U形預應力混凝土板樁在河道治理工程中的應用

侯延福

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，陜西 西安 710014）

1 概述

扁滘涌位于佛山市順德區容桂街道，河涌深2.5～3.0m，水面寬10-12m，主要功能為排澇，河涌全長1.78km。河涌左右岸均有沿涌道路，路寬6-10m，路旁為居住區。河底高程-0.4m，涌頂高程2.6m，最高水位2.1m，常水位1.4m。該河涌原駁岸設計方案為重力式混凝土擋墻，墻高3.0m，擋墻地基采用高壓旋噴樁進行加固，該方案河道駁岸每延米造價約1.7萬元。由于重力式擋墻施工需開挖放坡，涌邊用地緊張，作業面較小，施工會對道路交通及涌邊建筑產生不良影響，且擋墻方案造價較高，因此對駁岸方案進行了調整，改用U形板樁護砌，并在樁頂設冠梁。U形板樁方案河道駁岸每延米造價約1.2萬元。板樁方案基本避免了開挖，占地少，且不用進行地基處理，對涌邊交通影響較小，投資省，對本項目具備良好的適應性。如圖1所示。

圖1 U形板樁典型橫斷面圖

2 地質概況

依據地質勘察鉆孔揭露，場地20m鉆探深度內地層自上而下分別為：

1）素填土（Q4ml）：褐黃色，可塑，稍濕～濕，成分以黏性土為主，含少量中粗砂或碎石塊，頂部約5～35cm砼路面。層厚2.10～4.20m，平均2.58m。標貫測試7次，實測擊數N=5.0～9.0擊，平均N=6.6擊，標準值5.5擊；校正擊數N’=4.9～8.9擊，平均N’=6.5擊，標準值5.5擊。

2）淤泥質土（Q4al）：深灰色，流塑～軟塑，含腐殖質及粉細砂，手捏黏滑，干強度低，韌性低，具腥臭味。場地大部分鉆孔均有揭露，頂板埋深2.10～2.90m，揭露厚度1.30～4.40m，平均2.40m。標貫測試7次，實測擊數N=2～5擊，平均N=3.9擊，標準值2.9擊；校正擊數 N’=1.8～4.7擊，平均 N’=3.6擊，標準值2.6擊。

3）粉質黏土（Q4al）：黃褐色，可塑，干強度及韌性中等，手搓砂感強，局部夾粉細砂層，場地鉆孔大部分均有揭露。頂板埋深3.50～6.80m，揭露厚度1.30～12.40m，平均5.14m。標貫測試14次，實測擊數N=7～16擊，平均值N=12.4擊，標準值11.3擊；校正擊數N’=6.1～13.9擊，平均N’=10.6擊，標準值9.7擊。

4）礫砂（Q4al）：褐黃色，稍密～中密，飽和，礦物成分以石英為主，土質均勻性差，級配不良，偶見卵石，含較多黏性土，場地鉆孔大部分均有揭露。頂板埋深5.50～19.50m，揭露厚度4.10～12.60m，平均10.01m。標貫測試17次，實測擊數N=11～25擊，平均值N=20.2擊，標準值18.6擊；校正擊數N’=9.2～18.4擊，平均N’=15.6擊，標準值14.5擊。

各土層主要力學參數見表1：

表1 各土層主要力學參數

3 U形板樁設計

板樁設計選型步驟為：依據以往工程經驗初選型號——進行穩定及內力計算——根據板樁內力計算結果進行選型復核——復核滿足要求后確定最終板樁型號。

3.1 初步選型

依據工程布置要求，扁滘涌板樁懸挑長度為3m。根據以往工程經驗初步選擇板樁型號為U-CS-450-Ⅲ-15，板樁截面高度為450mm，寬1m，樁長15m。

3.2 穩定及內力計算

U形板樁內力采用理正深基坑軟件進行計算。依據《混凝土結構設計規范》（GB50010），板樁計算采用結構等效原則，即截面面積、截面慣性矩和形心位置三等效，將U形截面等效為矩形截面進行計算。

1）整體穩定計算。采用瑞典條分法進行計算，整體穩定安全系數為Ks=5.56，圓弧半徑R=14.6m，滿足規范要求。

2）抗傾覆穩定計算。

計算得抗傾覆穩定系數為Ks=1.28，滿足規范要求。

3）嵌固深度計算。依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012，按下式計算，

計算得嵌固深度ld=11.6m，設計采用值為12m，滿足要求。

4）內力計算。內力計算結果如圖2所示。

圖2 板樁內力計算結果

基坑內側最大彎矩為0.29kN·m，基坑外側最大彎矩為256.42kN·m，最大剪力為68.16kN。

3.3 選型復核

依據 《先張法U形預應力混凝土板樁》（圖集號ZPZ-QG-BZ001 2010）[1]，U-CS-450-Ⅲ-15 型 U 形板樁力學指標如下：最大抗彎設計值為301kN·m，抗剪設計值為257kN，理論重量為439kg/m。與計算內力對比可知，該型U形板樁可以滿足設計要求。

4 U形板樁優點

U形板樁具有以下優點：

1）力學性能優。U形板樁因其獨特的截面結構，具有壁薄、自重輕、用料省、抗彎性能優等特點。其采用變截面結構設計，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時，還增加了截面的寬度。從結構受力原理分析，其受力特點與工字形受力特點一致，具有良好的抗彎性能。在同等用材用料情況下，U型板樁與工程實踐中常用的預應力混凝土管樁和預應力混凝土實心方樁相比，具有較大的優越性。見表2。

表2 不同預制樁主要力學參數

2）施工方便。板樁沉樁方式可采用振動沉樁法或液壓沉樁法。沉樁機械可采用履帶式吊車、步履式樁架、導桿式樁架等施工機械。振動沉樁法施工錘采用電動錘或液壓振動錘，樁錘功率及頻率大小根據工程地質條件及樁型號大小綜合選用。

3）耐久性好。U型板樁采用C60高強高性能混凝土，并采用預應力鋼筋、鋼棒和鋼絞線，結構堅固耐用，耐久性優異，使用年限50年以上。

4）用料省，造價低。U型板樁相比傳統混凝土預制樁相比，鋼筋和混凝土用量少，能夠有效減少資源消耗，節省建材。同等條件下，U型板樁造價更低，能夠顯著減低工程造價。

5）占地少。U形板樁應用在河道治理工程時，相比傳統河駁岸形式，U形板樁開挖面小，可減少占地，節約土地資源，對于城市河道或用地緊張河道治理具有較好的適用性。

5 結束語

U形板樁具有擋土截面大、受力性能優、性價比高、成樁美觀等優點。板樁的企口之間還可以預埋橡膠止水條，能夠滿足工程止水要求，使用范圍廣泛。目前板樁在國內外已經有許多的成功案例，廣泛應用在建設工程的各個領域，具備較強的推廣價值。