淺談先張法U型預應力混凝土板樁在水利工程中的應用

羅紹武

（廣東省中山市阜沙鎮水利所中山市528434）

淺談先張法U型預應力混凝土板樁在水利工程中的應用

羅紹武

（廣東省中山市阜沙鎮水利所中山市528434）

文章結合中山市阜沙鎮鴉雀尾水利樞紐工程對凝土板樁實際應用情況，闡述新型U型預應力混凝土板樁的生產工藝、結構特點、施工工藝、沉樁控制以及在工程應用中的優、缺點及施工中需注意的事項。分析先張法U型預應力混凝土板樁在各類水利工程中適用性，希望對類似的工程勘測設計、施工及工程管理有所參鑒。

水利預應力U型混凝土板樁施工

前言

目前，U型預應力混凝土板樁在水利行業乃至建筑行業都稱之為新生事物。它是一種先張法的新型預制混凝土直立式擋土護坡樁型，以其獨特的U型結構截面設計，在結構截面的高度和擋土寬度上有較好的實用性，抗彎、抗剪性能優良。相比普通混凝土管樁、攪拌樁、高壓旋噴樁、鋼板樁等傳統的擋土護坡材料，U型預應力混凝土板樁具有自身的優點，在水利、市政、港口、碼頭、工業和民用建筑、道路橋梁等領域得到逐步利用，有較好的發展前景。同時，采用板樁施工也存在一定的局限性與缺陷性，在使用上需要有選擇性。

1 先張法U型預應力混凝土板樁生產工藝與特點

先張法U型預應力混凝土板樁采用C60高強度混凝土材質，其生產采用車間流水性生產作業，同時采用蒸汽養護以達到供需強度和力學強度要求。具體生產工藝流程主要包括箍筋下料與加工、鋼筋骨架綁扎、清模、涂刷脫模油、安裝隔斷、預應力筋鋪放、初次張拉、安裝鋼筋固件及起吊件預埋件、二次張拉、合模、調直模具、整體張拉、混凝土攪拌并澆筑成型、蒸汽養護、起吊貯存等。

U型板樁主要工藝特點包括臺座法生產、大噸位高精度預應力張拉、混凝土配合比的自動化控制、大流動度性能混凝土生產以及蒸汽養護。

2 先張法U型預應力混凝土板樁結構特點與參數

根據U形板樁樁身抗彎性能或混凝土有效預壓應力的設計要求不同，其配筋也不同，同時樁頭處另加設加強筋，樁型主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五種型號，級別越高力學性能也越高。一般標識為U-CS-450-Ⅰ-15，代表：截面高度450 mm,Ⅰ級、長度為15 m的U形板樁。現行市面上常見的U型板樁的產品規格截面高度一般為450 mm，截面厚度為120 mm，單樁寬度為1 000 mm，加上一側止水橡膠帶總寬度約1 020 mm。U形板樁的長度可以根據工程需要與設計要求進行生產，同時樁身設射水孔，單根長度最長可以達（30～50）m。在成品控制方面一般要求橫截面相對兩邊之差不大于5 mm，凸榫和凹榫偏差不大于3 mm，保護層厚度偏差不超過5 mm，樁尖對樁軸線位移不大于10 mm，樁身彎曲矢高小于等于0.1%樁長，且不超過10 mm。

本文所列鴉雀尾水利樞紐工程實例中主要采用的是U-CS-450-Ⅰ-10、U-CS-450-Ⅰ-15和U-CS-450-Ⅲ-15三種類型的混凝土板樁，其具體與參數（附表）與截面型式（圖1）如下。

附表具體參數表

圖截面型式

3 作業形式與機械設備投入

U型板樁的施工目前主要有振動法與錘擊法，振動錘可選擇電振動錘和液壓振動錘，輔助工藝包括高壓水沖射、引孔植樁。施工機械可采用履帶吊、桅桿式樁機和自行走式樁機。施工工藝與沉樁控制主要分為岸上作業與水上作業兩種形式。水上作業機械設備多，穩定性差，施工難度大，過程較難控制，現場作業必須配備兩臺以上大型裝載船只同時配合作業，必須針對具體施工條件制定詳細的專項施工方案并經過專家認證后方可實施。岸上施工作業一般采用履帶吊+電動振動錘的機械設備進行現場施工，有條件可另加設1臺反鏟挖掘機，配合對施工場地進行平整壓實。

4 沉樁施工

4.1 沉樁施工前的準備工作

沉樁施工前應做好場地的“三通一平”工作，清除地下、空間障礙物，如地下塊石、場地內原有地下管線，確保施工場地周圍應排水暢通。邊樁與周圍建筑物（包括臨時設施）的距離應大于4.5 m，打樁區域內的場地邊樁軸線外擴6 m范圍內用壓機壓實。現場接入120 kW電動振動錘動力電源，采用專線布置并做好線路架空。另外，在沉樁前必須做好技術交底。

4.2 定位放樣與試樁

做好機械設備的進場前準備后，施工單位應再次對施工樁位與樁頂高程進行復核，并確定裝機行進路線，同時根據設計水文地質資料，制定試樁方案。打樁施工前先開挖基槽，開挖寬度約1 m，深度為設計樁頂標高以下60 cm。然后打設定位型鋼和架設導向架。定位型鋼打設過程中要嚴格控制垂直度，垂直度偏差不宜超過1/200，定位型鋼插入土內深度應適當加長，上端宜高出U形板樁設計樁頂標高（0.5～1）m。一切就緒后，在相關單位人員的見證下可開始進行試樁。定位型鋼和架設導向架如圖2所示。

圖2 定位型鋼和架設導向架

4.3 沉樁

4.3.1 沉樁工藝

沉樁時，各工序應連續進行，工藝流程如圖3所示。

4.3.2 沉樁施工方法

為了使樁連接緊密，打樁是最關鍵的工序。為此，擬采用振動錘單方向順序施工，以達到使樁緊密的效果。在沉樁時，樁錘和樁宜保持在同一軸線上。加強對沉樁施工過程的觀測，對施工中出現的異常現象，作好記錄，并查明異常現象的原因，采取相應的有效措施。沉樁完成時應及時進行夾樁，以便樁基形成一個整體，并進行沉樁偏位的測量。沉樁過程中嚴格按規范要求進行，控制好沉樁的施工質量。

4.3.3 板樁沉樁質量控制

因為混凝土板樁是剛性體，軸線方向陰隼陽隼錨固相連形成一堵地下墻體，所以定位樁的垂直度和穩定性很關鍵，在施工過程中應采用兩臺經緯儀嚴格控制板樁的垂直度和平面位置，并按要求將定位樁沉到設計標高，以確保定位樁的穩定性。完成定位樁的施打后，逐根依次將下一根板樁套隼插入，然后一次性沉樁到設計標高位置。在施打過程中，質量控制措施包括施打前確保預制樁的強度和齡期滿足設計和規范要求；試樁時及時分析調整工藝，并留下記錄；打樁前進行系統的軸線復合，板樁軸線偏差應控制在20 mm以內；檢查和調整夾樁裝置，以保證樁軸線符合要求，并防止板樁脫榫。打樁開始至入土2 m期間，發現偏斜應及時停機調整，如有可能，應把樁拔出，清障回填后重新沉樁；樁尖位于軟土時，以樁尖達到設計標高為符合要求，樁頂允許偏差應控制在-50,+100 mm范圍。板樁施打至接近規定標高時，應調節振動錘的參數來控制震動的頻率及力度，以保證樁頂高程符合設計要求。

圖3 沉樁流程圖

5 板樁的特點與施工優點

（1）擋土截面大。U型混凝土板樁單樁寬度約1 m，擋土有效面積利用率高，可用于規模型擋土工程項目。

（2）材料性能較高。U型混凝土板樁采用“U”形結構截面形式，增大了截面慣性矩，抗彎、抗剪性能顯著提升。

（3）節省工期。由于U型板樁采用工廠化生產，在設計完成后可根據設計需求定制和生產，在地質條件較好的施工場地，施工速度快，節省工期。

（4）施工范圍廣。因板樁的施工不需要大面積土方開挖，因此在施工場地窄、附近建筑物多的復雜或水上施工作業均可采用板樁施工，施工場地要求不高。

（5）耐久性好。U型混凝土板樁采用C60高強度混凝土材料，有較好的耐久性與耐侵蝕性，能滿足工程使用年限要求。

（6）視覺效果好。板樁沿直線或一定弧度排列，各塊板樁相連形成整體墻面，錯落有致而不單調，有較好的視覺效果。

（7）工程設計配樁靈活。板樁可按照特定的工程要求進行工程預制預定，因此配樁較為靈活，提高材料利用率。

6 板樁的使用與施工缺陷

（1）生產廠家選用少。因板樁近些年才在工程中漸漸推廣，目前該生產廠家數量不多，甚至一些省份無一家該板樁生產企業，因此在工程的使用上受限制。

（2）運輸費用高。板樁采用工廠預制預定，成型達到強度后通過大型車輛和船舶方可運抵施工現場，因此樁長也受到一定限制，運輸費用高。

（3）只限單樁高度，無法接樁。目前U型板樁還無法進行接樁，對于需求樁長較長的工程，U型板樁無法滿足其要求。

（4）施工控制難度高。因板樁施工工藝相比管樁和其他樁型還不成熟，還缺少成套專業的機械設備進行沉樁施工。

（5）U型板樁為預應力板樁，樁身一旦破壞后將無法修復。因此對于U型板樁的施工工藝要求較高，必須嚴格控制好施工參數。

（6）止水效果不佳。雖板樁一側設有20 mm止水橡膠帶，但在運輸、吊樁和沉樁過程中，破壞較明顯，同時施工時相鄰兩板樁密實性較差，因此止水效果不明顯。

（7）一次性施打，較難調整。當板樁入土一定深度后，遇到不明地質條件或偏差較大時，無法同鋼板樁一樣拔出來進行重新沉樁，超出樁頂高程部分只能破除，返工難度大。

（8）施工有方向性。因板樁入土側樁頭為單邊錐形，限定了板樁施工只能從一側向另一側施工，不可分段施工或兩頭施工中間合攏的施工。

（9）無檢驗檢測相關規范。對板樁的成樁質量，我國暫未制定統一的檢測規范，只能參照管樁檢測標準進行低應變檢測。

7 板樁施工注意事項

板樁在水利工程中應用，首先要做好原材料的質量控制；考慮板樁的止水效果不佳，水利工程中盡量不采用板樁作防滲墻材料；在轉彎半徑小，變化幅度大的連接帶，板樁施工難度大，銜接差，質量難以得到保障，不宜選用板樁施工；當擋土高程超過一定高度時，應在樁頂加設冠梁和拉梁加固，同時也可以在板樁側基礎部位施打攪拌樁進行固基。在施工安全管理方面，在樁基開工前，應測試檢查履帶吊機的提升裝置、行走裝置、回轉裝置、安全裝置、電器設備、操作系統、靜負荷試驗、動負荷試驗，以及震動錘的變頻裝置、安全裝置、操作系統等，正式施打前應再次確認各種設備的安全，并留下記錄；在安裝鋼圍檁、吊樁、吊振動錘、移動履帶吊時，吊車吊臂下方嚴禁站人；高處作業人員應綁好安全帶，水上作業應穿好救生衣；沉樁過程中，指揮聯絡信號必須清楚而且統一；當風力達到6級以上時，必須停止打樁作業，并將振動錘放至平整堅實的地面上。

8 U形預應力混凝土板樁在水利工程中的適用范圍

水利工程項目中采用U形預應力混凝土板樁時，應充分了解和分析當地地質條件。板樁在淤泥質土體中施工較為方便，當遇到較厚粉砂、中粗砂等砂性土體時，沉樁很難繼續。另外，當地質條件復雜，變化較大時，板樁配樁難度大，施工較為困難。因此，目前U形預應力混凝土板樁在水利工程中一般用于河涌整治工程、河、湖護岸護坡工程，河堤岸墻加固支護工程，航道碼頭護岸工程，海洋圍墾工程。在一些技術要求高、工程安全要求高、失事損失大的水利工程的關鍵部位，要謹慎使用。

9 結語

先張法U型預應力混凝土板樁因其結構與施工特點，配套投入的人員、工序相對較少。現場無需任何裝膜、布筋與凝固時間要求，因此，在不具備開挖施工條件的高懸臂擋土結構的情況下，U型預應力鋼筋混凝土板樁具有較大的優勢。本結構在鴉雀尾水利樞紐工程中應用取得了良好的工程效果，可供其他相似工程參考。

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[3]徐駿，尹云飛，王國棟，朱曉紅.U形預應力混凝土板樁在河道護岸工程中的應用[J].科技創新與應用，2013，（20）.

2016-11-16）

羅紹武（1982-），男，大學本科，工程師，現從事水利工程管理工作。