U型板樁在高速公路邊坡支護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

顧浩磊,段亮超

（1.上海市交通建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站,上海 200030; 2.上海公路橋梁＜集團＞有限公司,上海 200433）

0 引言

U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁能良好應(yīng)對往施工中的不足和缺陷，更好地提升總體效果。積極采用U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，將能推進高速公路邊坡工程建設(shè)工作的順利開展，全方位地提升工作總體建設(shè)優(yōu)勢，減少環(huán)境污染等情況的出現(xiàn)[1]。

U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁采用獨特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時，還增加了截面寬度，通過采用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理分析，其受力特點與工字形受力特點一致，具有良好的抗彎能力，鋼筋混凝土用量較少，減少了資源消耗。

1 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁結(jié)構(gòu)特點

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁是一種預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)圍護擋土構(gòu)件，因其采用獨特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時，還增加了截面的寬度。從結(jié)構(gòu)受力原理分析，受力特點與工字形受力特點一致，具有良好的抗彎性能，特別適用于擋土護坡材料[2]。

板樁按照截面高度分為350 mm、400 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm、1 200 mm等規(guī)格。板樁按樁身抗彎性能或混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型。截面形式如圖1：

圖1 板樁截面形式（mm）

該文所列工程實例中，采用的樁型為U-CS-450-Ⅱ（6 m、9 m）型混凝土板樁，具體參數(shù)如表1：

表1 U-CS-450-Ⅱ型混凝土板樁技術(shù)參數(shù)

2 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁生產(chǎn)工藝及特點

2.1 生產(chǎn)工藝流程

U型板樁生產(chǎn)工藝流程如圖2。

圖2 生產(chǎn)工藝流程

2.2 生產(chǎn)工藝特點

（1）臺座法生產(chǎn)工藝：實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，便于控制產(chǎn)品質(zhì)量和工藝參數(shù)精度。

（2）大噸位高精度的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)施：U型板樁采用單根預(yù)緊、整體張拉的預(yù)應(yīng)力施工工藝，提高了生產(chǎn)效率，同時確保了生產(chǎn)過程中張拉力和伸長量的控制要求。

（3）自動化控制混凝土配合比：為了滿足混凝土耐久性與和易性的基本要求，在U型板樁生產(chǎn)與控制過程中，采用計算機智能控制混凝土配合比，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）大流動度高性能混凝土技術(shù)：確保樁身密實性，提高了樁身的耐腐蝕性能，進而提高了樁的耐久性。

（5）成型和密實工藝：U型板樁采用高效率的自動喂料系統(tǒng)，定量式混凝土澆筑；同時采用高頻振動成型，一方面有效提高混凝土密實度，另一方面大大減少氣泡，保證外觀質(zhì)量。

（6）鋼模成型：保證產(chǎn)品尺寸精度和外觀質(zhì)量，同時采用氣動式自動開合模工藝，降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

（7）先進的干熱養(yǎng)護：通過合理控制濕度和溫度，實現(xiàn)增產(chǎn)降耗、環(huán)保節(jié)能。

3 施工工藝、方法及控制要點

3.1 施工工藝流程

U型板樁施工工藝流程如圖3：

圖3 施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

（1）進行施工前各種手續(xù)的辦理：包括高速公路交通圍封手續(xù)、施工便道臨時借地手續(xù)、構(gòu)件運輸通行證等。

（2）現(xiàn)場進行安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置：施工區(qū)域地面部分采用標(biāo)準(zhǔn)化PVC圍欄進行全封閉，高速公路上考慮到車輛高速行駛造成風(fēng)載很大，不宜采用高度大的PVC圍擋，改而采用水泥隔離墩的形式。提前對沿線地下管線進行排摸。對于無法搬遷的管線，立即上報設(shè)計單位，經(jīng)設(shè)計單位確認(rèn)后，局部縮短樁長以避讓管線。

（3）沉樁機械的選擇：考慮到板樁沉樁時需穿透砂質(zhì)粉土層，該土層摩阻力十分大，因此選用500型的液壓振動錘，增加振動錘的功率。

3.3 安裝定位型鋼及導(dǎo)向架

根據(jù)第一根樁位位置，并靠在旁邊預(yù)先施打一根定位型鋼，相距10 m處施打第二根定位型鋼。安裝鋼圍檁架時要控制好鋼圍檁與板樁側(cè)壁接觸的導(dǎo)向段（400 mm厚）的垂直度。鋼圍檁的內(nèi)側(cè)壁間距控制在465 mm（針對U-CS-450樁型）。為控制好板樁墻的軸線位置，減少樁的平面扭曲和提高打樁效率，加工好足夠強度及剛度的導(dǎo)向架。導(dǎo)向架形式如圖4：

圖4 型鋼導(dǎo)向架（mm）

定位型鋼打入地面以下約5 m，然后將導(dǎo)向架吊放在定位型鋼上，用手拉葫蘆臨時固定。當(dāng)導(dǎo)向架內(nèi)的板樁施工滿后，松開葫蘆，將導(dǎo)向架吊開，拔出定位型鋼（導(dǎo)樁），沿打樁方向10 m處，打下定位型鋼，再將導(dǎo)向架吊放在定位型鋼上，循環(huán)操作。

3.4 吊樁及入導(dǎo)向架

采用液壓打拔樁機夾具夾緊樁頂部，慢慢提起后移至樁位處，緩緩放下到底同時注意不要碰撞導(dǎo)向架，下部用滑輪卡槽式的緊固裝置收緊[3]。

3.5 板樁定位、調(diào)直、緊壓

用2臺經(jīng)緯儀控制垂直度，待樁調(diào)直后，利用樁機夾具向下壓緊。

3.6 沉樁、調(diào)整偏差

開啟振動，激振力由小到大，根據(jù)實際施工情況及樁的下沉速度調(diào)節(jié)控制。施打過程中，嚴(yán)格控制好樁身垂直度，如有偏差及時調(diào)直。由于地層分布不均勻會造成偏位、傾斜，發(fā)生此現(xiàn)象應(yīng)立即停止，向上提升，通過調(diào)整鋼圍檁架與樁之間加塞楔形小木方等方法控制，調(diào)整完成后再施打。

3.7 沉樁至標(biāo)高

一般情況下越接近設(shè)計標(biāo)高，壓力越大，樁身進尺越慢。隨時觀察樁頂?shù)幕炷燎闆r，由于擊振力大，擊振時間長，會造成樁頂混凝土破損。若出現(xiàn)裂縫或局部破損等情況，相應(yīng)調(diào)小擊振力，也可以在樁頂部位和夾具部位墊橡膠皮。

3.8 松開夾具

施工至設(shè)計標(biāo)高后，松開夾具，關(guān)閉振動，進行下一根樁的施工。

3.9 沉樁控制要點

（1）軸線控制：打樁前進行系統(tǒng)的軸線復(fù)合，板樁軸線偏差應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)。檢查和調(diào)整夾樁裝置，以保證板樁軸線符合要求，并防止板樁脫榫。

（2）垂直度控制：用兩臺經(jīng)緯儀校正和監(jiān)控樁身垂直度。打樁開始至入土2 m期間，發(fā)現(xiàn)偏斜應(yīng)及時停機調(diào)整，如有可能，應(yīng)把樁拔出，清障回填后重新沉樁。樁體嚴(yán)重傾斜時，應(yīng)將樁拔出，用鋼樁定位，再將樁重新沉入。

（3）高程控制：以樁尖達到設(shè)計標(biāo)高為符合要求，樁頂允許偏差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。板樁施打至接近規(guī)定標(biāo)高時，應(yīng)調(diào)節(jié)振動參數(shù)來控制振動的頻率及力度，保證樁頂高程符合設(shè)計要求。

4 生產(chǎn)和施工中存在的一些問題

4.1 生產(chǎn)過程中存在的一些問題

（1）板樁凹凸槽直線度不足，樁身扭曲彎曲。此問題的出現(xiàn)主要是源于加工廠內(nèi)模具常年使用，且平時檢修和保養(yǎng)頻率不足，模具產(chǎn)生變形，導(dǎo)致混凝土成型后外觀存在扭曲變形的情況，因此需要拆除模具內(nèi)變形的凹凸槽模邊，重新安裝校直后再生產(chǎn)。

（2）樁端鋼隔斷錯臺導(dǎo)致樁頭不平整。此問題的出現(xiàn)主要是因為在流水線生產(chǎn)模式下，多根樁都在一條流水線上生產(chǎn)，樁與樁之間存在一個鋼結(jié)構(gòu)隔斷，隔斷上預(yù)留孔作為預(yù)應(yīng)力筋穿束使用，因為預(yù)應(yīng)力筋張拉時張拉力很大，而鋼隔斷的定位卡銷數(shù)量不足，張拉時因應(yīng)力過大導(dǎo)致鋼隔斷變形，導(dǎo)致樁成型時端部不平整。需要整修鋼隔斷，增加定位卡銷，保證上下隔斷拼裝后垂直，嚴(yán)絲合縫。同時，鋼筋下料時要加強管理，保證切割后的鋼筋與端面齊平。

（3）混凝土未振實，漏漿現(xiàn)象，表面存在較多氣泡孔。此問題的出現(xiàn)主要是源于U型板樁的結(jié)構(gòu)特性。凹凸榫的位置屬于陰角，只依靠附著式振動器無法保證陰角處的混凝土振搗質(zhì)量，而且附著式振搗器振搗時間也有一定程度上的不足，需要增加手持振動棒二次補振，同時延長附著振動器的振動時間，并加強成品出廠前驗收管理，發(fā)現(xiàn)表面有缺陷，提前進行修補，滿足外觀質(zhì)量要求后方可出廠。

4.2 施工過程中存在的問題

（1）個別板樁在未引孔的情況下施工時間較長（約30~40 min）。根據(jù)地勘報告，U型板樁打樁均需穿越砂質(zhì)粉土層，該土層摩阻力較大，不采用引孔措施的話，沉樁較為困難，且該處之前進行過局部地基換填處理，導(dǎo)致局部樁基施工困難，難以沉樁。后續(xù)采用鋼樁引孔的輔助措施后，沉樁速率明顯增加，平均在10 min左右。

（2）三根試樁在施工后水平位移量已超出設(shè)計規(guī)定限值（10 mm）。三根試樁施工前，內(nèi)側(cè)的土路基臺階上堆放了較多U型板樁，可能導(dǎo)致側(cè)向荷載增加，從而引起側(cè)向位移的增加，該部分U型板樁已于施工后第2天移至別處，從第3日起單日側(cè)向位移量明顯減小。

（3）沿線存在無法搬遷的地下管線，與現(xiàn)狀樁位存在沖突。為避讓管線，個別樁位需采用縮短樁長的方式施工，將管線位置相關(guān)數(shù)據(jù)提交給設(shè)計單位，由設(shè)計單位進行支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性復(fù)核。

5 結(jié)論

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁的優(yōu)勢特點表現(xiàn)：

（1）擋土截面遠高于傳統(tǒng)板樁和普通預(yù)制樁，在高速公路這種交通流量大、動載大的情況下相較于普通支護結(jié)構(gòu)有著較大的優(yōu)勢。

（2）采用工廠化集中預(yù)制，現(xiàn)場機械一次性施工成型，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土擋墻結(jié)構(gòu)相比施工工期大幅縮短。

但在高速公路改拓建工程中，U型板樁的應(yīng)用也存在一定的局限性：

（1）遇到硬質(zhì)土層時，由于土層摩阻力較大，且板樁本身截面積較大，大幅降低了沉樁速率；需經(jīng)常性采用引孔的措施，而引孔會導(dǎo)致土層的松動，一定程度上會增加橫向位移量及垂直沉降量，對邊坡支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性存在影響。

（2）高速公路車流量相較于一般等級公路要大幅增加，從而增加了車輛動載帶來的側(cè)向壓力；而且遇到高路堤路段，側(cè)向土壓力大幅增加，對板樁的抗彎、抗剪能力有著較為嚴(yán)峻的考驗，需要在板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行進一步優(yōu)化。