混凝土方板樁在大伙房水庫輸水工程中的應用

汪洪泉

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 工程概況

遼寧省大伙房水庫輸水工程于燈塔市西馬峰鎮后方干堡村穿越西馬峰河，穿越處共設4條輸水管道，分一步工程和二步工程兩期建設完成，由西馬峰河下游至上游分別為一步工程B線、一步工程A線、二步工程D線、二步工程C線。一步工程是2根直徑2420mm鋼管，二步工程是2根直徑3220mm鋼管。穿越處距下游西馬峰匯入北沙河河口約350m，距下游北沙河匯入太子河河口約5km，距上游后方干堡漫水橋約200m，工程位置見圖1。穿越處平均河寬200m，其中主河槽平均寬35m，左側灘地平均寬115m，右側灘地平均寬50m，河床質多為黏土、粉質黏土，局部含軟弱夾層。

圖1 輸水工程穿越西馬峰河位置

由于下游太子河干流采砂問題嚴重，引起溯源沖刷造成北沙河口至西馬峰河口段河道下切嚴重，近10年內下游太子河段最大下切深度達10.0m，北沙河平均下切深度為3.6m，西馬峰河平均下切深度為3.0m，一步輸水管道管頂原采用厚0.6m的格柵石籠壓頂防護，位于河道下游的B線石籠頂高程10.65m，經水流沖刷后河底管道位置地面高程約10.2m，下游河床高程約8.4m，石籠和管道位置地面均已高出下游河床，B線下游側石籠局部出現斷裂、石料流失破壞，河道左岸也出現深度約8m的岸坡塌滑，若不采取適當的工程措施，岸坡坍塌情況將愈發嚴重，耕地侵蝕面積將越來越大，水土流失情況將越來越惡劣，管道上部石籠鋪蓋失去依托，整體穩定性將急劇下降，對沿河耕地、河道正常行洪、管道自身安全構成了極大的威脅，故對該河段實施應急防護工程是非常必要的。

2 輸水管線防護工程目標要求

a.恢復一步管道的覆土深度，表面鋪設抗沖石籠，使管頂地面高程恢復至11.6m，保證管道滿足抗浮、抗沖、抗凍要求，同時使上游河床回淤。

b.為保障管道的覆土深度滿足要求，在管線下游處打設一道樁墻。樁墻實施后，即使下游河床繼續下切、護底石籠發生坍塌沉降，仍可依靠樁墻對管周覆土進行有效保護，同時為下游河道的治理提供便利。

c.恢復覆土深度后，一步管道上、下游河床存在落差，下游需增設消能設施，達到水流不沖下游的目的。

d.對管道穿河段附近不穩定岸坡進行護砌，保證管道附近岸坡穩定。

3 防護方案比選

根據當地水文地質條件、建筑材料供應情況和施工單位技術能力等條件，初選以下3個方案進行比選。

3.1 預制混凝土方板樁攔河樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設預制400mm×400mm混凝土方板樁連續墻，樁長9m，樁頂由冠梁連接，由樁墻攔沙對上游河道回淤，攔河樁墻伸入兩岸岸坡，樁平面長度32.8m。河底鋪設0.6m格賓石籠+0.3m砂礫石墊層+350g/m2土工布[1]；起點距一步A線上游10m，全長92.5m。樁墻下游河床跌水處修建突坎式消力池，池長25m，池后鋪設15m長石籠海漫。左岸坍塌部位根部用塊石鋪地，并用砂礫料充填密實，上部回填土。兩岸邊坡進行回填修坡，坡比1∶2，坡面采用400mm厚格賓石籠+0.1m砂礫石墊層+350g/m2土工布，攔河樁墻上游坡腳高程11.6m，下游坡腳高程8.6～8.3m。新建護坡與原干砌石護坡平順銜接，原干砌石護坡坡腳損毀部位予以修復。該方案施工方便，樁體質量容易得到保證；不用修建圍堰，工期較短，總投資最少[2]。

3.2 攔河連續樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設φ1.0m@1.4m鋼筋混凝土樁+φ1.0m@1.4m素混凝土連續樁墻，樁身混凝土C30F200，樁深9m，由樁墻攔沙對上游回淤，攔河樁墻伸入兩岸岸坡，樁墻軸線長32.8m。護底石籠及護岸工程措施同預制混凝土方樁攔河樁墻方案。該方案中鋼筋混凝土樁需要現場澆筑，施工質量控制較難；河道中有水時，需修建圍堰，工期較長，總投資略多[3]。

3.3 鎖腳連續樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設φ1.0m@1.4m鋼筋混凝土樁+φ1.0m@1.4m素混凝土連續樁墻，樁身混凝土C30F200，樁深9m，由樁墻攔沙對上游回淤。下游樁墻沿兩岸坡腳打設，樁深10m，末端插入兩岸岸坡。攔河樁墻軸線長12.6m，右岸樁墻軸線長41.6m，左岸樁墻軸線長40.0m。護底石籠及護岸工程措施同預制混凝土方樁攔河樁墻方案。該方案使用鋼筋混凝土樁數量較多，施工質量控制較難；河道中有水時，需修建圍堰，工期較長，工程投資最多。

綜合以上分析，選用預制混凝土方板樁攔河樁墻方案投資最少，且施工容易，質量管控簡單，工期短。

4 混凝預制土方板樁主要設計指標

大伙房水庫輸水(二期)工程的工程等別為Ⅰ等，穿河管線為主要輸水建筑物，建筑物級別為1級。輸水管線的防護工程其樁墻因維修困難，是管道防護工程的主要結構，按1級建筑物設計；其余建筑物檢修較易，按次要建筑物設計，級別為3級。

管道穿越處的西馬峰河堤防其防洪標準為20年一遇，根據相關規范確定防護工程次要建筑物防洪標準為設計20年一遇。

連續樁墻按排樁計算懸臂長度，采用“理正深基坑支護設計軟件”進行計算，連續樁穿透土層參數見表1。

表1 樁墻嵌固土層參數

樁墻上游側回填土采用黏性土。回填土內摩擦角不小于15°，黏聚力不小于15kPa。

預制壁體樁嵌固深度按懸臂式支護結構計算，經計算樁體懸臂4.0m時，樁深嵌固深度不小于5.0m[4]。

連續樁墻抗傾覆安全系數計算公式為

(1)

式中Ks——連續樁墻抗傾覆安全系數；

Mp——被動土壓力對樁底的抗傾覆彎矩，kN·m；

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩，kN·m。

經計算Ks=1.34>1.25，滿足規范要求。

上述計算結果說明，連續樁墻可承擔4m高差土體壓力，此時墻頂最大位移24.5mm。防護工程設計見圖2。

圖2 防護工程設計 (單位：mm)

5 混凝土板樁施工工藝

5.1 沉樁施工設備型號確定

選定Dll370LC履帶式液壓打樁機作為施工設備。施工前選擇合適的樁帽及送樁器。樁帽應具有足夠的強度、剛度和耐打性，形狀為方筒形，套樁頭筒體深度40cm，內徑比方樁外徑大3cm，可有效防止樁帽過淺樁頭易脫出和樁帽過深易損傷樁頭的問題，同時防止了套筒與方樁間隙過大，打樁易發生偏心錘擊的現象[5]。樁帽墊層中的錘墊用盤圓層疊的鋼絲繩制作，厚度為10cm。

5.2 預制樁施工

預制樁施工工序流程如下：

a.混凝土方樁樁墻施工前依據定位控制點引測墻體定位軸線，經驗收后進行連鎖樁樁位放線，放出的樁位經檢查無誤后進行壓樁施工。

b.混凝土方樁靜壓施工過程中，根據現場實際情況調整施工段長度分段施工，壓樁按從施工段中間向兩側的順序進行，先在施工段中間位置壓入第一根樁，然后以第一根樁為中心，左右對稱施工。

c.為保證打樁垂直度，制作三套打樁導向模具，在模具內打樁。

5.3 冠梁混凝土施工

冠梁混凝土施工的工藝流程為：施工準備→支護模板→涂刷脫模劑→鋼筋綁扎→模板固定→混凝土澆筑→脫模→養護。

模板組裝完成后，對模板強度進行檢查，清理內部雜物和積水。混凝土澆筑應連續進行，振搗均勻密實。混凝土強度達到18.75MPa后，脫模，表面加以覆蓋，繼續澆水養護至28天齡期。

6 結 語

混凝土預制方板樁在大伙房水庫輸水工程穿越西馬峰河防護工程中應用是可行的，既可滿足輸水管線運行防護要求，又能適應日后河床進一步變化。施工過程中因樁體為工廠預制件，質量易于控制，打樁施工機械選擇較多(如：靜壓機施工、中掘法施工、振動打樁機施工等)，施工現場大型機械交叉作業較少，可減少作業面，有利于生產管理與安全管理。混凝土預制方板樁可在地質條件相似(淤泥質土、壤土等較松軟地質條件)的輸水工程穿越河道防護工程中推廣應用。