U形預應力混凝土板樁在河道護岸工程中的應用

摘 要：U形板樁自上世紀90年代在荷蘭、日本等國家出現，并廣泛應用于水利、航道護岸、基坑維護等工程中，取得了良好的工程效果。隨著國內研發及技術水平的提高，某板樁生產廠家在近年已研發出U形預應力混凝土板樁，并成功應用于工程實踐當中，本文結合工程設計實例闡述該類型樁在河道護岸中的應用，為同類工程提供借鑒。

關鍵詞：河道護岸工程；板樁式結構；U形預應力混凝土板樁

1 工程概況

工程位于某城市河道，該河道具有防洪、排澇、灌溉、供水、航運（6級航道）、水環境保護等多種功能，是該市骨干河道之一。本次實施段在河道右岸，距下游河口控制性建筑物約1.5km，總長度230m，該處堤防為復式斷面，河底高程-1.0m，平臺高程5.10m，平臺寬8.0m，平臺以下邊坡1：3.0，現澆混凝土護坡，平臺以上邊坡1：3.0，草皮護坡，堤頂高程9.0m，堤頂結合混凝土道路寬6.0m，背水坡坡比1：2.5，堤腳外分布大量民房。由于河道具有通航功能，受到船行波影響，下部混凝土護坡已出現大面積破損和塌陷，直接威脅到堤防及堤后建筑物安全，考慮該段以后規劃為過往船舶檢查臨時停靠點，需改為直立式護岸結構。

工程場地位于長江下游沖積平原區，地貌類型侵蝕與剝蝕地貌并存，場地上部多為低承載力高壓縮性軟弱土層，抗沖刷能力差，根據勘察報告選用④層粉砂夾粉質粘土作為樁基持力層。

2 護岸設計方案比選

直立式護岸常用結構型式有直立墻和樁式，考慮石材采購困難及工程堅固、耐久性，直立墻材料采用鋼筋混凝土扶臂式擋土墻結構，該型式擋墻結構穩定，施工工藝簡單，施工期墻前水位3.5m，墻后地下水位4.5m，結構尺寸根據穩定計算擬定，但是該方案施工工期長，為滿足穩定需較長底板，墻后開挖面大，影響到堤頂道路正常通行，施工時因要干法施工，需要設圍堰，基坑排水復雜，且墻底板仍坐落在軟弱土層之上，需地基處理。而樁式護岸不需要開挖，只要有足夠的施工平臺滿足施打機械的正常運行即可，施工簡單，工期較短，對周圍環境影響小等優勢。綜上所述，從工程經濟及施工條件等方面考慮采用樁式護岸結構。

3 樁式護岸設計

3.1 樁式結構布置

初擬樁式護岸結構，樁型可采用預制混凝土平板樁、鉆孔灌注樁和U形預應力混凝土板樁，樁長及截面高度根據結構穩定計算得出，考慮一些附屬設施安裝及降低樁懸臂高度，樁頂高程確定為3.0m，以上采用2.1m高懸臂擋土墻，布置如圖1所示。

3.2 樁式結構計算

樁式結構主要依靠嵌入土體深度，平衡上部地面荷載、土壓力、水壓力等，土層物理參數取值采用加權平均值，根據靜力平衡及Blum計算方法得出樁入土深度及最大彎矩，計算簡圖如圖2所示。通過計算，樁長14m，懸臂高度4m，最大彎矩818.59kN·m。

3.3 不同樁型詳細參數設計

3.3.1 預制混凝土平板樁

根據彎矩值，取板樁截面寬度1m，經計算截面高度為0.5m，配置12根 28鋼筋，可見要做到高受力性能，材料用量大，配筋較多。

3.3.2 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁擬采用密排型式，樁徑0.8m，樁間距0.9m，為防止樁后土被水流掏蝕發生滲透破壞，樁后施打兩排直徑0.6m壁式水泥土攪拌樁形成止水帷幕，灌注樁配置13根？準28鋼筋，由此看出要滿足設計抗彎能力要求，所需樁徑較大，配筋量也較多，工程造價相對板樁略高。

3.3.3 U形預應力混凝土板樁

采用某板樁廠家定型產品，選用截面高度為0.7m（Ⅳ型）U形預應力混凝土板樁，板厚0.16m，截面寬度1.2m，抗彎彎矩1170kN·m>818.59*1.2=982.31kN·m（計算彎矩），滿足設計要求。

4 樁型比選

上述三類樁型均具有施工簡單，開挖量小，占地小，不受汛期影響、工期較短等優點，以下從幾個方面進行詳細比較：

4.1 材料用量

平板樁每延米混凝土用量7.0m3，鉆孔灌注樁7.8m3，U形預應力混凝土板樁4.62m3。

4.2 施工工期

平板樁需根據設計圖紙進行現場預制或工廠制作，工期較長；鉆孔灌注樁由于是密排樁，需跳孔施工，養護和后期檢測時間較長；U形預應力混凝土板樁工廠化生產定型產品，生產速度快，工期較短。

4.3 質量可靠性

平板樁若現場預制，生產設備簡陋，成型質量不穩定；鉆孔灌注樁施工中由于上層軟弱土層的存在，容易引起塌孔及縮頸現象，質量控制較難；U形預應力混凝土板樁工廠化批量生產，其質保體系能有效保證產品質量。

4.4 施工工藝要求

平板樁及鉆孔灌注樁施工工藝簡單，施工機械要求低，而U形板樁施工管理相對較高，對工藝流程要求較高，施工設備相對復雜，機械化程度高。

綜上比較，雖然U形板樁在施工工藝上要求比較高，但是在材料用量、施工工期及質量可靠性上有較大優勢，選擇采用U形預應力混凝土板樁。

5 結束語

U形預應力混凝土板樁采用獨特的變截面結構設計，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，從結構力學原理分析，受力特點與工字形受力特點一致，具有良好的抗彎性能，鋼筋混凝土用量相對較少，減少了資源消耗，工廠化生產，質量穩定，護岸占地小，拆遷量小，施工不受汛期影響，工期較短，可選擇水、陸施工，凹凸榫槽可加設橡膠止水條，結合緊密可靠，可防止船行波沖刷，避免岸坡塌方，在河道護岸尤其是城市內河航道護岸工程中應用有較大優勢。

參考文獻

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[2]尉希成，周美玲.支擋結構設計手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.