先張法U形預應力混凝土板樁在清運河航道改造工程中的應用

上海南匯水利市政工程有限公司 上海 201399

1 工程概況

清運河航道整治改造工程位于上海市浦東新區老港填埋場碼頭裝卸區南側，南起大治河東閘以西約460 m處，北止老港生活垃圾填埋場5號橋北端，全長約5.3 km。工程主要內容為航道疏浚工程，護岸工程，橋梁工程與道路工程。其中，新建護岸工程的前排采用密排先張法U形預應力混凝土板樁，后排采用Φ500 mmPHC預應力管樁，間距2 m，上部為L形直立式擋墻（圖1、圖2）。

工程地質中，第②3層灰色砂質粉土夾粉砂為可液化土層，液化指數為0～7.55，液化指數均值為2.70。擬建場地地基液化等級屬于輕微。本工程擬采用樁式護岸，對工程影響不大。

圖1 新建護岸結構設計斷面

圖2 新建護岸樁位設計布置

2 先張法U形預應力混凝土板樁特點和優點

2.1 特點

（a）先張法U形預應力混凝土板樁為U形斷面，截面寬度為1 020 mm、截面高度為450 mm、板壁厚度為120 mm（樁頂500 mm范圍厚120 mm板增加到240 mm）、樁長為14 m（圖3）。

圖3 先張法U形預應力混凝土板樁實景

（b）U形樁一側預留凹槽，另一側設置凸榫，凸榫側靠近樁頂的1/2樁長范圍內預埋橡膠止水條。成排的U形樁形成后，凸榫插入凹槽由止水條起到排樁內外兩側的止水效果。凹槽側樁尖長500 mm范圍切削成斜面，形成楔形踏面，利于沉樁時在楔形踏面形成一個側向力，使得凸榫與凹槽結合更緊密。

2.2 優點

（a）節能環保：采用預應力U形混凝土板樁，鋼筋混凝土用量相對普通平板樁少，減少礦產資源的消耗，節能節材效果明顯。經過測算，四級航道改造為三級航道中護岸形式采用U形預應力板樁，每公里航道（按兩側計算）可以節約土地利用面積約為6 700 m2。

（b）耐腐穩定：U形板樁擋土耐腐蝕，具有鋼板樁的特點又克服了防腐問題，而且穩定性好，能適應較為復雜的施工工況條件。

（c）結構合理：U形板樁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也增加了截面寬度，從結構力學原理分析，受力特點與工字型受力特點一樣，有良好的抗彎性能；曲面結構對船行波的消浪作用明顯，可減小行船阻力，提高經濟效益。

（d）簡易美觀：改變了傳統護岸工程施工工程量大、施工速度慢、施工人力成本高、成型后質量不穩定等缺點，安全、美觀、可靠。

（e）工期保證：工廠化生產，質量穩定，生產速度快，工期控制較容易；施工不受汛期影響，施工時對通航影響小。

（f）止水性好：凹凸榫槽加設橡膠止水條，結合緊密可靠，止水并防水土流失，可防止船行波沖刷，避免了岸坡塌方，養護、圍護成本低。

2018年1月26日，住房城鄉建設部等部門聯合印發《關于在內地(大陸)就業的港澳臺同胞享有住房公積金待遇有關問題的意見》后，自治區政府相關部門高度重視，在此基礎上進一步提出臺胞在廣西工作、學習或是創業的，均可以自愿繳存住房公積金。該項政策的落實，是從根本上為臺胞在大陸買房提供了更多的優待政策。住房公積金是一種住房保障政策，為臺胞落實住房公積金相關制度，實際上就是為臺胞落實住房保障政策。從長遠看來，有利于進一步吸引臺胞來桂投資、生活，為兩岸經濟文化交流奠定基礎。

3 主要施工技術[1-5]

3.1 振動沉樁法試沉樁階段

振動沉樁法在其他工程的先張法U形預應力混凝土板樁施工中已有成功的案例，所以本工程首先擬采用振動沉樁法。在先期工程南段U形板樁試打過程中發現越往北振動下沉越困難。

經研究發現，振動打樁機的原理是機器產生的垂直振動傳給樁體，導致周圍的土體結構因振動而強度降低。對砂質土層，顆粒間結合被破壞，產生微小液化，對砂土會使樁尖下阻力減少，利于樁的貫入。但對結構緊密的細砂層，這種減阻效果不明顯，當細砂層較松散時，反而會因振動而加密，更難以沉樁。而本工程U形板樁樁頂標高+1.6 m到樁尖標高－12.40 m的土層范圍內，其中成因類型為河口～濱海的②3灰色砂質粉土夾粉砂層，層底標高范圍－4.13～－7.29 m（層厚4.40～8.60 m），工程越向北段層底標高越深、土層厚度越大，該土層搖震反應迅速，具有愈振動愈固結的特性（俗稱“鐵板砂”），難以采用振動法沉樁。試驗段采用振動法下沉的10 根樁間隙較大，質量較難保證。

針對以上情況，在這種土質地質條件下，決定將振動沉樁法調整為錘擊沉樁法。

3.2 錘擊沉樁法正式沉樁階段

3.2.1 沉樁準備

（a）打樁順序：按照樁位設計布置圖，板樁U形斷面的底部朝向迎水面，而樁尖長500 mm范圍的切削斜面形成的楔形踏面在U形斷面左邊凹槽側，為確保有利于沉樁時在楔形踏面形成一個側向力，使得凸榫與凹槽結合更緊密。凹槽側楔形踏面應在板樁施打行進方向前端，另外，由于工程位置處于清運河航道東岸，所以打樁順序應設定為由南向北施打。

（b）測量控制：根據坐標定出樁位軸線，現場設定軸線控制點及水準控制點。

（c）設備進場：打樁設備在起始樁位置進行安裝調試，通過在板樁墻縱軸線及其垂直方向設置的經緯儀對樁架調正。

3.2.2 沉樁

樁起吊就位插樁后，采用2 臺經緯儀測定垂直度，調正樁錘、樁帽、樁墊及導桿，使其與打入方向為一直線，并經常保持緩沖墊的厚薄均勻，避免偏打。初期緩慢試打，確認樁的中心位置正確后轉為正式打入。開始錘擊時，先緩慢間斷試打，直到樁進入土層2～3 m后再連續正常施打。由于本工程②3灰色砂質粉土夾粉砂層土層較厚，施工中可考慮間斷停打。

3.2.3 質量控制

打樁初期如發生傾斜，可將樁拔起修正或拔起再重新打入，重打時若仍向原打入方向偏斜，可使用堅固的導材按所定位置打正。打樁期間若發生貫入度異常、樁身損壞、樁錘工作失常、樁架失穩等情況，應暫停施工，經研究采取適當措施后再恢復沉樁，并做好打樁記錄表。

（a）垂直度控制：垂直度對U形板樁尤為重要，樁成傾斜狀沉入土中，會影響凸榫緊密地插入凹槽，形不成嚴密的排樁墻，止水條也起不到應有的止水效果。施工時嚴格按1/100樁長的允許傾斜度來控制。為確保高垂直度，首先做到場地密實、平整，打樁架配置精確、靈便地垂直控制系統。插樁前，樁架的導桿調至垂直，樁進檔后要徐徐放下，插入土中后及施打過程中通過在板樁墻縱軸線及其垂直方向設置的經緯儀復核垂直度。

（b）標高的控制：按設計要求，本工程U形板樁沉樁標高以設計標高控制為主，貫入度作為參考。貫入度通過試樁確定，若沉樁過程中貫入度已達到，而樁尖標高未達到時，應連續錘擊3 陣、每陣10 擊，此時以貫入度控制為主，樁尖標高作參考。

（c）防板樁向行進方向傾斜：由于與已打設的板樁榫口處的阻力大于正在打設的板樁周圍土體阻力，形成一個不均衡力，使板樁向前進方向傾斜。這種傾斜需要盡快調整，可以采用卷揚機鋼索將板樁反方向拉住后再錘擊。

（d）防U形板樁轉動：板樁沉樁可能會以榫口為中心發生轉動而偏離位置，影響板樁墻平整度和板樁墻軸線偏移。為限制U形板樁轉動，需要設置導架以保證施工精度，并且在導架的導梁與板樁之間插入墊塊，同時利用板樁墻縱軸線及其垂直方向設置的經緯儀進行觀測，避免板樁轉動。

（e）板樁動測試驗：成樁動測抽樣率為2%，單樁缺陷面積應小于20%。

（f）沉樁允許偏差：板樁平面位置允許偏差為±50 mm；垂直度允許偏差應小于10 mm；設計標高處平面位置板樁間距允許偏差為±20 mm。

4 新工藝的改良措施

隨著社會不斷發展，航道改造中對生態性、親水性和美觀性要求的逐步提高，針對航道的使用要求，需對目前的產品及工藝進行進一步的改良，主要措施有：

（a）在板樁上部預設孔洞，并在內側增加透水無紡布，增加板樁內外側的水交流。

（b）景觀河道區域，可在外側設置預埋件，掛設裝飾板或直接做仿石噴涂，展示護岸的多元文化。

（c）在確保質量安全的前提下，加強靈活性，對各細部進行不斷優化。可以朝裝配式結構方向發展，不斷開發各種裝配式構件，對板樁自身及細部構造進行裝配。

5 結語

傳統的前普通平板樁、后方樁高樁的承臺結構的傳統護岸方式，將由前預應力U形板樁、后預應力PHC管樁的新型高樁承臺結構所取代，是一種必然的發展趨勢。先張法U形預應力混凝土板樁通過在本工程中的成功實施，不但體現出施工便捷、節能環保、結構合理、經濟美觀等優點，而且應用效果也很好（圖4），可大力推廣應用并為其他類似工程提供借鑒經驗。

圖4 航道整治雙向通航竣工斷面實景