鋼筋混凝土預制樁在陳興寨水閘陡坡中的應用

劉　平　蘭秀乾　雷善軍

?

鋼筋混凝土預制樁在陳興寨水閘陡坡中的應用

劉平1蘭秀乾1雷善軍2

鋼筋混凝土預制樁有承受荷載大、變形沉降小、施工速度快等優點，在水利工程中被廣泛應用。預制樁是在工廠或施工現場預制，然后運至樁位處，經錘擊或靜壓或振動或水沖等工藝進入地基土中。預制樁包括鋼筋混凝土樁、鋼樁及木樁等，目前水利工程中所采用的預制樁中多為鋼筋混凝土樁。

一、工程概況

陳興寨水閘工程位于寨河中下游光山縣寨河鎮陳興寨村，是一座以防洪、灌溉為主，結合供水及水產養殖等綜合利用的大（2）型工程，陳興寨水閘工程主要建筑物由泄洪閘、主連接堤、左右連接堤、東西中干渠進水閘、過水土堰等組成。由于陳興寨水閘老翻板閘及平板閘運用指標達不到設計標準，存在嚴重安全隱患，目前處于除險加固施工階段。

泄洪閘是陳興寨水閘工程的重要組成部分，位于主連接堤西端頭與左連接堤交界處，是陳興寨水閘唯一的泄洪建筑物。泄洪閘30年一遇設計過閘流量1120m3/s，100年一遇校核流量1450m3/s。泄洪閘主要由控制閘、上游鋪蓋、下游陡坡、消力池、海漫、防沖槽、上下游導水墻、兩岸連接建筑物及左岸橋頭堡等組成。

控制閘下游陡坡水平投影長72.65m，坡比1∶7.65，陡坡下游接長32.0m的鋼筋混凝土挖深式消力池，消力池后接混凝土及漿砌石海漫。

陳興寨泄洪閘陡坡段作為主要的泄水建筑物，安全性十分重要。《溢洪道設計規范》（SL253-2000）規定，泄槽底板的最小厚度，即泄槽底板在承泄高速水流后，仍能保持不透水性，仍有足夠的剛度和強度抵抗外荷變化引起的壓曲最小厚度，應根據工程的規模、整體布置、水力條件、地基及運用條件，結合防滲、排水、止水等工程措施，在滿足安全、耐久的前提下，選用經濟合理的尺寸，可根據類似工程經驗進行類比確定。該工程陡坡底板厚度計算參照《水閘設計規范》（SL265-2001）中消力池底板的厚度計算公式，按抗沖和抗浮要求分別進行計算。

二、預制樁設計

泄洪閘陡坡段的高差為9.5m，在宣泄100年一遇校核洪水時，控制閘段陡坡水流流速最大達14.97m，因陡坡的高差及水流流速均較大，根據計算結果，陡坡底板如采用實體混凝土結構，厚度達1.8m，工程量較大。設計中就如下兩個方案進行技術經濟比較：

方案一：陡坡底板采用C30混凝土結構，厚度1.8m。

方案二：陡坡采用C30混凝土結構，厚度0.6m，下設C30邊長0.4m鋼筋混凝土預制方樁。

按照《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008），承受拔力的樁基，按下列公式同時驗算群樁基礎呈整體破壞和呈非整體破壞時基樁的抗拔承載力：

式中：

Nk—按荷載效應標準組合計算的基樁拔力（kN）；

Tgk—群樁呈整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標準值（kN）；

Tuk—群樁呈非整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標準值（kN）；

Ggp—群樁基礎所包圍體積的樁土總自重除以總樁數，地下水位以下取浮容重（kN）；

Gp—基樁自重，地下水位以下取浮容重（kN）；

ui—樁身周長（m）；

qsik—樁側第i層土極限側阻力標準值（kPa）；

λi—抗拔系數；

ul—樁群外圍周長（m）；

li—樁周第i層土的厚度（m）；

經計算，預制樁樁長為7.6～13.6m，平均樁長10.6m。

方案一及方案二技術上均可行，通過以上兩個方案可比投資比較，方案二投資較小，比方案一可節省投資200.7萬元，故該階段推薦采用方案二即控制閘及溢流堰陡坡均采用C30混凝土結構，厚度0.6m，下設C30邊長0.4m鋼筋混凝土預制方樁，樁間距3.0m，梅花形布置，樁數共計452根。

三、預制樁施工

該工程預制樁采用錘擊法施工。打樁錘下落時產生的沖擊力會克服地基土對樁的阻力，使樁下沉到設計深度，這就是錘擊沉樁法的原理。首先需要確定樁位和沉樁的順序，根據設計圖紙編制好工程樁測量定位圖，打樁時易產生震動和擠土，應確保軸線控制點不受影響，也需要保證控制點的準確性。

1.沉樁準備

（1）樁機組裝后到達樁位并進行調試，使樁機達到合格的工作狀態。（2）定位樁施工放線后進行復測，經監理認可后再施工。（3）定位樁對位準確后，用全站儀調整預制樁的垂直度，調直后再施打，使樁的垂直度偏差小于樁長的0.1%。（4）根據不同樁長，挑選相對應的樁錘和樁墊。該工程樁墊采用厚100mm的牛皮紙墊，且在施打過程中經常檢查，一旦發現樁墊被完全打破就及時更換。（5）樁帽與樁頭周圍留有10mm的空隙，在樁錘與樁帽、樁帽與樁間設彈性襯墊，在樁帽設置透氣孔，保持樁錘、樁帽和樁身始終在同一軸線上。

2.沉樁

（1）根據該工程沉樁流程要求，由吊機將現場澆筑的預制樁運至樁位附近，樁機就位后拉起樁錘，起重機再給管樁套上樁帽，將預制樁吊起放進籠口，準確調節樁架位置，使樁尖對準樁位點，由全站儀測量控制其垂直度，待樁身穩定后放下樁錘，壓樁下沉至穩定狀態并滿足垂直度要求后打開油門準備錘擊。（2）開始錘擊時樁錘的能量控制在小范圍，也可空錘試擊或重錘輕擊。（3）樁的第一節沉樁質量尤其關鍵，其沉樁垂直度直接影響整樁的垂直精度及樁的完整性。因此在沉樁過程中，全站儀要認真觀察，及時調節樁架，使樁錘、樁帽、樁身始終處于同一垂直線，并使樁架龍口與樁身保持平行，以免產生偏心錘擊。

3.擠土現象處理

鋼筋混凝土預制樁在打樁時產生的擠土效應易導致鄰近樁體破壞及后續施工無法沉樁，對這種經常出現的現象可采取如下技術措施加以預防：（1）合理劃分分區。該工程樁群密集，分區時按樁的密集程度劃分區域，以控制樁體位移，樁機集中先打較密集區域，以減少對周圍樁的擠土影響。（2）合理安排施工順序。按已確定的分區圖確定施工順序，根據先施打中間后兩邊，先密后疏，先深后淺的原則，明確每個區域具體的樁機施打順序和流程。（3）控制打樁速度。為控制樁體位移，應連續觀測樁的位移結果，結合區域的實際情況，通過限制樁機的打樁數量來適當調整打樁速度。（4）選擇對裝機操作經驗豐富的工人來操作，并要求持證上崗。（5）根據需要，施工時對局部樁基可跳打。（6）陡坡基礎開挖須待打樁引起的地基土中的超孔隙水壓力消散80%以上方可進行，應盡可能避免由于局部土體失穩造成的樁頂移位。而且在預制樁施工后地面一定范圍內不允許通行大型機械設備，以免破壞樁基。

四、結語

陳興寨水閘陡坡設計采用了鋼筋混凝土預制樁，大大減小了混凝土底板的厚度，較好地解決了陡坡的穩定問題，對今后土基上的泄洪道工程具有參考價值。由于對鋼筋混凝土預制樁嚴謹的設計，保證了陡坡的穩定、安全，該工程施工完成后，進行了高應變及低應變檢測，抗拔、抗剪及靜載試驗結果均滿足設計及相關規范要求。施工單位緊密配合，嚴格控制成樁及打樁質量，保證了施工安全。總之，科學地設計、嚴格地施工是預制樁方案成功的關鍵■

（作者單位：1.河南省光山縣水利局4654502.河南天禹水利工程建設有限責任公司464000）