U型預應力混凝土板樁在城市河道工程中的應用研究

摘 要：對U型預應力混凝土板樁的基本概念與力學原理進行了介紹，在前人研究成果的基礎上，以某城市河道整治工程為例，比較了普通混凝土平板樁和U型預應力混凝土板樁結構優缺點。針對不具備大開挖施工條件的高懸臂擋土結構的情況提出采用U型預應力板樁，可供其他相似工程參考。

關鍵詞：U型板樁；城市河道工程；高懸臂結構

1 U型樁的原理和特點

U形預應力混凝土板樁（以下簡稱U形板樁）是上海中技樁業股份有限公司歷時三年研發成功的一種新型預制樁。結構如圖1。

圖1

該預制樁為新型擋土支護用的薄壁型的先張法預應力混凝土樁，具有壁薄、自重輕、抗彎性能優等特點。其采用獨特的變截面結構設計，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。U形板樁受力鋼筋采用預應力鋼棒或預應力鋼絞線，采用預應力工藝，在滿足受力性能的前提下，節省了鋼筋的用量，降低了造價。U形板樁混凝土采用C60高強高性能混凝土設計，滿足強度要求的同時提高了混凝土的耐久性。板樁成型采用振動成型排樁施工方法，既保證了施工質量，又不因施工破壞樁體，同時根據不同的地址條件采取不同的輔助工藝進行施工，如采用高壓射水沉樁工藝，對周邊建筑及道路影響較小。

2 U型板樁在城市河道工程中的應用

城市河道工程中經常遇到兩邊建筑及道路距離很近的情況，為盡量減少工程量及開挖影響范圍，一般會考慮采用高樁承臺結構。本文以上海市奉賢區南橋四期工程為例。

依據南橋新城水系專業規劃，柘瀝港口寬為17m，為盡量增大過水斷面面積，采用矩形斷面。河道邊線距離西側南郊莊園小區門面房建筑邊線約8m，距離東側展園路道路紅線3m。規劃河底高程-0.5m，現狀廣場高程5.8m，垂直高差達6.3m。由此，該段擋墻采用高樁承臺擋墻，墻身為C30鋼筋混凝土，底板底高程4.00m，底板寬度3000mm，厚度500mm；墻頂高程5.80m，墻身厚度300mm。承臺底板距河底4.5m，前排樁懸臂長度達4500mm，要求樁基具有較高的抗彎彎矩。如圖2：

方案一，依據傳統設計思路，首先選用應用比較廣的前排混凝土平板樁、后排混凝土方樁高樁承臺方案。根據工程條件，板樁尺寸定為300×500×20000mm、方樁尺寸定為300×300×14000@2000mm。根據M法樁基計算，作用于前排板樁樁頂的水平剪力為276kN，彎矩為373.7kN·m，樁頂位移達26mm，大于《建筑樁基技術規范》所規定的最大值10mm，該方案不滿足要求。如加大板樁厚度以期能增加樁基水平承載力，則工程量將很大，且施樁難度也大大增加。針對本工程的特殊情況，傳統前板后方方案已不適用。樁基穩定計算成果如表1所示：

方案二，針對本工程對樁基抗彎剛度的苛刻要求，前排樁考慮采用C60 U型預應力混凝土板樁，型號為U-CS-600Ⅲ型，尺寸：600×1000×20000mm。后排樁采用C30鋼筋混凝土灌注樁，根據工程條件，尺寸應為φ600×14000mm，間距2000mm。本次設計采用600Ⅲ型U型板樁，計算以國家水泥混凝土制品質量監督檢驗中心的檢測報告認證的物理力學承載力允許值作為依據進行樁基的抗裂彎矩、抗彎彎矩和抗剪承載力的計算，經計算，樁身各項指標滿足允許值要求。樁基穩定計算成果如表2所示：

經過計算比較，針對城市河道工程中大懸臂高樁承臺結構，U型預應力板樁可以承受普通平板樁無法承受的水平剪力及彎矩，具有更優的抗彎性能。

3 U型板樁優缺點分析

U型板樁低碳環保，鋼筋混凝土用量相對平板樁少，能夠有效減少礦產資源的消耗，節能節材效果明顯；在經濟性方面，經濟性優，同等工程量下U型板樁相對平板樁造價更低；按力學性能分析，同等材料情況下U型板樁抗彎性能明顯優于平板樁；耐久性優，結構堅固耐用，使用年限50年以上。U型板樁采用C60高強高性能混凝土，而平板樁通常采用C30砼強度等級；工廠化生產，質量穩定，生產速度快，工期控制較容易；外形美觀，裝飾較容易。

同時U型板樁也有一定的局限性：施工精度要求高，一旦發生脫榫情況后處理工藝復雜；施工設備要求高，一般采用震動錘或者靜壓工藝沉樁，錘打樁機無法保證施工精度；由于樁身配筋率相對較低，樁體預應力系統一旦損壞，會導致樁體物理力學性能迅速下降，從而發生脆性破壞，因此管理養護要求較高。

4 U型板樁的力學性能

常用U型預應力板樁抗彎、抗剪力學性能參數如表3所示。

5 結束語

U形板樁因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，受力特點與工字形受力特點一致，具有良好的抗彎性能。因此，在不具備大開挖施工條件的高懸臂擋土結構的情況下，U型預應力鋼筋砼板樁具有較大的優勢。本結構在南橋新城水系整治四期工程中應用取得了良好的工程效果，可供其他相似工程參考。

參考文獻

[1]徐昌奎.前板樁后高樁支護結構的研究[D].河海大學碩士學位論文，2007.

[2]程知言，裘慰倫，張可能，等.雙排樁支護結構設計計算方法探討[J].地質與勘探，2001（02）.

[3]金造時，汪鈞標，曾執，等.關于基坑工程設計要點及若干問題的探討[J].地質科技情報，1999（ S1）.

[4]楊克己.實用樁基工程[M].北京：人民交通出版社，2004.

作者簡介：丁榮宗（1988-），男，江蘇鹽城，2010年畢業于河海大學，水利水電工程專業學士學位，助理工程師，研究方向：河道整治。