U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在城市河道工程中的應(yīng)用研究

摘 要：對(duì)U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁的基本概念與力學(xué)原理進(jìn)行了介紹，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，以某城市河道整治工程為例，比較了普通混凝土平板樁和U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)不具備大開(kāi)挖施工條件的高懸臂擋土結(jié)構(gòu)的情況提出采用U型預(yù)應(yīng)力板樁，可供其他相似工程參考。

關(guān)鍵詞：U型板樁；城市河道工程；高懸臂結(jié)構(gòu)

1 U型樁的原理和特點(diǎn)

U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁（以下簡(jiǎn)稱U形板樁）是上海中技樁業(yè)股份有限公司歷時(shí)三年研發(fā)成功的一種新型預(yù)制樁。結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1

該預(yù)制樁為新型擋土支護(hù)用的薄壁型的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土樁，具有壁薄、自重輕、抗彎性能優(yōu)等特點(diǎn)。其采用獨(dú)特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時(shí)，還增加了截面的寬度。從結(jié)構(gòu)受力原理分析，其受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，具有良好的抗彎性能。U形板樁受力鋼筋采用預(yù)應(yīng)力鋼棒或預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采用預(yù)應(yīng)力工藝，在滿足受力性能的前提下，節(jié)省了鋼筋的用量，降低了造價(jià)。U形板樁混凝土采用C60高強(qiáng)高性能混凝土設(shè)計(jì)，滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)提高了混凝土的耐久性。板樁成型采用振動(dòng)成型排樁施工方法，既保證了施工質(zhì)量，又不因施工破壞樁體，同時(shí)根據(jù)不同的地址條件采取不同的輔助工藝進(jìn)行施工，如采用高壓射水沉樁工藝，對(duì)周邊建筑及道路影響較小。

2 U型板樁在城市河道工程中的應(yīng)用

城市河道工程中經(jīng)常遇到兩邊建筑及道路距離很近的情況，為盡量減少工程量及開(kāi)挖影響范圍，一般會(huì)考慮采用高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)。本文以上海市奉賢區(qū)南橋四期工程為例。

依據(jù)南橋新城水系專業(yè)規(guī)劃，柘瀝港口寬為17m，為盡量增大過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，采用矩形斷面。河道邊線距離西側(cè)南郊莊園小區(qū)門(mén)面房建筑邊線約8m，距離東側(cè)展園路道路紅線3m。規(guī)劃河底高程-0.5m，現(xiàn)狀廣場(chǎng)高程5.8m，垂直高差達(dá)6.3m。由此，該段擋墻采用高樁承臺(tái)擋墻，墻身為C30鋼筋混凝土，底板底高程4.00m，底板寬度3000mm，厚度500mm；墻頂高程5.80m，墻身厚度300mm。承臺(tái)底板距河底4.5m，前排樁懸臂長(zhǎng)度達(dá)4500mm，要求樁基具有較高的抗彎彎矩。如圖2：

方案一，依據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，首先選用應(yīng)用比較廣的前排混凝土平板樁、后排混凝土方樁高樁承臺(tái)方案。根據(jù)工程條件，板樁尺寸定為300×500×20000mm、方樁尺寸定為300×300×14000@2000mm。根據(jù)M法樁基計(jì)算，作用于前排板樁樁頂?shù)乃郊袅?76kN，彎矩為373.7kN·m，樁頂位移達(dá)26mm，大于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》所規(guī)定的最大值10mm，該方案不滿足要求。如加大板樁厚度以期能增加樁基水平承載力，則工程量將很大，且施樁難度也大大增加。針對(duì)本工程的特殊情況，傳統(tǒng)前板后方方案已不適用。樁基穩(wěn)定計(jì)算成果如表1所示：

方案二，針對(duì)本工程對(duì)樁基抗彎剛度的苛刻要求，前排樁考慮采用C60 U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，型號(hào)為U-CS-600Ⅲ型，尺寸：600×1000×20000mm。后排樁采用C30鋼筋混凝土灌注樁，根據(jù)工程條件，尺寸應(yīng)為φ600×14000mm，間距2000mm。本次設(shè)計(jì)采用600Ⅲ型U型板樁，計(jì)算以國(guó)家水泥混凝土制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)報(bào)告認(rèn)證的物理力學(xué)承載力允許值作為依據(jù)進(jìn)行樁基的抗裂彎矩、抗彎彎矩和抗剪承載力的計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，樁身各項(xiàng)指標(biāo)滿足允許值要求。樁基穩(wěn)定計(jì)算成果如表2所示：

經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，針對(duì)城市河道工程中大懸臂高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，U型預(yù)應(yīng)力板樁可以承受普通平板樁無(wú)法承受的水平剪力及彎矩，具有更優(yōu)的抗彎性能。

3 U型板樁優(yōu)缺點(diǎn)分析

U型板樁低碳環(huán)保，鋼筋混凝土用量相對(duì)平板樁少，能夠有效減少礦產(chǎn)資源的消耗，節(jié)能節(jié)材效果明顯；在經(jīng)濟(jì)性方面，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)，同等工程量下U型板樁相對(duì)平板樁造價(jià)更低；按力學(xué)性能分析，同等材料情況下U型板樁抗彎性能明顯優(yōu)于平板樁；耐久性優(yōu)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，使用年限50年以上。U型板樁采用C60高強(qiáng)高性能混凝土，而平板樁通常采用C30砼強(qiáng)度等級(jí)；工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)速度快，工期控制較容易；外形美觀，裝飾較容易。

同時(shí)U型板樁也有一定的局限性：施工精度要求高，一旦發(fā)生脫榫情況后處理工藝復(fù)雜；施工設(shè)備要求高，一般采用震動(dòng)錘或者靜壓工藝沉樁，錘打樁機(jī)無(wú)法保證施工精度；由于樁身配筋率相對(duì)較低，樁體預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)一旦損壞，會(huì)導(dǎo)致樁體物理力學(xué)性能迅速下降，從而發(fā)生脆性破壞，因此管理養(yǎng)護(hù)要求較高。

4 U型板樁的力學(xué)性能

常用U型預(yù)應(yīng)力板樁抗彎、抗剪力學(xué)性能參數(shù)如表3所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

U形板樁因其采用變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時(shí)，還增加了截面的寬度，從結(jié)構(gòu)受力原理分析，受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，具有良好的抗彎性能。因此，在不具備大開(kāi)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)力鋼筋砼板樁具有較大的優(yōu)勢(shì)。本結(jié)構(gòu)在南橋新城水系整治四期工程中應(yīng)用取得了良好的工程效果，可供其他相似工程參考。

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作者簡(jiǎn)介：丁榮宗（1988-），男，江蘇鹽城，2010年畢業(yè)于河海大學(xué)，水利水電工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向：河道整治。