淺談打入型反濾體在預制樁生態護岸工程上的研究

陳亞軍 紀 偉 袁承斌 李延安

（1.徐州市水利建筑設計研究院有限公司 徐州 221000 2.揚州大學 揚州 225000 3.江蘇淮陰水利建設有限公司 淮安 223000）

1 研究意義及必要性

1.1 研究意義

我國明確提出2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和的目標。實現碳達峰、碳中和是一場硬仗，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，對建設行業而言，裝配式建筑行業可以從資源高效利用和減少排放的兩方面來支持國家碳達峰、碳中和目標的實現。近年來，水利工程裝配式結構逐步推廣應用，在直立式護岸方面，預制樁逐步代替傳統結構，形成如波浪樁、板樁、護壁樁、管樁等眾多截面形式的預制樁，其通過高性能材料、標準化設計、工業化制作、機械化施工突破護岸結構應用模式，推動護岸結構設計、施工的低碳轉型。本文正是針對打入型土工織物筒袋應用于預制樁生態護岸結構的關鍵技術研究，解決預制樁等直立式擋土墻護岸結構在濾水和擋土等方面存在的困難，為預制樁生態護岸可靠、穩定、生態運行奠定堅實的基礎，有利于預制樁在生態護岸方面的進一步推廣應用。

1.2 必要性

預制樁主要是由錘擊、振動或靜壓法將樁逐根打入土體，密排布置形成直立的樁墻結構，為擠土樁，在施工過程中，由于放樣、設備和地質軟硬差異的影響，勢必造成樁基平面位置、垂直度偏差，故相鄰樁間會存在一定的間隙，對于砂性土、風浪影響河道存在漏土的隱患，目前主要的解決措施有濾和堵兩種，濾即是在樁墻后鋪設土工布做反濾，堵即是在樁墻后設置防滲墻或在樁間榫槽內灌漿或填充止水膠條，但上述措施仍存在以下問題：

（1）采用濾的措施時，是在預制混凝土板樁施工完成后，樁墻后挖土，垂直鋪設土工布在樁后，再回填土壓實整平，該施工方法存在如下風險：①樁后開挖受空間限制，邊坡一般較陡，導致邊坡可能存在失穩風險；②樁后土方開挖回填，邊坡不是原狀土，邊坡土雖經壓實，仍存在孔隙，岸坡存在下沉可能，影響邊坡整體安全；③河道不能降排水，導致水位高，難以實施鋪設土工布；④河道邊坡地質條件相對較復雜，有地下水且地質為粉砂、粉土等液化土層，不易實施。

（2）采用堵的措施時，預制混凝土樁側壁設置了榫槽，頂部埋置遇水膨脹橡膠條或灌漿，但由于受地質情況、施工等因素影響，從而導致樁體垂直度偏差，不能有效擋土。同時，堵的措施需要另外設置排水孔，且不方便設置反濾體，穿墻排水孔易于堵塞，排水效果差，導致墻后水位抬高，影響邊坡安全，也隔斷了內外水系，降低了預應力混凝土樁結構的生態性。

鑒于現有技術的上述缺陷，同時為進一步簡化施工，凸顯預制樁在無防滲要求水利護岸工程中的生態性和環保性，提出一種用于防止預制樁間漏土的打入式土工織物筒袋技術，解決樁間防漏土措施不便實施以及水體交互不暢等問題，探索生態護岸新措施，并推廣應用。

2 預制樁生態護岸概述

預制樁墻用于生態岸坡，兼有生態與裝配兩大優點，已積累一定的研究成果。預制樁墻間連接通常做法：①縫間填遇水膨脹橡膠條；②縫間灌漿；③墻后鋪土工布做反濾體等；④樁后采用水泥土攪拌樁、旋噴樁封縫；⑤樁間做止水鋼板。

針對無防滲要求的預制樁墻間連接問題，通過對國內外研究情況調研分析，主要分為兩大類：一是沉樁定位控制技術方式，二是新材料或組合材料方式。

2.1 沉樁定位技術

此類技術主要是在樁側面端部設置必要的榫槽，并設計足夠剛度的沉樁定位導向架、限位裝置，以此來控制沉樁偏差，同時將頂部凹槽的尺寸適當擴大，防止過濾槽或止水槽失效，之后在凹槽內進行灌漿或填充反濾材料處理。

2.2 新材料或組合材料方式

該類技術主要分為兩類，包括在預制樁結構中預埋型鋼、止水袋以及樁間插入透水混凝土板材等。相關技術結構形式如下：

（1）通過在樁身擋土段一側預埋C 字形鋼板，另一側預埋工字形或T 形止水鋼板（圖1），沉樁時將工字形或T 形止水鋼板對準C 字形鋼空腔插入，之后在空腔內灌入漿體，形成止水結構，連接可靠，泄水部分也可填充透水材料，但制作難度大，鋼材用量大，經濟性一般，同時容易造成端板拉壞。除C 型鋼外，還有其他類似形式的止水鋼板型結構，如接頭處設計圓形鋼管連接、內外雙層止水板或與鋼板樁組合。

圖1 樁間止水鋼板平面布置與連接圖

（2）樁側設有榫槽結構，凹槽側預埋止水膜袋（圖2），沉樁時樁間預留一定孔隙，待沉樁后再向膜袋內注入水泥漿，或粗顆粒透水材料，通過膜袋擠壓沉樁后形成的空間，從而達到止水防漏的目的。但在預制板樁制作、運輸和施工過程中可能造成止水膜袋的損壞，造成填充料達不到設計要求。

圖2 樁間止水膜袋平面連接圖

（3）采用組合樁板的形式，預制板樁間隔布置，在樁間插入透水混凝土板，板的形式可為如圖3 所示的Ⅱ型結構，主體框架為普通混凝土，前后面板采用透水混凝土，中間空腔內填充反濾材料，板與樁之間的孔隙采用水泥漿等灌漿材料封堵，通過插板形成止水縫，透水混凝土面板和反濾料形成透水通道，實現防漏和內外水體交互。該技術由于板樁間距大，對整體剛度有所削弱，適用的擋土高度受到一定的限制。

圖3 樁后透水混凝土板平面連接圖

上述技術在施工過程中，有的施工不便，有的會因相鄰樁間存在一定的間隙產生漏土隱患，影響邊坡安全與結構的生態性等。

3 研究內容

針對上述問題，徐州市水利建筑設計研究院有限公司陳亞軍發明了一種防止擠土樁樁間漏土的土工織物筒袋的專利能很好解決。該打入型反濾體技術通過在預制樁后設置土工織物筒袋，基于預制樁為擠土樁，樁體施工時，樁間會存在不同程度的縫隙，導致土體顆粒從縫隙間流走，引起河道塌坡。通過設計在預制管樁臨土側樁間部分采用土工織物筒袋（見圖4），筒袋底高程低于河底不小于50cm。設計采用的土工織物筒袋通過在袋內部填充砂粒，由于其柔性，能有效與預制樁體緊密連接，適應樁、土體變位；土工織物筒袋袋體具有一定的抗拉強度，在樁與樁之間存在細小縫隙時，袋裝砂能與相鄰預制樁一起，形成自穩體系，起擋土作用，且土工織物筒袋能起排水反濾作用，減少墻前后水頭差；預制樁為擠土沉樁，在施工過程中，會使樁周部分土體擾動，而打入型土工織物筒袋正好可以利用其自身材料具有一定的伸長率以及砂粒料密實作用，能使樁墻后部分擾動土體擠密實。

圖4 土工織物筒袋及其施工鋼管圖

施工時采取筒袋牽引頭（圖4 中標號2，下同，包括導向套筒和錐尖體），通過中空鋼管（標號5）給上壓板（標號3）傳力給錐尖體可以帶著土工織物筒袋（標號1）輕松進入土體到設計高程并進行擠土，實施阻力相對較小；錐尖體的導向套筒能保護土工織物筒袋的底部端頭，并能沿著相連樁體外壁順著向下擠土，起到導向作用。通過在土工織物筒袋袋體內設置一個中空鋼管，既可以用其對錐尖體施加壓力送土工織物筒袋，又可以通過灌砂口（標號51）向鋼管內部注入砂粒，邊振動中空鋼管使砂粒密實，并緩慢提升鋼管，最終形成結構體。

該設計方案具有以下優點：①不需要預制樁施工完成后，在樁后開挖土方，然后鋪設土工布和反濾體；②不需要破壞邊坡原狀土，而且在樁后土工織物筒袋內裝黃砂，能擠密受打樁擾動的土體；③不需要施工降排水，特別是對河道高水位不能實施，能解決應急搶險問題；④邊坡地質條件相對較復雜，有地下水且地質為粉砂、粉土等液化土層，一般方法不易實施時可以采用；⑤不需要采用攪拌樁或者旋噴樁等解決樁間漏土問題。

4 結論及展望

打入型土工織物筒袋技術適用性強，既生態環保又方便施工，造價相對較省，具有廣闊的應用前景。該項技術已在云龍湖景區八一大溝南岸河坡塌坡治理工程、徐州市鄭集河輸水擴大工程等項目中初步得到應用，取得了一定的效果。為更好地推廣應用，還需在以下方面對其進行深入研究，探索一套安全可靠、施工便捷、經濟環保的生態護岸型式：

（1）對土工織物筒袋袋體的受力、抗老化等性能進行研究，優化結構設計。

（2）探索在護岸樁體最大允許施工偏差（平面樁位、樁垂直度）的情況下，帶填充料的筒袋整體結構以及筒袋內填充材料的研究。

（3）通過土工織物筒袋直徑及填充料和預制樁尺寸的關系，研究樁間最大允許間距，更好地進行水體交換，并開展土工織物筒袋施工工藝的研究。

（4）開展針對土工織物筒袋中導向套筒和錐尖體的構造優化或者可回收再利用的研究，節省材料成本■