水力插板技術(shù)及其應(yīng)用

張 安 吳劍疆

（水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120)

水力插板技術(shù)及其應(yīng)用

張 安 吳劍疆

（水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120)

水力插板技術(shù)是利用石油行業(yè)中多項(xiàng)專用技術(shù)，經(jīng)過跨行業(yè)嫁接和不斷改進(jìn)而形成的一種板樁快速施工技術(shù)，具有施工建設(shè)速度快、整體連接性能好等特點(diǎn)，可用于工程搶險(xiǎn)及控導(dǎo)工程和護(hù)岸工程等水利工程。

板樁 施工技術(shù)

1 前言

水力插板技術(shù)是有關(guān)單位在與黃河三角洲地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害進(jìn)行斗爭(zhēng)的過程中，經(jīng)過多年潛心研究和大量工程試驗(yàn)，發(fā)明創(chuàng)造的一種新型防潮堤專業(yè)技術(shù)。1992年9月，黃河三角洲地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的風(fēng)暴潮災(zāi)害，造成大量人員傷亡，防潮堤的安全成為一個(gè)十分緊迫的問題。為確保防潮堤的安全，并能快速施工，有關(guān)單位和人員將石油行業(yè)中噴射鉆井、油田固井等專用技術(shù)應(yīng)用到防潮堤的加固中，并提出了采用水力插板技術(shù)建設(shè)防潮堤的方案。該方案在有關(guān)科研單位及施工單位的共同努力下，經(jīng)過大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)獲得了成功，并日漸成熟，且得到了廣泛應(yīng)用。

2 水力插板技術(shù)的原理、創(chuàng)新點(diǎn)及特點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

該技術(shù)是利用石油行業(yè)中多項(xiàng)專用技術(shù)，經(jīng)過跨行業(yè)嫁接和不斷改進(jìn)而形成的一種新型板樁快速施工技術(shù)，其原理是利用安裝在預(yù)制鋼筋混凝土板底部的高壓噴水裝置噴射高壓水切割地層后，靠自重將有導(dǎo)向定位功能的預(yù)制鋼筋混凝土板插入地層，并通過縫隙注漿和設(shè)置聯(lián)系梁使板與板形成整體，地層與混凝土板之間的縫隙通過導(dǎo)流沉沙技術(shù)進(jìn)行充填，從而使混凝土板形成一道具有防滲和加固等功能的連續(xù)墻。如圖1所示。

圖1 水利插板示意圖

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)21

（1）預(yù)制進(jìn)樁技術(shù)。該技術(shù)通過設(shè)置在混凝土預(yù)制板樁底部的噴水裝置產(chǎn)生的高壓水噴射土體成槽，成槽后靠自重使預(yù)制混凝土板樁沉人地基，可達(dá)到快速施工的目的。影響水力插板進(jìn)樁速度的主要因素有噴射裝置的設(shè)置、地層性質(zhì)及水力插板本身結(jié)構(gòu)等。

（2）整體連接技術(shù)。整體連接技術(shù)是水力插板區(qū)別于其它板樁的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)通過預(yù)留在兩塊預(yù)制板之間的縫隙進(jìn)行注漿，并利用預(yù)留在預(yù)制板頂部的鋼筋現(xiàn)澆形成聯(lián)系梁，使單塊的水力插板形成整體的鋼筋混凝土整體連續(xù)墻。

（3）導(dǎo)流沉沙技術(shù)。水力噴射切割地層在混凝土板四周留下的縫隙會(huì)影響混凝土板的穩(wěn)定。為解決這一問題，該技術(shù)利用特制的設(shè)備讓水力噴射切割地層后返出的高含沙水從已經(jīng)插完的砼板兩側(cè)流過，讓水中攜帶的泥沙沉積填滿混凝土板與地層之間的縫隙，從而使混凝土板穩(wěn)固在基礎(chǔ)中。

2.3 特點(diǎn)

（1）施工速度快。該技術(shù)將預(yù)制成型的鋼筋混凝土板沉入地基，不需修筑圍堰、開挖基坑和降水，施工速度較快。

（2）整體性能好。該技術(shù)利用獨(dú)創(chuàng)的板樁連接技術(shù)，可將插入地下的混凝土板連接成一個(gè)整體，通過接縫注漿后，兩板結(jié)合部的密封程度甚至可超過鋼筋混凝土板本體的性能。

（3）入地深度大。在已經(jīng)建成的工程中，有的水力插板單板長(zhǎng)度已超過30m。

（4）結(jié)構(gòu)形式多樣。水力插板是在地面上預(yù)制成型的一種鋼筋混凝土板，根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際需要可制成多種形式的樁板結(jié)構(gòu)，如平板、丁字板、工字板、轉(zhuǎn)角板等。

3 水力插板施工主要設(shè)備

3.1 噴射動(dòng)力設(shè)備

主要用于產(chǎn)生高壓水，為水力插板技術(shù)的主要設(shè)備，包括多級(jí)離心泵、水面漂浮泵等種類。多級(jí)離心泵中的鍋爐給水泵是陸上水力插板施工的主要設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，安裝維修方便，且可多泵組合使用，缺點(diǎn)是需單獨(dú)配置低壓供水系統(tǒng)。水面漂浮泵是為水上水力插板施工專門研制的一種設(shè)備，可用于江河、湖泊等施工場(chǎng)地，安裝維修較方便，不需配置低壓供水系統(tǒng)，可滿足頻繁啟動(dòng)的需要。

3.2 起吊設(shè)備

主要用于起吊預(yù)制鋼筋混凝土插板，根據(jù)施工場(chǎng)地不同，可采用不同的起吊設(shè)備。在陸上施工可采用汽車吊、履帶吊等現(xiàn)有設(shè)備，而在水上和沿海灘涂地區(qū)則采用專用的水力插板吊機(jī)。

3.3 注漿固縫裝置

水力插板插入地層后通過專門的注漿固縫裝置進(jìn)行整體連接，該裝置具備沖洗樁板結(jié)合部沉積泥沙和攪拌配置、輸送水泥漿的功能。海上施工采用專用的注漿固縫工作船。

3.4 其他設(shè)備

包括專用運(yùn)載設(shè)備以及滿足供水、樁板定位扶正、吹填泥沙等功能的配套設(shè)備。包括海上定位扶正導(dǎo)流填沙操作平臺(tái)、海上水力插板施工腳手架等。

4 工程實(shí)例應(yīng)用

4.1 墾利油田14km險(xiǎn)工搶險(xiǎn)

墾利油田14km段于1998年夏天發(fā)生險(xiǎn)情。在采用常規(guī)的拋填鉛絲籠效果不明顯情況下，最終應(yīng)用了長(zhǎng)15m、寬1m、厚0.3m的水力插板樁進(jìn)行搶險(xiǎn)，為了提高每塊插板整體剛度及整體性，在水力插板樁頂部澆筑鋼筋混凝土連系梁，連系梁寬×高為0.3×0.3m，工程搶險(xiǎn)后，在堤防防沖刷及整體穩(wěn)定性方面取得了非常滿意的效果。

4.2 黃河河口清3控導(dǎo)續(xù)建工程

該控導(dǎo)工程2001年續(xù)建時(shí)共布設(shè)24個(gè)壩垛，其中6個(gè)壩垛采用基礎(chǔ)為水力插板的“人”字型垛，水力插板在平面布置上與“人”字型垛大致相同，結(jié)構(gòu)尺寸為：寬1m、厚0.3m、長(zhǎng)14m。為提高水力插板樁整體剛度，在其頂端設(shè)置鋼筋混凝土連系梁，連系梁寬×高為0.3×0.3m。為保證插板的穩(wěn)定性，在插板頂部通過拉桿與后面的錨樁進(jìn)行連接。同時(shí)，為防止水流淘刷壩腳，在壩體和板樁之間散拋厚度為1m的亂石。

4.3 新疆葉爾羌河?xùn)|河灘護(hù)岸工程

該防洪工程堤防總長(zhǎng)度5km，堤頂寬10.5m，堤基基礎(chǔ)為粉土及細(xì)沙。工程基礎(chǔ)防沖處理措施比選了3種方案：①采用沉管灌注鋼筋混凝土樁加振動(dòng)沉?；炷涟鍓M(jìn)行防沖順壩護(hù)岸；②采取槽孔混凝土防滲連續(xù)墻進(jìn)行壩基防沖；③ 采用水力插板連續(xù)墻進(jìn)行壩基防沖。方案①基礎(chǔ)防沖處理方案每公里造價(jià)約4500萬元，方案②基礎(chǔ)防沖處理方案每公里造價(jià)約3000萬元左右，方案③基礎(chǔ)防沖處理方案每公里造價(jià)約2800萬元。經(jīng)施工難易、投資大小和防沖效果等綜合比較，堤防基礎(chǔ)防沖采用方案③水力插板技術(shù)。為保持其整體穩(wěn)定性，水力插板頂部設(shè)鋼筋混凝土連系梁，連系梁尺寸寬×高為0.5×1.5m。水力插板墻深18 m，板樁墻后每隔8m設(shè)置深6m的鋼筋混凝土錨墩一個(gè)，每個(gè)錨墩均設(shè)有3根5 m長(zhǎng)的水平拉梁與水力插板頂部連系梁連接。

5 結(jié)語

水力插板技術(shù)采用預(yù)制進(jìn)樁和整體連接技術(shù)，可省去傳統(tǒng)施工過程中修圍堰開挖基坑、降水等工作，具有施工速度快、工程造價(jià)低、整體連接好、入地深度大等特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)已在工程搶險(xiǎn)及控導(dǎo)工程和河道護(hù)岸等工程中得到成功應(yīng)用并發(fā)揮了較大的經(jīng)濟(jì)效益，可結(jié)合實(shí)際情況在水利工程中廣泛應(yīng)用。

1. 程義吉．水力插板在黃河口河道整治中的應(yīng)用 人民黃河，2010,32(10)．

2. 顧立軍，劉小川，何富榮．水力插板技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用．水科學(xué)與工程技術(shù)，2010(5)．

3. 庫爾班·依明，阿里木江胡達(dá)拜地．水力插板技術(shù)在新疆粉細(xì)沙河床防洪工程中的應(yīng)用，水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012,18(9)．

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.022

TV52

B

1672-2469（2014）11-0067-02

21作者簡(jiǎn)介：張 安（1971年—），男，高級(jí)工程師。