預制混凝土板樁防沖墻在水閘加固工程中的應用

張超琳，郭振霆，陳 磊，游昊東，王 翠

（1.赤峰市農業廣播電視學校，內蒙古 赤峰 024000；2.海河水利委員會海河下游管理局，天津 300061；3.寶坻區交通材料供應站，天津 301800；4.天津中海水利水電工程有限公司，天津 300061）

預制混凝土板樁防沖墻海上施工是利用海上打樁作業平臺將預制混凝土板樁打入水下地基土中，形成地下連續墻，以提高閘下消能防沖設施的防沖刷能力。這是對已建成水閘消能防沖基礎進行加固處理的一種新材料和新方法，2019年首次運用于北方地區入海河口大型防潮閘的消能防沖設施加固工程中。對其施工工藝進行研究，可以更好地實現工程設計原則和目標，控制工程造價，保證工程施工安全。

1 概況

獨流減河是海河流域重要行洪入海通道，也是天津市防洪的南部屏障。由于天津市開發建設南港工業區占用了大港分洪道部分出口，同時改變了獨流減河口水動力條件和泥沙運動條件，需重新安排獨流減河超標準洪水，結合港口建設對河口治導線進行調整。原由大港分洪道承泄的超標準洪水改由獨流減河口下泄，獨流減河口泄洪能力由3 600 m3/s提高到4 500 m3/s；同時，由于獨流減河防潮閘閘下消能防沖設施現狀不能滿足最大過流4 500 m3/s安全條件，為確保治導線調整后河口防潮閘工程安全，實施獨流減河防潮閘閘下消能防沖設施加固工程十分必要和迫切。

2 工程建設內容

獨流減河防潮閘工程等級為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。該工程為閘下消能防沖設施加固，建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。施工期洪水標準采用10 a一遇，獨流減河閘下10 a一遇非汛期高潮位為2.85 m。

防潮閘閘下消能防沖設施加固工程主要建設內容為漿砌石海漫延長、海漫末端增設防沖墻和拋石防沖槽拆除后順延重建。

（1）閘下樁號0+029.5—0+059.5現狀為漿砌石海漫段，長度30 m，予以保留；樁號0+059—0+082.5保留現狀拋石防沖槽，防沖槽上部鋪設模袋混凝土，總長23.5 m。

（2）模袋混凝土末端設預制混凝土板樁防沖墻。防沖墻中心線位于閘下樁號0+082，在河道兩側沿岸墻坡腳向下游延伸52.6 m，軸線長度280 m；頂面高程同拋石防沖槽高程為-6.38 m，底高程為-19.38 m，深13.0 m，厚度0.4 m。

（3）防沖墻后接拋石防沖槽。防沖槽中間寬約120 m，順水流方向長12.5 m，樁號為0+082—0+109.5；左右岸兩側順水流方向長27.5 m，樁號為0+082—0+109.5，寬度均為60 m；厚度2.0 m，頂面高程-6.38 m，底面高程-8.38 m；單塊拋石重量要求不小于150 kg；末端以1∶5倒坡接至河底高程-3.38 m，長度15 m。

3 工程質量標準

防沖墻采用預應力C80鋼筋混凝土預制離心板樁，尺寸為長×寬×高=13 000 mm×900 mm×400 mm，單根重量10 t。該型號預制混凝土離心板樁添加了GM3型外加劑，摻入劑量為膠凝材料的3%，抗滲等級P10，耐腐蝕系數KS120≥0.95，電通量≤500，氯離子擴散系數≤3.0×10 m3/s。工程施工質量檢測和驗收按保證項目和允許偏差兩個方面進行控制。

（1）保證項目。板樁質量必須符合設計要求和施工規范的規定，并有出廠合格證，同時打樁的標高及貫入度、樁的陰陽榫口處理必須符合設計要求。

（2）允許偏差項目。垂直于板樁墻軸線方向的平面位置允許偏差≤50 mm，板樁間縫寬≤25 mm，垂直度允許偏差≤100 mm。

4 工程施工機械

（1）打樁機械。根據樁尺寸、土質情況和設備條件選用規模匹配的落錘打樁機，打樁機主要包括樁錘、樁架和動力裝置3部分。海上打樁配有打樁船1艘，船型為鋼制箱型結構，非自航，船艏正中設有堅固的三角桁架式樁架機構和打樁錘。

（2）吊樁機械。陸上吊樁配1臺履帶式起重機或輪胎式起重機，海上吊樁配卷揚機2臺和發電機1臺。

（3）運樁機械。海上運樁根據施工強度和進度要求配備運樁船1～2艘。

（4）其他機械設備。其他輔助設備及材料有導向架、圍樁鎖具、定位樁、送樁器、鋼絲繩、滑輪、卸扣、焊機、照明設備、電焊機、氧割工具、索具、扳手、撬棍和鋼絲刷等。

5 工程主要施工工藝

5.1 施工前準備

本工程利用海上施工平臺進行海上打樁。為便于打樁船只進出和不受漲落潮影響全天候施工，徹底清除打樁區域的水底雜物，以防影響打樁質量和進度，保證打樁順利施工。工程施工前，對防沖墻中心線位置上下游20 m進行清淤，河底高程清淤至板樁頂高程位置-6.38 m，水深滿足打樁船吃水深度作業要求。

5.2 施工工藝流程

（1）主要施工工序。岸上起吊預制樁→吊入運樁船→運樁→施工平臺海上吊樁→入錘架→調平板樁的垂直度→樁位定位→自重沉樁→復核樁平面以及垂直度偏差→一次沉樁擊打→送至水平面→連接送樁器→二次沉樁擊打→送至設計標高→起錘→移至下一樁位→重復之前步驟。

（2）沉樁施工要點。板樁施工應滿足《板樁碼頭設計與施工規范》（JTS167-3-2009）規定。為控制好板樁防沖墻的軸線位置、減少樁的平面扭曲和提高打樁效率，應預先加工好足夠強度及剛度的導向架。打樁機在方駁上組裝、調試、就位，對樁機進行固定，施工中充分考慮潮汐和風暴潮對樁機定位的影響。在陸地上設置測量定位控制點，并采用2部經緯儀在2個垂直方向監控樁的垂直度，垂直度出現偏差時及時進行糾正。打樁機在測量儀器控制下就位。在錨纜收緊定位時，應保證樁機的打設并在避免碰樁的前提下盡量減少誤差。漲落潮時，應隨潮水的漲落適時調整錨纜，以保持船位的準確和防止個別錨纜受力過大。為使板樁連接緊密，在沉樁前打設導向架，導向架采用工字型鋼，并使板樁陰陽榫口緊密對接，板樁不得出現脫榫現象。在測量儀器的控制下，板樁對準鄰樁鎖口槽并及時調整樁身垂直度；沉樁時需根據土質和貫入速率，及時調整樁錘的沖擊力，以避免樁身偏斜。沉樁過程用經緯儀及時跟蹤觀測樁身狀態，發現偏斜及時調整校正，使誤差控制在允許范圍內。沉樁以標高控制為主。在樁身做好標記，用水準儀觀測，沉樁至設計要求的標高，樁尖高程≤±100 mm。板樁打設每5～10根為1組，每組從左至右依次深樁，板樁沿導向梁打設。板樁靠近護坡倒角處，接頭可根據現場情況調整。

6 結語

采用預制混凝土離心板樁海上施工工藝加固水閘消能防沖設施，具有施工方法簡單、施工效率高等特點，可有效地縮短工期，比較適用于導流困難、工期緊或要求快速提高強度等方面的工程施工。

獨流減河防潮閘采用的C80預制混凝土離心板樁，其抗腐蝕性能較一般的混凝土灌注樁有顯著提高，比較適合作為持力層埋深較淺的水閘閘墩和閘底板的基礎，對環境的影響更具優越性。混凝土板樁防沖墻海上施工工藝的研究，可以有效地指導水利工程專項施工方案的編制，對保證水利工程建設質量和按期完工提供技術支撐。