先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在清運(yùn)河航道改造工程中的應(yīng)用

上海南匯水利市政工程有限公司 上海 201399

1 工程概況

清運(yùn)河航道整治改造工程位于上海市浦東新區(qū)老港填埋場(chǎng)碼頭裝卸區(qū)南側(cè)，南起大治河?xùn)|閘以西約460 m處，北止老港生活垃圾填埋場(chǎng)5號(hào)橋北端，全長(zhǎng)約5.3 km。工程主要內(nèi)容為航道疏浚工程，護(hù)岸工程，橋梁工程與道路工程。其中，新建護(hù)岸工程的前排采用密排先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，后排采用Φ500 mmPHC預(yù)應(yīng)力管樁，間距2 m，上部為L(zhǎng)形直立式擋墻（圖1、圖2）。

工程地質(zhì)中，第②3層灰色砂質(zhì)粉土夾粉砂為可液化土層，液化指數(shù)為0～7.55，液化指數(shù)均值為2.70。擬建場(chǎng)地地基液化等級(jí)屬于輕微。本工程擬采用樁式護(hù)岸，對(duì)工程影響不大。

圖1 新建護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面

圖2 新建護(hù)岸樁位設(shè)計(jì)布置

2 先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

2.1 特點(diǎn)

（a）先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁為U形斷面，截面寬度為1 020 mm、截面高度為450 mm、板壁厚度為120 mm（樁頂500 mm范圍厚120 mm板增加到240 mm）、樁長(zhǎng)為14 m（圖3）。

圖3 先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁實(shí)景

（b）U形樁一側(cè)預(yù)留凹槽，另一側(cè)設(shè)置凸榫，凸榫側(cè)靠近樁頂?shù)?/2樁長(zhǎng)范圍內(nèi)預(yù)埋橡膠止水條。成排的U形樁形成后，凸榫插入凹槽由止水條起到排樁內(nèi)外兩側(cè)的止水效果。凹槽側(cè)樁尖長(zhǎng)500 mm范圍切削成斜面，形成楔形踏面，利于沉樁時(shí)在楔形踏面形成一個(gè)側(cè)向力，使得凸榫與凹槽結(jié)合更緊密。

2.2 優(yōu)點(diǎn)

（a）節(jié)能環(huán)保：采用預(yù)應(yīng)力U形混凝土板樁，鋼筋混凝土用量相對(duì)普通平板樁少，減少礦產(chǎn)資源的消耗，節(jié)能節(jié)材效果明顯。經(jīng)過測(cè)算，四級(jí)航道改造為三級(jí)航道中護(hù)岸形式采用U形預(yù)應(yīng)力板樁，每公里航道（按兩側(cè)計(jì)算）可以節(jié)約土地利用面積約為6 700 m2。

（b）耐腐穩(wěn)定：U形板樁擋土耐腐蝕，具有鋼板樁的特點(diǎn)又克服了防腐問題，而且穩(wěn)定性好，能適應(yīng)較為復(fù)雜的施工工況條件。

（c）結(jié)構(gòu)合理：U形板樁采用獨(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)也增加了截面寬度，從結(jié)構(gòu)力學(xué)原理分析，受力特點(diǎn)與工字型受力特點(diǎn)一樣，有良好的抗彎性能；曲面結(jié)構(gòu)對(duì)船行波的消浪作用明顯，可減小行船阻力，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（d）簡(jiǎn)易美觀：改變了傳統(tǒng)護(hù)岸工程施工工程量大、施工速度慢、施工人力成本高、成型后質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，安全、美觀、可靠。

（e）工期保證：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；施工不受汛期影響，施工時(shí)對(duì)通航影響小。

（f）止水性好：凹凸榫槽加設(shè)橡膠止水條，結(jié)合緊密可靠，止水并防水土流失，可防止船行波沖刷，避免了岸坡塌方，養(yǎng)護(hù)、圍護(hù)成本低。

2018年1月26日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于在內(nèi)地(大陸)就業(yè)的港澳臺(tái)同胞享有住房公積金待遇有關(guān)問題的意見》后，自治區(qū)政府相關(guān)部門高度重視，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出臺(tái)胞在廣西工作、學(xué)習(xí)或是創(chuàng)業(yè)的，均可以自愿繳存住房公積金。該項(xiàng)政策的落實(shí)，是從根本上為臺(tái)胞在大陸買房提供了更多的優(yōu)待政策。住房公積金是一種住房保障政策，為臺(tái)胞落實(shí)住房公積金相關(guān)制度，實(shí)際上就是為臺(tái)胞落實(shí)住房保障政策。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來，有利于進(jìn)一步吸引臺(tái)胞來桂投資、生活，為兩岸經(jīng)濟(jì)文化交流奠定基礎(chǔ)。

3 主要施工技術(shù)[1-5]

3.1 振動(dòng)沉樁法試沉樁階段

振動(dòng)沉樁法在其他工程的先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁施工中已有成功的案例，所以本工程首先擬采用振動(dòng)沉樁法。在先期工程南段U形板樁試打過程中發(fā)現(xiàn)越往北振動(dòng)下沉越困難。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)打樁機(jī)的原理是機(jī)器產(chǎn)生的垂直振動(dòng)傳給樁體，導(dǎo)致周圍的土體結(jié)構(gòu)因振動(dòng)而強(qiáng)度降低。對(duì)砂質(zhì)土層，顆粒間結(jié)合被破壞，產(chǎn)生微小液化，對(duì)砂土?xí)箻都庀伦枇p少，利于樁的貫入。但對(duì)結(jié)構(gòu)緊密的細(xì)砂層，這種減阻效果不明顯，當(dāng)細(xì)砂層較松散時(shí)，反而會(huì)因振動(dòng)而加密，更難以沉樁。而本工程U形板樁樁頂標(biāo)高+1.6 m到樁尖標(biāo)高－12.40 m的土層范圍內(nèi)，其中成因類型為河口～濱海的②3灰色砂質(zhì)粉土夾粉砂層，層底標(biāo)高范圍－4.13～－7.29 m（層厚4.40～8.60 m），工程越向北段層底標(biāo)高越深、土層厚度越大，該土層搖震反應(yīng)迅速，具有愈振動(dòng)愈固結(jié)的特性（俗稱“鐵板砂”），難以采用振動(dòng)法沉樁。試驗(yàn)段采用振動(dòng)法下沉的10 根樁間隙較大，質(zhì)量較難保證。

針對(duì)以上情況，在這種土質(zhì)地質(zhì)條件下，決定將振動(dòng)沉樁法調(diào)整為錘擊沉樁法。

3.2 錘擊沉樁法正式沉樁階段

3.2.1 沉樁準(zhǔn)備

（a）打樁順序：按照樁位設(shè)計(jì)布置圖，板樁U形斷面的底部朝向迎水面，而樁尖長(zhǎng)500 mm范圍的切削斜面形成的楔形踏面在U形斷面左邊凹槽側(cè)，為確保有利于沉樁時(shí)在楔形踏面形成一個(gè)側(cè)向力，使得凸榫與凹槽結(jié)合更緊密。凹槽側(cè)楔形踏面應(yīng)在板樁施打行進(jìn)方向前端，另外，由于工程位置處于清運(yùn)河航道東岸，所以打樁順序應(yīng)設(shè)定為由南向北施打。

（b）測(cè)量控制：根據(jù)坐標(biāo)定出樁位軸線，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定軸線控制點(diǎn)及水準(zhǔn)控制點(diǎn)。

（c）設(shè)備進(jìn)場(chǎng)：打樁設(shè)備在起始樁位置進(jìn)行安裝調(diào)試，通過在板樁墻縱軸線及其垂直方向設(shè)置的經(jīng)緯儀對(duì)樁架調(diào)正。

3.2.2 沉樁

樁起吊就位插樁后，采用2 臺(tái)經(jīng)緯儀測(cè)定垂直度，調(diào)正樁錘、樁帽、樁墊及導(dǎo)桿，使其與打入方向?yàn)橐恢本€，并經(jīng)常保持緩沖墊的厚薄均勻，避免偏打。初期緩慢試打，確認(rèn)樁的中心位置正確后轉(zhuǎn)為正式打入。開始錘擊時(shí)，先緩慢間斷試打，直到樁進(jìn)入土層2～3 m后再連續(xù)正常施打。由于本工程②3灰色砂質(zhì)粉土夾粉砂層土層較厚，施工中可考慮間斷停打。

3.2.3 質(zhì)量控制

打樁初期如發(fā)生傾斜，可將樁拔起修正或拔起再重新打入，重打時(shí)若仍向原打入方向偏斜，可使用堅(jiān)固的導(dǎo)材按所定位置打正。打樁期間若發(fā)生貫入度異常、樁身損壞、樁錘工作失常、樁架失穩(wěn)等情況，應(yīng)暫停施工，經(jīng)研究采取適當(dāng)措施后再恢復(fù)沉樁，并做好打樁記錄表。

（a）垂直度控制：垂直度對(duì)U形板樁尤為重要，樁成傾斜狀沉入土中，會(huì)影響凸榫緊密地插入凹槽，形不成嚴(yán)密的排樁墻，止水條也起不到應(yīng)有的止水效果。施工時(shí)嚴(yán)格按1/100樁長(zhǎng)的允許傾斜度來控制。為確保高垂直度，首先做到場(chǎng)地密實(shí)、平整，打樁架配置精確、靈便地垂直控制系統(tǒng)。插樁前，樁架的導(dǎo)桿調(diào)至垂直，樁進(jìn)檔后要徐徐放下，插入土中后及施打過程中通過在板樁墻縱軸線及其垂直方向設(shè)置的經(jīng)緯儀復(fù)核垂直度。

（b）標(biāo)高的控制：按設(shè)計(jì)要求，本工程U形板樁沉樁標(biāo)高以設(shè)計(jì)標(biāo)高控制為主，貫入度作為參考。貫入度通過試樁確定，若沉樁過程中貫入度已達(dá)到，而樁尖標(biāo)高未達(dá)到時(shí)，應(yīng)連續(xù)錘擊3 陣、每陣10 擊，此時(shí)以貫入度控制為主，樁尖標(biāo)高作參考。

（c）防板樁向行進(jìn)方向傾斜：由于與已打設(shè)的板樁榫口處的阻力大于正在打設(shè)的板樁周圍土體阻力，形成一個(gè)不均衡力，使板樁向前進(jìn)方向傾斜。這種傾斜需要盡快調(diào)整，可以采用卷揚(yáng)機(jī)鋼索將板樁反方向拉住后再錘擊。

（d）防U形板樁轉(zhuǎn)動(dòng)：板樁沉樁可能會(huì)以榫口為中心發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而偏離位置，影響板樁墻平整度和板樁墻軸線偏移。為限制U形板樁轉(zhuǎn)動(dòng)，需要設(shè)置導(dǎo)架以保證施工精度，并且在導(dǎo)架的導(dǎo)梁與板樁之間插入墊塊，同時(shí)利用板樁墻縱軸線及其垂直方向設(shè)置的經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測(cè)，避免板樁轉(zhuǎn)動(dòng)。

（e）板樁動(dòng)測(cè)試驗(yàn)：成樁動(dòng)測(cè)抽樣率為2%，單樁缺陷面積應(yīng)小于20%。

（f）沉樁允許偏差：板樁平面位置允許偏差為±50 mm；垂直度允許偏差應(yīng)小于10 mm；設(shè)計(jì)標(biāo)高處平面位置板樁間距允許偏差為±20 mm。

4 新工藝的改良措施

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，航道改造中對(duì)生態(tài)性、親水性和美觀性要求的逐步提高，針對(duì)航道的使用要求，需對(duì)目前的產(chǎn)品及工藝進(jìn)行進(jìn)一步的改良，主要措施有：

（a）在板樁上部預(yù)設(shè)孔洞，并在內(nèi)側(cè)增加透水無紡布，增加板樁內(nèi)外側(cè)的水交流。

（b）景觀河道區(qū)域，可在外側(cè)設(shè)置預(yù)埋件，掛設(shè)裝飾板或直接做仿石噴涂，展示護(hù)岸的多元文化。

（c）在確保質(zhì)量安全的前提下，加強(qiáng)靈活性，對(duì)各細(xì)部進(jìn)行不斷優(yōu)化?？梢猿b配式結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，不斷開發(fā)各種裝配式構(gòu)件，對(duì)板樁自身及細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行裝配。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的前普通平板樁、后方樁高樁的承臺(tái)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)護(hù)岸方式，將由前預(yù)應(yīng)力U形板樁、后預(yù)應(yīng)力PHC管樁的新型高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)所取代，是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁通過在本工程中的成功實(shí)施，不但體現(xiàn)出施工便捷、節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用效果也很好（圖4），可大力推廣應(yīng)用并為其他類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

圖4 航道整治雙向通航竣工斷面實(shí)景