水利所中山市528434）

淺談先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在水利工程中的應(yīng)用

羅紹武

（廣東省中山市阜沙鎮(zhèn)水利所中山市528434）

文章結(jié)合中山市阜沙鎮(zhèn)鴉雀尾水利樞紐工程對凝土板樁實(shí)際應(yīng)用情況，闡述新型U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝、沉樁控制以及在工程應(yīng)用中的優(yōu)、缺點(diǎn)及施工中需注意的事項(xiàng)。分析先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在各類水利工程中適用性，希望對類似的工程勘測設(shè)計、施工及工程管理有所參鑒。

水利預(yù)應(yīng)力U型混凝土板樁施工

前言

目前，U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在水利行業(yè)乃至建筑行業(yè)都稱之為新生事物。它是一種先張法的新型預(yù)制混凝土直立式擋土護(hù)坡樁型，以其獨(dú)特的U型結(jié)構(gòu)截面設(shè)計，在結(jié)構(gòu)截面的高度和擋土寬度上有較好的實(shí)用性，抗彎、抗剪性能優(yōu)良。相比普通混凝土管樁、攪拌樁、高壓旋噴樁、鋼板樁等傳統(tǒng)的擋土護(hù)坡材料，U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁具有自身的優(yōu)點(diǎn)，在水利、市政、港口、碼頭、工業(yè)和民用建筑、道路橋梁等領(lǐng)域得到逐步利用，有較好的發(fā)展前景。同時，采用板樁施工也存在一定的局限性與缺陷性，在使用上需要有選擇性。

1 先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁生產(chǎn)工藝與特點(diǎn)

先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁采用C60高強(qiáng)度混凝土材質(zhì)，其生產(chǎn)采用車間流水性生產(chǎn)作業(yè)，同時采用蒸汽養(yǎng)護(hù)以達(dá)到供需強(qiáng)度和力學(xué)強(qiáng)度要求。具體生產(chǎn)工藝流程主要包括箍筋下料與加工、鋼筋骨架綁扎、清模、涂刷脫模油、安裝隔斷、預(yù)應(yīng)力筋鋪放、初次張拉、安裝鋼筋固件及起吊件預(yù)埋件、二次張拉、合模、調(diào)直模具、整體張拉、混凝土攪拌并澆筑成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)、起吊貯存等。

U型板樁主要工藝特點(diǎn)包括臺座法生產(chǎn)、大噸位高精度預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土配合比的自動化控制、大流動度性能混凝土生產(chǎn)以及蒸汽養(yǎng)護(hù)。

2 先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與參數(shù)

根據(jù)U形板樁樁身抗彎性能或混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力的設(shè)計要求不同，其配筋也不同，同時樁頭處另加設(shè)加強(qiáng)筋，樁型主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五種型號，級別越高力學(xué)性能也越高。一般標(biāo)識為U-CS-450-Ⅰ-15，代表：截面高度450 mm,Ⅰ級、長度為15 m的U形板樁。現(xiàn)行市面上常見的U型板樁的產(chǎn)品規(guī)格截面高度一般為450 mm，截面厚度為120 mm，單樁寬度為1 000 mm，加上一側(cè)止水橡膠帶總寬度約1 020 mm。U形板樁的長度可以根據(jù)工程需要與設(shè)計要求進(jìn)行生產(chǎn)，同時樁身設(shè)射水孔，單根長度最長可以達(dá)（30～50）m。在成品控制方面一般要求橫截面相對兩邊之差不大于5 mm，凸榫和凹榫偏差不大于3 mm，保護(hù)層厚度偏差不超過5 mm，樁尖對樁軸線位移不大于10 mm，樁身彎曲矢高小于等于0.1%樁長，且不超過10 mm。

本文所列鴉雀尾水利樞紐工程實(shí)例中主要采用的是U-CS-450-Ⅰ-10、U-CS-450-Ⅰ-15和U-CS-450-Ⅲ-15三種類型的混凝土板樁，其具體與參數(shù)（附表）與截面型式（圖1）如下。

附表具體參數(shù)表

圖截面型式

3 作業(yè)形式與機(jī)械設(shè)備投入

U型板樁的施工目前主要有振動法與錘擊法，振動錘可選擇電振動錘和液壓振動錘，輔助工藝包括高壓水沖射、引孔植樁。施工機(jī)械可采用履帶吊、桅桿式樁機(jī)和自行走式樁機(jī)。施工工藝與沉樁控制主要分為岸上作業(yè)與水上作業(yè)兩種形式。水上作業(yè)機(jī)械設(shè)備多，穩(wěn)定性差，施工難度大，過程較難控制，現(xiàn)場作業(yè)必須配備兩臺以上大型裝載船只同時配合作業(yè)，必須針對具體施工條件制定詳細(xì)的專項(xiàng)施工方案并經(jīng)過專家認(rèn)證后方可實(shí)施。岸上施工作業(yè)一般采用履帶吊+電動振動錘的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場施工，有條件可另加設(shè)1臺反鏟挖掘機(jī)，配合對施工場地進(jìn)行平整壓實(shí)。

4 沉樁施工

4.1 沉樁施工前的準(zhǔn)備工作

沉樁施工前應(yīng)做好場地的“三通一平”工作，清除地下、空間障礙物，如地下塊石、場地內(nèi)原有地下管線，確保施工場地周圍應(yīng)排水暢通。邊樁與周圍建筑物（包括臨時設(shè)施）的距離應(yīng)大于4.5 m，打樁區(qū)域內(nèi)的場地邊樁軸線外擴(kuò)6 m范圍內(nèi)用壓機(jī)壓實(shí)。現(xiàn)場接入120 kW電動振動錘動力電源，采用專線布置并做好線路架空。另外，在沉樁前必須做好技術(shù)交底。

4.2 定位放樣與試樁

做好機(jī)械設(shè)備的進(jìn)場前準(zhǔn)備后，施工單位應(yīng)再次對施工樁位與樁頂高程進(jìn)行復(fù)核，并確定裝機(jī)行進(jìn)路線，同時根據(jù)設(shè)計水文地質(zhì)資料，制定試樁方案。打樁施工前先開挖基槽，開挖寬度約1 m，深度為設(shè)計樁頂標(biāo)高以下60 cm。然后打設(shè)定位型鋼和架設(shè)導(dǎo)向架。定位型鋼打設(shè)過程中要嚴(yán)格控制垂直度，垂直度偏差不宜超過1/200，定位型鋼插入土內(nèi)深度應(yīng)適當(dāng)加長，上端宜高出U形板樁設(shè)計樁頂標(biāo)高（0.5～1）m。一切就緒后，在相關(guān)單位人員的見證下可開始進(jìn)行試樁。定位型鋼和架設(shè)導(dǎo)向架如圖2所示。

圖2 定位型鋼和架設(shè)導(dǎo)向架

4.3 沉樁

4.3.1 沉樁工藝

沉樁時，各工序應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，工藝流程如圖3所示。

4.3.2 沉樁施工方法

為了使樁連接緊密，打樁是最關(guān)鍵的工序。為此，擬采用振動錘單方向順序施工，以達(dá)到使樁緊密的效果。在沉樁時，樁錘和樁宜保持在同一軸線上。加強(qiáng)對沉樁施工過程的觀測，對施工中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，作好記錄，并查明異?，F(xiàn)象的原因，采取相應(yīng)的有效措施。沉樁完成時應(yīng)及時進(jìn)行夾樁，以便樁基形成一個整體，并進(jìn)行沉樁偏位的測量。沉樁過程中嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行，控制好沉樁的施工質(zhì)量。

4.3.3 板樁沉樁質(zhì)量控制

因?yàn)榛炷涟鍢妒莿傂泽w，軸線方向陰隼陽隼錨固相連形成一堵地下墻體，所以定位樁的垂直度和穩(wěn)定性很關(guān)鍵，在施工過程中應(yīng)采用兩臺經(jīng)緯儀嚴(yán)格控制板樁的垂直度和平面位置，并按要求將定位樁沉到設(shè)計標(biāo)高，以確保定位樁的穩(wěn)定性。完成定位樁的施打后，逐根依次將下一根板樁套隼插入，然后一次性沉樁到設(shè)計標(biāo)高位置。在施打過程中，質(zhì)量控制措施包括施打前確保預(yù)制樁的強(qiáng)度和齡期滿足設(shè)計和規(guī)范要求；試樁時及時分析調(diào)整工藝，并留下記錄；打樁前進(jìn)行系統(tǒng)的軸線復(fù)合，板樁軸線偏差應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)；檢查和調(diào)整夾樁裝置，以保證樁軸線符合要求，并防止板樁脫榫。打樁開始至入土2 m期間，發(fā)現(xiàn)偏斜應(yīng)及時停機(jī)調(diào)整，如有可能，應(yīng)把樁拔出，清障回填后重新沉樁；樁尖位于軟土?xí)r，以樁尖達(dá)到設(shè)計標(biāo)高為符合要求，樁頂允許偏差應(yīng)控制在-50,+100 mm范圍。板樁施打至接近規(guī)定標(biāo)高時，應(yīng)調(diào)節(jié)振動錘的參數(shù)來控制震動的頻率及力度，以保證樁頂高程符合設(shè)計要求。

圖3 沉樁流程圖

5 板樁的特點(diǎn)與施工優(yōu)點(diǎn)

（1）擋土截面大。U型混凝土板樁單樁寬度約1 m，擋土有效面積利用率高，可用于規(guī)模型擋土工程項(xiàng)目。

（2）材料性能較高。U型混凝土板樁采用“U”形結(jié)構(gòu)截面形式，增大了截面慣性矩，抗彎、抗剪性能顯著提升。

（3）節(jié)省工期。由于U型板樁采用工廠化生產(chǎn)，在設(shè)計完成后可根據(jù)設(shè)計需求定制和生產(chǎn)，在地質(zhì)條件較好的施工場地，施工速度快，節(jié)省工期。

（4）施工范圍廣。因板樁的施工不需要大面積土方開挖，因此在施工場地窄、附近建筑物多的復(fù)雜或水上施工作業(yè)均可采用板樁施工，施工場地要求不高。

（5）耐久性好。U型混凝土板樁采用C60高強(qiáng)度混凝土材料，有較好的耐久性與耐侵蝕性，能滿足工程使用年限要求。

（6）視覺效果好。板樁沿直線或一定弧度排列，各塊板樁相連形成整體墻面，錯落有致而不單調(diào)，有較好的視覺效果。

（7）工程設(shè)計配樁靈活。板樁可按照特定的工程要求進(jìn)行工程預(yù)制預(yù)定，因此配樁較為靈活，提高材料利用率。

6 板樁的使用與施工缺陷

（1）生產(chǎn)廠家選用少。因板樁近些年才在工程中漸漸推廣，目前該生產(chǎn)廠家數(shù)量不多，甚至一些省份無一家該板樁生產(chǎn)企業(yè)，因此在工程的使用上受限制。

（2）運(yùn)輸費(fèi)用高。板樁采用工廠預(yù)制預(yù)定，成型達(dá)到強(qiáng)度后通過大型車輛和船舶方可運(yùn)抵施工現(xiàn)場，因此樁長也受到一定限制，運(yùn)輸費(fèi)用高。

（3）只限單樁高度，無法接樁。目前U型板樁還無法進(jìn)行接樁，對于需求樁長較長的工程，U型板樁無法滿足其要求。

（4）施工控制難度高。因板樁施工工藝相比管樁和其他樁型還不成熟，還缺少成套專業(yè)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行沉樁施工。

（5）U型板樁為預(yù)應(yīng)力板樁，樁身一旦破壞后將無法修復(fù)。因此對于U型板樁的施工工藝要求較高，必須嚴(yán)格控制好施工參數(shù)。

（6）止水效果不佳。雖板樁一側(cè)設(shè)有20 mm止水橡膠帶，但在運(yùn)輸、吊樁和沉樁過程中，破壞較明顯，同時施工時相鄰兩板樁密實(shí)性較差，因此止水效果不明顯。

（7）一次性施打，較難調(diào)整。當(dāng)板樁入土一定深度后，遇到不明地質(zhì)條件或偏差較大時，無法同鋼板樁一樣拔出來進(jìn)行重新沉樁，超出樁頂高程部分只能破除，返工難度大。

（8）施工有方向性。因板樁入土側(cè)樁頭為單邊錐形，限定了板樁施工只能從一側(cè)向另一側(cè)施工，不可分段施工或兩頭施工中間合攏的施工。

（9）無檢驗(yàn)檢測相關(guān)規(guī)范。對板樁的成樁質(zhì)量，我國暫未制定統(tǒng)一的檢測規(guī)范，只能參照管樁檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低應(yīng)變檢測。

7 板樁施工注意事項(xiàng)

板樁在水利工程中應(yīng)用，首先要做好原材料的質(zhì)量控制；考慮板樁的止水效果不佳，水利工程中盡量不采用板樁作防滲墻材料；在轉(zhuǎn)彎半徑小，變化幅度大的連接帶，板樁施工難度大，銜接差，質(zhì)量難以得到保障，不宜選用板樁施工；當(dāng)擋土高程超過一定高度時，應(yīng)在樁頂加設(shè)冠梁和拉梁加固，同時也可以在板樁側(cè)基礎(chǔ)部位施打攪拌樁進(jìn)行固基。在施工安全管理方面，在樁基開工前，應(yīng)測試檢查履帶吊機(jī)的提升裝置、行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、安全裝置、電器設(shè)備、操作系統(tǒng)、靜負(fù)荷試驗(yàn)、動負(fù)荷試驗(yàn)，以及震動錘的變頻裝置、安全裝置、操作系統(tǒng)等，正式施打前應(yīng)再次確認(rèn)各種設(shè)備的安全，并留下記錄；在安裝鋼圍檁、吊樁、吊振動錘、移動履帶吊時，吊車吊臂下方嚴(yán)禁站人；高處作業(yè)人員應(yīng)綁好安全帶，水上作業(yè)應(yīng)穿好救生衣；沉樁過程中，指揮聯(lián)絡(luò)信號必須清楚而且統(tǒng)一；當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6級以上時，必須停止打樁作業(yè)，并將振動錘放至平整堅實(shí)的地面上。

8 U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在水利工程中的適用范圍

水利工程項(xiàng)目中采用U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁時，應(yīng)充分了解和分析當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件。板樁在淤泥質(zhì)土體中施工較為方便，當(dāng)遇到較厚粉砂、中粗砂等砂性土體時，沉樁很難繼續(xù)。另外，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，變化較大時，板樁配樁難度大，施工較為困難。因此，目前U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在水利工程中一般用于河涌整治工程、河、湖護(hù)岸護(hù)坡工程，河堤岸墻加固支護(hù)工程，航道碼頭護(hù)岸工程，海洋圍墾工程。在一些技術(shù)要求高、工程安全要求高、失事?lián)p失大的水利工程的關(guān)鍵部位，要謹(jǐn)慎使用。

9 結(jié)語

先張法U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁因其結(jié)構(gòu)與施工特點(diǎn)，配套投入的人員、工序相對較少?，F(xiàn)場無需任何裝膜、布筋與凝固時間要求，因此，在不具備開挖施工條件的高懸臂擋土結(jié)構(gòu)的情況下，U型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板樁具有較大的優(yōu)勢。本結(jié)構(gòu)在鴉雀尾水利樞紐工程中應(yīng)用取得了良好的工程效果，可供其他相似工程參考。

[1]史佩棟.樁基工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]孫蓓.U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在直立式護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2013，（07）.

[3]徐駿，尹云飛，王國棟，朱曉紅.U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在河道護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（20）.

2016-11-16）

羅紹武（1982-），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事水利工程管理工作。