預制混凝土板樁防沖墻在水閘加固工程中的應用

張超琳，郭振霆，陳 磊，游昊東，王 翠

（1.赤峰市農(nóng)業(yè)廣播電視學校，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.海河水利委員會海河下游管理局，天津 300061；3.寶坻區(qū)交通材料供應站，天津 301800；4.天津中海水利水電工程有限公司，天津 300061）

預制混凝土板樁防沖墻海上施工是利用海上打樁作業(yè)平臺將預制混凝土板樁打入水下地基土中，形成地下連續(xù)墻，以提高閘下消能防沖設(shè)施的防沖刷能力。這是對已建成水閘消能防沖基礎(chǔ)進行加固處理的一種新材料和新方法，2019年首次運用于北方地區(qū)入海河口大型防潮閘的消能防沖設(shè)施加固工程中。對其施工工藝進行研究，可以更好地實現(xiàn)工程設(shè)計原則和目標，控制工程造價，保證工程施工安全。

1 概況

獨流減河是海河流域重要行洪入海通道，也是天津市防洪的南部屏障。由于天津市開發(fā)建設(shè)南港工業(yè)區(qū)占用了大港分洪道部分出口，同時改變了獨流減河口水動力條件和泥沙運動條件，需重新安排獨流減河超標準洪水，結(jié)合港口建設(shè)對河口治導線進行調(diào)整。原由大港分洪道承泄的超標準洪水改由獨流減河口下泄，獨流減河口泄洪能力由3 600 m3/s提高到4 500 m3/s；同時，由于獨流減河防潮閘閘下消能防沖設(shè)施現(xiàn)狀不能滿足最大過流4 500 m3/s安全條件，為確保治導線調(diào)整后河口防潮閘工程安全，實施獨流減河防潮閘閘下消能防沖設(shè)施加固工程十分必要和迫切。

2 工程建設(shè)內(nèi)容

獨流減河防潮閘工程等級為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。該工程為閘下消能防沖設(shè)施加固，建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。施工期洪水標準采用10 a一遇，獨流減河閘下10 a一遇非汛期高潮位為2.85 m。

防潮閘閘下消能防沖設(shè)施加固工程主要建設(shè)內(nèi)容為漿砌石海漫延長、海漫末端增設(shè)防沖墻和拋石防沖槽拆除后順延重建。

（1）閘下樁號0+029.5—0+059.5現(xiàn)狀為漿砌石海漫段，長度30 m，予以保留；樁號0+059—0+082.5保留現(xiàn)狀拋石防沖槽，防沖槽上部鋪設(shè)模袋混凝土，總長23.5 m。

（2）模袋混凝土末端設(shè)預制混凝土板樁防沖墻。防沖墻中心線位于閘下樁號0+082，在河道兩側(cè)沿岸墻坡腳向下游延伸52.6 m，軸線長度280 m；頂面高程同拋石防沖槽高程為-6.38 m，底高程為-19.38 m，深13.0 m，厚度0.4 m。

（3）防沖墻后接拋石防沖槽。防沖槽中間寬約120 m，順水流方向長12.5 m，樁號為0+082—0+109.5；左右岸兩側(cè)順水流方向長27.5 m，樁號為0+082—0+109.5，寬度均為60 m；厚度2.0 m，頂面高程-6.38 m，底面高程-8.38 m；單塊拋石重量要求不小于150 kg；末端以1∶5倒坡接至河底高程-3.38 m，長度15 m。

3 工程質(zhì)量標準

防沖墻采用預應力C80鋼筋混凝土預制離心板樁，尺寸為長×寬×高=13 000 mm×900 mm×400 mm，單根重量10 t。該型號預制混凝土離心板樁添加了GM3型外加劑，摻入劑量為膠凝材料的3%，抗?jié)B等級P10，耐腐蝕系數(shù)KS120≥0.95，電通量≤500，氯離子擴散系數(shù)≤3.0×10 m3/s。工程施工質(zhì)量檢測和驗收按保證項目和允許偏差兩個方面進行控制。

（1）保證項目。板樁質(zhì)量必須符合設(shè)計要求和施工規(guī)范的規(guī)定，并有出廠合格證，同時打樁的標高及貫入度、樁的陰陽榫口處理必須符合設(shè)計要求。

（2）允許偏差項目。垂直于板樁墻軸線方向的平面位置允許偏差≤50 mm，板樁間縫寬≤25 mm，垂直度允許偏差≤100 mm。

4 工程施工機械

（1）打樁機械。根據(jù)樁尺寸、土質(zhì)情況和設(shè)備條件選用規(guī)模匹配的落錘打樁機，打樁機主要包括樁錘、樁架和動力裝置3部分。海上打樁配有打樁船1艘，船型為鋼制箱型結(jié)構(gòu)，非自航，船艏正中設(shè)有堅固的三角桁架式樁架機構(gòu)和打樁錘。

（2）吊樁機械。陸上吊樁配1臺履帶式起重機或輪胎式起重機，海上吊樁配卷揚機2臺和發(fā)電機1臺。

（3）運樁機械。海上運樁根據(jù)施工強度和進度要求配備運樁船1～2艘。

（4）其他機械設(shè)備。其他輔助設(shè)備及材料有導向架、圍樁鎖具、定位樁、送樁器、鋼絲繩、滑輪、卸扣、焊機、照明設(shè)備、電焊機、氧割工具、索具、扳手、撬棍和鋼絲刷等。

5 工程主要施工工藝

5.1 施工前準備

本工程利用海上施工平臺進行海上打樁。為便于打樁船只進出和不受漲落潮影響全天候施工，徹底清除打樁區(qū)域的水底雜物，以防影響打樁質(zhì)量和進度，保證打樁順利施工。工程施工前，對防沖墻中心線位置上下游20 m進行清淤，河底高程清淤至板樁頂高程位置-6.38 m，水深滿足打樁船吃水深度作業(yè)要求。

5.2 施工工藝流程

（1）主要施工工序。岸上起吊預制樁→吊入運樁船→運樁→施工平臺海上吊樁→入錘架→調(diào)平板樁的垂直度→樁位定位→自重沉樁→復核樁平面以及垂直度偏差→一次沉樁擊打→送至水平面→連接送樁器→二次沉樁擊打→送至設(shè)計標高→起錘→移至下一樁位→重復之前步驟。

（2）沉樁施工要點。板樁施工應滿足《板樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》（JTS167-3-2009）規(guī)定。為控制好板樁防沖墻的軸線位置、減少樁的平面扭曲和提高打樁效率，應預先加工好足夠強度及剛度的導向架。打樁機在方駁上組裝、調(diào)試、就位，對樁機進行固定，施工中充分考慮潮汐和風暴潮對樁機定位的影響。在陸地上設(shè)置測量定位控制點，并采用2部經(jīng)緯儀在2個垂直方向監(jiān)控樁的垂直度，垂直度出現(xiàn)偏差時及時進行糾正。打樁機在測量儀器控制下就位。在錨纜收緊定位時，應保證樁機的打設(shè)并在避免碰樁的前提下盡量減少誤差。漲落潮時，應隨潮水的漲落適時調(diào)整錨纜，以保持船位的準確和防止個別錨纜受力過大。為使板樁連接緊密，在沉樁前打設(shè)導向架，導向架采用工字型鋼，并使板樁陰陽榫口緊密對接，板樁不得出現(xiàn)脫榫現(xiàn)象。在測量儀器的控制下，板樁對準鄰樁鎖口槽并及時調(diào)整樁身垂直度；沉樁時需根據(jù)土質(zhì)和貫入速率，及時調(diào)整樁錘的沖擊力，以避免樁身偏斜。沉樁過程用經(jīng)緯儀及時跟蹤觀測樁身狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)偏斜及時調(diào)整校正，使誤差控制在允許范圍內(nèi)。沉樁以標高控制為主。在樁身做好標記，用水準儀觀測，沉樁至設(shè)計要求的標高，樁尖高程≤±100 mm。板樁打設(shè)每5～10根為1組，每組從左至右依次深樁，板樁沿導向梁打設(shè)。板樁靠近護坡倒角處，接頭可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。

6 結(jié)語

采用預制混凝土離心板樁海上施工工藝加固水閘消能防沖設(shè)施，具有施工方法簡單、施工效率高等特點，可有效地縮短工期，比較適用于導流困難、工期緊或要求快速提高強度等方面的工程施工。

獨流減河防潮閘采用的C80預制混凝土離心板樁，其抗腐蝕性能較一般的混凝土灌注樁有顯著提高，比較適合作為持力層埋深較淺的水閘閘墩和閘底板的基礎(chǔ)，對環(huán)境的影響更具優(yōu)越性?；炷涟鍢斗罌_墻海上施工工藝的研究，可以有效地指導水利工程專項施工方案的編制，對保證水利工程建設(shè)質(zhì)量和按期完工提供技術(shù)支撐。