瀾水河河道整治工程中PC壁體樁的應用

周成利

(清遠市水利水電勘測設計院有限公司，廣東 清遠 511500)

1 工程概況

瀾水河位于清遠市清城區東城街道辦轄區，瀾水河流域大部分為山前平原，有少量山丘，下游地區為城市建成區。根據清遠市城區的相關規劃，計劃對瀾水河下游河道進行整治，并對整治河道兩側區域進行房地產開發，整治河段從大學路與金碧路交接位置開始，于錦繡路結束。工程主要任務是結合城市規劃對瀾水河錦繡路至金碧路段進行岸線整治，并對河道兩岸進行防護支護，在滿足行洪安全的同時，兼顧城市規劃，滿足房地產開發和水景觀的要求。

瀾水河錦繡路至金碧路段流經城市建成區，其中錦繡路至海逸路段兩端均為過路箱涵，中間260 m河段兩岸現狀均為土質岸坡，左岸為房地產開發項目，右岸為城中村，房屋較為密集、施工作業面較小。根據地質勘察鉆孔資料，本河段地質條件較差，河道兩岸岸坡多為人工填土，且地下水埋深較淺，河道底部淤泥質粉質粘土層較厚，不適宜作基礎持力層。因此，需根據現場實際地質條件和施工條件，結合不同護岸型式的結構特點，分析確定適合本河段的護岸型式。

2 護岸設計型式比選

根據清遠市防洪排澇相關規劃，此段河道20 a一遇設計排澇水位為11.79 m，設計河面寬40 m，現狀河道岸頂高程為12.7 m，滿足規劃要求，但局部河道寬度不足40 m，需對局部河道進行開挖拓寬，并采用下部直立式護岸才能滿足規劃要求。受下游北江水位頂托，本河段常水位為10.0 m，因此本河段規劃景觀水位也為10.0 m。根據水文分析計算，本段河道設計河床底高程為7.6 m～7.8 m，考慮河道兩岸居民通行和休閑需求，本段河道護岸需設計親水平臺，親水平臺高程為11.1 m～11.3 m，親水平臺至設計河底高度為3.5 m，即河床面以上護岸高度為3.5 m。

根據以往工程經驗，常用的直立式護岸有重力式擋墻、衡重式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻等型式。由于護岸高度不高，常采用重力式擋墻作為護岸型式，故設計中將重力式擋墻和PC壁體樁進行方案比選。PC壁體樁是一種新型混合配筋預應力混凝土空心樁，近年來，作為新型護岸型式在河道整治工程中得以大力推廣，具有水平承載力高、止水效果佳、施工便捷等優點。根據現場實際地形，重力式擋墻和PC壁體樁兩種護岸型式設計斷面見圖1和圖2。

圖1 重力式擋墻護岸設計斷面

圖2 PC壁體樁護岸設計斷面

根據兩種護岸設計斷面，從工程投資、施工難度、適用條件等方面分析其優缺點，見表1。

表1 兩種護岸型式對比表

由于河道兩岸現狀為房地產開發項目和城中村，為避免對兩岸的建筑物造成不利影響，客觀條件不允許展開較大的開挖面，因此，若采用傳統的重力式擋墻方案，需將護岸治導線往河道范圍退讓，這樣既縮小了河道行洪斷面又需要對護岸基礎進行處理，不僅不符合相關規劃要求，又增加了基礎處理及臨時圍堰投資，造成總造價與PC壁體樁方案較為接近，而采用PC壁體樁方案則避免了上述問題。綜合考慮工程投資、施工難度、適用條件等方面，本河段采用PC壁體樁護岸型式。

3 PC壁體樁選型及布置

河床面以上護岸高度為3.5 m，護岸背后回填開挖料，以粉質粘土為主，根據地勘鉆孔資料，從河床面往下的地質結構為3 m厚的淤泥質粉質粘土層，3.5 m厚的粉質粘土層，再往下為分布廣泛的中砂層，局部分布砂卵石層，承載力較高，可作為樁基礎持力層。根據平衡原理，計算PC壁體樁嵌入深度不小于6.3 m，綜合考慮嵌入深度和樁基礎持力層深度，選用樁長12 m的PC壁體樁。

根據《水工建筑物荷載設計規范》(SL 744-2016)，選取最不利工況，即墻后高水位墻前水位驟降時，分析計算樁體變形內力，復核驗算整體穩定、抗傾覆穩定等。經采用同濟啟明星深基坑支擋結構設計軟件計算，樁身最大彎矩值為196.4 kN·m，最大剪力值為95.6 kN。整體穩定安全系數K1=2.93，抗傾覆安全系數K2=1.25，均滿足規范要求。對照相關廠家提供的各型號壁體樁力學性能表，選取邊長為400 mm內徑為240 mm的Ⅱ型PC壁體樁，其抗彎設計值為202 kN·m，抗剪設計值為199 kN，該型號PC壁體樁滿足工程設計要求。

由于本河段位于城市建成區，為保證與兩岸景觀協調美觀，本河段PC壁體樁宜采用直線與圓弧組合式布置，樁間距為0.4 m。

4 PC壁體樁施工方案

4.1 施工方法選取

PC壁體樁沉樁方法主要有錘擊法、靜壓法、振動法以及植樁法等，各種沉樁方法及適用巖土層情況見表2。

表2 壁體樁施工方法及適用巖土層

根據地勘鉆孔資料，從河床面往下的地質結構為3 m厚的淤泥質粉質粘土層，3.5 m厚的粉質粘土層，再往下為分布廣泛的中砂層，局部分布砂卵石層。理論上上述4種施工方法均可滿足施工要求，但考慮施工河段位于城市建成區，對環保要求比較高，因此采用噪音較小的靜壓法施工方案。

4.2 施工工藝

(1)護壁樁定位。根據圖紙放出護岸軸線和壁體樁樁位，并在軸線主要節點埋設控制樁，以便在沉樁過程中對護岸軸線和壁體樁樁位進行校對。為控制送樁標高，應在壓樁區設置1～3個水準控制點，考慮沉樁過程中樁體產生的擠土效應，水準控制點盡量設置在比較穩定的位置。做好軸線控制樁后，根據實際沉樁線路圖計算出坐標值，用全站儀將每根壁體樁的樁位確定出，并用40 cm長的鋼筋或竹竿固定樁位中心，以方便插樁和對中。

(2)壁體樁吊運和沉樁。本工程選用樁長12 m的PC壁體樁，吊運采用兩頭勾吊法，豎起時采用單點法，待壁體樁放入樁機就位后，通過樁機導架的旋轉、滑動及停留進行調整，確保位置和垂直度符合要求后利用樁錘的自重將樁體壓入土中。剛開始壓樁時，速度不宜過快，應根據地質情況選擇壓樁速度，一般以1.0 m/min速度為宜。壓樁過程中也需借助經緯儀對樁體的垂直度進行實時監測，避免樁體出現傾斜的現象發生。當沉樁過程中遇到較厚的卵石層或其他障礙物時，可采用長螺旋樁機引孔，然后在孔內插樁后沉樁。

(3)壁體樁與冠梁連接工藝。為有效限制壁體樁樁頂的水平位移，并保證各樁能整體承受荷載、協同工作，需在樁頂設置承擔豎向剪力和水平力的冠梁。壁體樁必須伸入冠梁15 cm～20 cm，同時沿內孔周邊布置錨筋，錨筋伸入冠梁內，與冠梁剛接，下端部與托板焊接。同時在冠梁鋼筋綁扎前，將壁體樁頂部中間空心部分灌入混凝土，填芯高度約為壁體樁邊長的兩倍，混凝土強度不低于C30。

5 結語

本段PC壁體樁護岸已完工近一年時間，經現場巡河監測未發生明顯水平位移和不均勻沉降等現象，冠梁也未出現明顯裂縫，整體外觀質量保持較好。PC壁體樁是一種經過多年大量實踐使用的成樁方式，在條件適合、設計滿足時，是具備推廣和應用的成熟技術。其在城鎮型河道治理的成功應用，既兼顧了河道整治的美觀性和高效性，又滿足了河道護岸工程的安全穩定和質量保證，可以為城鎮型河道治理工程提供參考。但其在理論和工程實踐上，還需要我們不斷的積累、改進和完善。