U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在河道治理工程中的應(yīng)用

侯延福

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710014）

1 概述

扁滘涌位于佛山市順德區(qū)容桂街道，河涌深2.5～3.0m，水面寬10-12m，主要功能為排澇，河涌全長(zhǎng)1.78km。河涌左右岸均有沿涌道路，路寬6-10m，路旁為居住區(qū)。河底高程-0.4m，涌頂高程2.6m，最高水位2.1m，常水位1.4m。該河涌原駁岸設(shè)計(jì)方案為重力式混凝土擋墻，墻高3.0m，擋墻地基采用高壓旋噴樁進(jìn)行加固，該方案河道駁岸每延米造價(jià)約1.7萬(wàn)元。由于重力式擋墻施工需開(kāi)挖放坡，涌邊用地緊張，作業(yè)面較小，施工會(huì)對(duì)道路交通及涌邊建筑產(chǎn)生不良影響，且擋墻方案造價(jià)較高，因此對(duì)駁岸方案進(jìn)行了調(diào)整，改用U形板樁護(hù)砌，并在樁頂設(shè)冠梁。U形板樁方案河道駁岸每延米造價(jià)約1.2萬(wàn)元。板樁方案基本避免了開(kāi)挖，占地少，且不用進(jìn)行地基處理，對(duì)涌邊交通影響較小，投資省，對(duì)本項(xiàng)目具備良好的適應(yīng)性。如圖1所示。

圖1 U形板樁典型橫斷面圖

2 地質(zhì)概況

依據(jù)地質(zhì)勘察鉆孔揭露，場(chǎng)地20m鉆探深度內(nèi)地層自上而下分別為：

1）素填土（Q4ml）：褐黃色，可塑，稍濕～濕，成分以黏性土為主，含少量中粗砂或碎石塊，頂部約5～35cm砼路面。層厚2.10～4.20m，平均2.58m。標(biāo)貫測(cè)試7次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=5.0～9.0擊，平均N=6.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值5.5擊；校正擊數(shù)N’=4.9～8.9擊，平均N’=6.5擊，標(biāo)準(zhǔn)值5.5擊。

2）淤泥質(zhì)土（Q4al）：深灰色，流塑～軟塑，含腐殖質(zhì)及粉細(xì)砂，手捏黏滑，干強(qiáng)度低，韌性低，具腥臭味。場(chǎng)地大部分鉆孔均有揭露，頂板埋深2.10～2.90m，揭露厚度1.30～4.40m，平均2.40m。標(biāo)貫測(cè)試7次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=2～5擊，平均N=3.9擊，標(biāo)準(zhǔn)值2.9擊；校正擊數(shù) N’=1.8～4.7擊，平均 N’=3.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值2.6擊。

3）粉質(zhì)黏土（Q4al）：黃褐色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，手搓砂感強(qiáng)，局部夾粉細(xì)砂層，場(chǎng)地鉆孔大部分均有揭露。頂板埋深3.50～6.80m，揭露厚度1.30～12.40m，平均5.14m。標(biāo)貫測(cè)試14次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=7～16擊，平均值N=12.4擊，標(biāo)準(zhǔn)值11.3擊；校正擊數(shù)N’=6.1～13.9擊，平均N’=10.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值9.7擊。

4）礫砂（Q4al）：褐黃色，稍密～中密，飽和，礦物成分以石英為主，土質(zhì)均勻性差，級(jí)配不良，偶見(jiàn)卵石，含較多黏性土，場(chǎng)地鉆孔大部分均有揭露。頂板埋深5.50～19.50m，揭露厚度4.10～12.60m，平均10.01m。標(biāo)貫測(cè)試17次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=11～25擊，平均值N=20.2擊，標(biāo)準(zhǔn)值18.6擊；校正擊數(shù)N’=9.2～18.4擊，平均N’=15.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值14.5擊。

各土層主要力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1：

表1 各土層主要力學(xué)參數(shù)

3 U形板樁設(shè)計(jì)

板樁設(shè)計(jì)選型步驟為：依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)初選型號(hào)——進(jìn)行穩(wěn)定及內(nèi)力計(jì)算——根據(jù)板樁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行選型復(fù)核——復(fù)核滿(mǎn)足要求后確定最終板樁型號(hào)。

3.1 初步選型

依據(jù)工程布置要求，扁滘涌板樁懸挑長(zhǎng)度為3m。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)初步選擇板樁型號(hào)為U-CS-450-Ⅲ-15，板樁截面高度為450mm，寬1m，樁長(zhǎng)15m。

3.2 穩(wěn)定及內(nèi)力計(jì)算

U形板樁內(nèi)力采用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010），板樁計(jì)算采用結(jié)構(gòu)等效原則，即截面面積、截面慣性矩和形心位置三等效，將U形截面等效為矩形截面進(jìn)行計(jì)算。

1）整體穩(wěn)定計(jì)算。采用瑞典條分法進(jìn)行計(jì)算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為Ks=5.56，圓弧半徑R=14.6m，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2）抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算。

計(jì)算得抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為Ks=1.28，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3）嵌固深度計(jì)算。依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012，按下式計(jì)算，

計(jì)算得嵌固深度ld=11.6m，設(shè)計(jì)采用值為12m，滿(mǎn)足要求。

4）內(nèi)力計(jì)算。內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 板樁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩為0.29kN·m，基坑外側(cè)最大彎矩為256.42kN·m，最大剪力為68.16kN。

3.3 選型復(fù)核

依據(jù) 《先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁》（圖集號(hào)ZPZ-QG-BZ001 2010）[1]，U-CS-450-Ⅲ-15 型 U 形板樁力學(xué)指標(biāo)如下：最大抗彎設(shè)計(jì)值為301kN·m，抗剪設(shè)計(jì)值為257kN，理論重量為439kg/m。與計(jì)算內(nèi)力對(duì)比可知，該型U形板樁可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 U形板樁優(yōu)點(diǎn)

U形板樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）力學(xué)性能優(yōu)。U形板樁因其獨(dú)特的截面結(jié)構(gòu)，具有壁薄、自重輕、用料省、抗彎性能優(yōu)等特點(diǎn)。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，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。在同等用材用料情況下，U型板樁與工程實(shí)踐中常用的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心方樁相比，具有較大的優(yōu)越性。見(jiàn)表2。

表2 不同預(yù)制樁主要力學(xué)參數(shù)

2）施工方便。板樁沉樁方式可采用振動(dòng)沉樁法或液壓沉樁法。沉樁機(jī)械可采用履帶式吊車(chē)、步履式樁架、導(dǎo)桿式樁架等施工機(jī)械。振動(dòng)沉樁法施工錘采用電動(dòng)錘或液壓振動(dòng)錘，樁錘功率及頻率大小根據(jù)工程地質(zhì)條件及樁型號(hào)大小綜合選用。

3）耐久性好。U型板樁采用C60高強(qiáng)高性能混凝土，并采用預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼棒和鋼絞線(xiàn)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，耐久性?xún)?yōu)異，使用年限50年以上。

4）用料省，造價(jià)低。U型板樁相比傳統(tǒng)混凝土預(yù)制樁相比，鋼筋和混凝土用量少，能夠有效減少資源消耗，節(jié)省建材。同等條件下，U型板樁造價(jià)更低，能夠顯著減低工程造價(jià)。

5）占地少。U形板樁應(yīng)用在河道治理工程時(shí)，相比傳統(tǒng)河駁岸形式，U形板樁開(kāi)挖面小，可減少占地，節(jié)約土地資源，對(duì)于城市河道或用地緊張河道治理具有較好的適用性。

5 結(jié)束語(yǔ)

U形板樁具有擋土截面大、受力性能優(yōu)、性?xún)r(jià)比高、成樁美觀等優(yōu)點(diǎn)。板樁的企口之間還可以預(yù)埋橡膠止水條，能夠滿(mǎn)足工程止水要求，使用范圍廣泛。目前板樁在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多的成功案例，廣泛應(yīng)用在建設(shè)工程的各個(gè)領(lǐng)域，具備較強(qiáng)的推廣價(jià)值。