鋼筋混凝土預(yù)制樁在陳興寨水閘陡坡中的應(yīng)用

劉　平　蘭秀乾　雷善軍

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鋼筋混凝土預(yù)制樁在陳興寨水閘陡坡中的應(yīng)用

劉平1蘭秀乾1雷善軍2

鋼筋混凝土預(yù)制樁有承受荷載大、變形沉降小、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在水利工程中被廣泛應(yīng)用。預(yù)制樁是在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，然后運(yùn)至樁位處，經(jīng)錘擊或靜壓或振動(dòng)或水沖等工藝進(jìn)入地基土中。預(yù)制樁包括鋼筋混凝土樁、鋼樁及木樁等，目前水利工程中所采用的預(yù)制樁中多為鋼筋混凝土樁。

一、工程概況

陳興寨水閘工程位于寨河中下游光山縣寨河鎮(zhèn)陳興寨村，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合供水及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型工程，陳興寨水閘工程主要建筑物由泄洪閘、主連接堤、左右連接堤、東西中干渠進(jìn)水閘、過(guò)水土堰等組成。由于陳興寨水閘老翻板閘及平板閘運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，存在嚴(yán)重安全隱患，目前處于除險(xiǎn)加固施工階段。

泄洪閘是陳興寨水閘工程的重要組成部分，位于主連接堤西端頭與左連接堤交界處，是陳興寨水閘唯一的泄洪建筑物。泄洪閘30年一遇設(shè)計(jì)過(guò)閘流量1120m3/s，100年一遇校核流量1450m3/s。泄洪閘主要由控制閘、上游鋪蓋、下游陡坡、消力池、海漫、防沖槽、上下游導(dǎo)水墻、兩岸連接建筑物及左岸橋頭堡等組成。

控制閘下游陡坡水平投影長(zhǎng)72.65m，坡比1∶7.65，陡坡下游接長(zhǎng)32.0m的鋼筋混凝土挖深式消力池，消力池后接混凝土及漿砌石海漫。

陳興寨泄洪閘陡坡段作為主要的泄水建筑物，安全性十分重要。《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2000）規(guī)定，泄槽底板的最小厚度，即泄槽底板在承泄高速水流后，仍能保持不透水性，仍有足夠的剛度和強(qiáng)度抵抗外荷變化引起的壓曲最小厚度，應(yīng)根據(jù)工程的規(guī)模、整體布置、水力條件、地基及運(yùn)用條件，結(jié)合防滲、排水、止水等工程措施，在滿足安全、耐久的前提下，選用經(jīng)濟(jì)合理的尺寸，可根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比確定。該工程陡坡底板厚度計(jì)算參照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）中消力池底板的厚度計(jì)算公式，按抗沖和抗浮要求分別進(jìn)行計(jì)算。

二、預(yù)制樁設(shè)計(jì)

泄洪閘陡坡段的高差為9.5m，在宣泄100年一遇校核洪水時(shí)，控制閘段陡坡水流流速最大達(dá)14.97m，因陡坡的高差及水流流速均較大，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，陡坡底板如采用實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)，厚度達(dá)1.8m，工程量較大。設(shè)計(jì)中就如下兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

方案一：陡坡底板采用C30混凝土結(jié)構(gòu)，厚度1.8m。

方案二：陡坡采用C30混凝土結(jié)構(gòu)，厚度0.6m，下設(shè)C30邊長(zhǎng)0.4m鋼筋混凝土預(yù)制方樁。

按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008），承受拔力的樁基，按下列公式同時(shí)驗(yàn)算群樁基礎(chǔ)呈整體破壞和呈非整體破壞時(shí)基樁的抗拔承載力：

式中：

Nk—按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的基樁拔力（kN）；

Tgk—群樁呈整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Tuk—群樁呈非整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Ggp—群樁基礎(chǔ)所包圍體積的樁土總自重除以總樁數(shù)，地下水位以下取浮容重（kN）；

Gp—基樁自重，地下水位以下取浮容重（kN）；

ui—樁身周長(zhǎng)（m）；

qsik—樁側(cè)第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

λi—抗拔系數(shù)；

ul—樁群外圍周長(zhǎng)（m）；

li—樁周第i層土的厚度（m）；

經(jīng)計(jì)算，預(yù)制樁樁長(zhǎng)為7.6～13.6m，平均樁長(zhǎng)10.6m。

方案一及方案二技術(shù)上均可行，通過(guò)以上兩個(gè)方案可比投資比較，方案二投資較小，比方案一可節(jié)省投資200.7萬(wàn)元，故該階段推薦采用方案二即控制閘及溢流堰陡坡均采用C30混凝土結(jié)構(gòu)，厚度0.6m，下設(shè)C30邊長(zhǎng)0.4m鋼筋混凝土預(yù)制方樁，樁間距3.0m，梅花形布置，樁數(shù)共計(jì)452根。

三、預(yù)制樁施工

該工程預(yù)制樁采用錘擊法施工。打樁錘下落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力會(huì)克服地基土對(duì)樁的阻力，使樁下沉到設(shè)計(jì)深度，這就是錘擊沉樁法的原理。首先需要確定樁位和沉樁的順序，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙編制好工程樁測(cè)量定位圖，打樁時(shí)易產(chǎn)生震動(dòng)和擠土，應(yīng)確保軸線控制點(diǎn)不受影響，也需要保證控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

1.沉樁準(zhǔn)備

（1）樁機(jī)組裝后到達(dá)樁位并進(jìn)行調(diào)試，使樁機(jī)達(dá)到合格的工作狀態(tài)。（2）定位樁施工放線后進(jìn)行復(fù)測(cè)，經(jīng)監(jiān)理認(rèn)可后再施工。（3）定位樁對(duì)位準(zhǔn)確后，用全站儀調(diào)整預(yù)制樁的垂直度，調(diào)直后再施打，使樁的垂直度偏差小于樁長(zhǎng)的0.1%。（4）根據(jù)不同樁長(zhǎng)，挑選相對(duì)應(yīng)的樁錘和樁墊。該工程樁墊采用厚100mm的牛皮紙墊，且在施打過(guò)程中經(jīng)常檢查，一旦發(fā)現(xiàn)樁墊被完全打破就及時(shí)更換。（5）樁帽與樁頭周圍留有10mm的空隙，在樁錘與樁帽、樁帽與樁間設(shè)彈性襯墊，在樁帽設(shè)置透氣孔，保持樁錘、樁帽和樁身始終在同一軸線上。

2.沉樁

（1）根據(jù)該工程沉樁流程要求，由吊機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)澆筑的預(yù)制樁運(yùn)至樁位附近，樁機(jī)就位后拉起樁錘，起重機(jī)再給管樁套上樁帽，將預(yù)制樁吊起放進(jìn)籠口，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)樁架位置，使樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)，由全站儀測(cè)量控制其垂直度，待樁身穩(wěn)定后放下樁錘，壓樁下沉至穩(wěn)定狀態(tài)并滿足垂直度要求后打開(kāi)油門(mén)準(zhǔn)備錘擊。（2）開(kāi)始錘擊時(shí)樁錘的能量控制在小范圍，也可空錘試擊或重錘輕擊。（3）樁的第一節(jié)沉樁質(zhì)量尤其關(guān)鍵，其沉樁垂直度直接影響整樁的垂直精度及樁的完整性。因此在沉樁過(guò)程中，全站儀要認(rèn)真觀察，及時(shí)調(diào)節(jié)樁架，使樁錘、樁帽、樁身始終處于同一垂直線，并使樁架龍口與樁身保持平行，以免產(chǎn)生偏心錘擊。

3.擠土現(xiàn)象處理

鋼筋混凝土預(yù)制樁在打樁時(shí)產(chǎn)生的擠土效應(yīng)易導(dǎo)致鄰近樁體破壞及后續(xù)施工無(wú)法沉樁，對(duì)這種經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象可采取如下技術(shù)措施加以預(yù)防：（1）合理劃分分區(qū)。該工程樁群密集，分區(qū)時(shí)按樁的密集程度劃分區(qū)域，以控制樁體位移，樁機(jī)集中先打較密集區(qū)域，以減少對(duì)周圍樁的擠土影響。（2）合理安排施工順序。按已確定的分區(qū)圖確定施工順序，根據(jù)先施打中間后兩邊，先密后疏，先深后淺的原則，明確每個(gè)區(qū)域具體的樁機(jī)施打順序和流程。（3）控制打樁速度。為控制樁體位移，應(yīng)連續(xù)觀測(cè)樁的位移結(jié)果，結(jié)合區(qū)域的實(shí)際情況，通過(guò)限制樁機(jī)的打樁數(shù)量來(lái)適當(dāng)調(diào)整打樁速度。（4）選擇對(duì)裝機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)豐富的工人來(lái)操作，并要求持證上崗。（5）根據(jù)需要，施工時(shí)對(duì)局部樁基可跳打。（6）陡坡基礎(chǔ)開(kāi)挖須待打樁引起的地基土中的超孔隙水壓力消散80%以上方可進(jìn)行，應(yīng)盡可能避免由于局部土體失穩(wěn)造成的樁頂移位。而且在預(yù)制樁施工后地面一定范圍內(nèi)不允許通行大型機(jī)械設(shè)備，以免破壞樁基。

四、結(jié)語(yǔ)

陳興寨水閘陡坡設(shè)計(jì)采用了鋼筋混凝土預(yù)制樁，大大減小了混凝土底板的厚度，較好地解決了陡坡的穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)今后土基上的泄洪道工程具有參考價(jià)值。由于對(duì)鋼筋混凝土預(yù)制樁嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，保證了陡坡的穩(wěn)定、安全，該工程施工完成后，進(jìn)行了高應(yīng)變及低應(yīng)變檢測(cè)，抗拔、抗剪及靜載試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。施工單位緊密配合，嚴(yán)格控制成樁及打樁質(zhì)量，保證了施工安全?？傊茖W(xué)地設(shè)計(jì)、嚴(yán)格地施工是預(yù)制樁方案成功的關(guān)鍵■

（作者單位：1.河南省光山縣水利局4654502.河南天禹水利工程建設(shè)有限責(zé)任公司464000）