U型板樁在高速公路邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

顧浩磊,段亮超

（1.上海市交通建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站,上海 200030; 2.上海公路橋梁＜集團(tuán)＞有限公司,上海 200433）

0 引言

U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁能良好應(yīng)對(duì)往施工中的不足和缺陷，更好地提升總體效果。積極采用U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，將能推進(jìn)高速公路邊坡工程建設(shè)工作的順利開(kāi)展，全方位地提升工作總體建設(shè)優(yōu)勢(shì)，減少環(huán)境污染等情況的出現(xiàn)[1]。

U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁采用獨(dú)特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時(shí)，還增加了截面寬度，通過(guò)采用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理分析，其受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，具有良好的抗彎能力，鋼筋混凝土用量較少，減少了資源消耗。

1 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁是一種預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)圍護(hù)擋土構(gòu)件，因其采用獨(dú)特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時(shí)，還增加了截面的寬度。從結(jié)構(gòu)受力原理分析，受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，具有良好的抗彎性能，特別適用于擋土護(hù)坡材料[2]。

板樁按照截面高度分為350 mm、400 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm、1 200 mm等規(guī)格。板樁按樁身抗彎性能或混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型。截面形式如圖1：

圖1 板樁截面形式（mm）

該文所列工程實(shí)例中，采用的樁型為U-CS-450-Ⅱ（6 m、9 m）型混凝土板樁，具體參數(shù)如表1：

表1 U-CS-450-Ⅱ型混凝土板樁技術(shù)參數(shù)

2 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)

2.1 生產(chǎn)工藝流程

U型板樁生產(chǎn)工藝流程如圖2。

圖2 生產(chǎn)工藝流程

2.2 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

（1）臺(tái)座法生產(chǎn)工藝：實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，便于控制產(chǎn)品質(zhì)量和工藝參數(shù)精度。

（2）大噸位高精度的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)施：U型板樁采用單根預(yù)緊、整體張拉的預(yù)應(yīng)力施工工藝，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)確保了生產(chǎn)過(guò)程中張拉力和伸長(zhǎng)量的控制要求。

（3）自動(dòng)化控制混凝土配合比：為了滿足混凝土耐久性與和易性的基本要求，在U型板樁生產(chǎn)與控制過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)智能控制混凝土配合比，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）大流動(dòng)度高性能混凝土技術(shù)：確保樁身密實(shí)性，提高了樁身的耐腐蝕性能，進(jìn)而提高了樁的耐久性。

（5）成型和密實(shí)工藝：U型板樁采用高效率的自動(dòng)喂料系統(tǒng)，定量式混凝土澆筑；同時(shí)采用高頻振動(dòng)成型，一方面有效提高混凝土密實(shí)度，另一方面大大減少氣泡，保證外觀質(zhì)量。

（6）鋼模成型：保證產(chǎn)品尺寸精度和外觀質(zhì)量，同時(shí)采用氣動(dòng)式自動(dòng)開(kāi)合模工藝，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

（7）先進(jìn)的干熱養(yǎng)護(hù)：通過(guò)合理控制濕度和溫度，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)降耗、環(huán)保節(jié)能。

3 施工工藝、方法及控制要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

U型板樁施工工藝流程如圖3：

圖3 施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

（1）進(jìn)行施工前各種手續(xù)的辦理：包括高速公路交通圍封手續(xù)、施工便道臨時(shí)借地手續(xù)、構(gòu)件運(yùn)輸通行證等。

（2）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置：施工區(qū)域地面部分采用標(biāo)準(zhǔn)化PVC圍欄進(jìn)行全封閉，高速公路上考慮到車(chē)輛高速行駛造成風(fēng)載很大，不宜采用高度大的PVC圍擋，改而采用水泥隔離墩的形式。提前對(duì)沿線地下管線進(jìn)行排摸。對(duì)于無(wú)法搬遷的管線，立即上報(bào)設(shè)計(jì)單位，經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后，局部縮短樁長(zhǎng)以避讓管線。

（3）沉樁機(jī)械的選擇：考慮到板樁沉樁時(shí)需穿透砂質(zhì)粉土層，該土層摩阻力十分大，因此選用500型的液壓振動(dòng)錘，增加振動(dòng)錘的功率。

3.3 安裝定位型鋼及導(dǎo)向架

根據(jù)第一根樁位位置，并靠在旁邊預(yù)先施打一根定位型鋼，相距10 m處施打第二根定位型鋼。安裝鋼圍檁架時(shí)要控制好鋼圍檁與板樁側(cè)壁接觸的導(dǎo)向段（400 mm厚）的垂直度。鋼圍檁的內(nèi)側(cè)壁間距控制在465 mm（針對(duì)U-CS-450樁型）。為控制好板樁墻的軸線位置，減少樁的平面扭曲和提高打樁效率，加工好足夠強(qiáng)度及剛度的導(dǎo)向架。導(dǎo)向架形式如圖4：

圖4 型鋼導(dǎo)向架（mm）

定位型鋼打入地面以下約5 m，然后將導(dǎo)向架吊放在定位型鋼上，用手拉葫蘆臨時(shí)固定。當(dāng)導(dǎo)向架內(nèi)的板樁施工滿后，松開(kāi)葫蘆，將導(dǎo)向架吊開(kāi)，拔出定位型鋼（導(dǎo)樁），沿打樁方向10 m處，打下定位型鋼，再將導(dǎo)向架吊放在定位型鋼上，循環(huán)操作。

3.4 吊樁及入導(dǎo)向架

采用液壓打拔樁機(jī)夾具夾緊樁頂部，慢慢提起后移至樁位處，緩緩放下到底同時(shí)注意不要碰撞導(dǎo)向架，下部用滑輪卡槽式的緊固裝置收緊[3]。

3.5 板樁定位、調(diào)直、緊壓

用2臺(tái)經(jīng)緯儀控制垂直度，待樁調(diào)直后，利用樁機(jī)夾具向下壓緊。

3.6 沉樁、調(diào)整偏差

開(kāi)啟振動(dòng)，激振力由小到大，根據(jù)實(shí)際施工情況及樁的下沉速度調(diào)節(jié)控制。施打過(guò)程中，嚴(yán)格控制好樁身垂直度，如有偏差及時(shí)調(diào)直。由于地層分布不均勻會(huì)造成偏位、傾斜，發(fā)生此現(xiàn)象應(yīng)立即停止，向上提升，通過(guò)調(diào)整鋼圍檁架與樁之間加塞楔形小木方等方法控制，調(diào)整完成后再施打。

3.7 沉樁至標(biāo)高

一般情況下越接近設(shè)計(jì)標(biāo)高，壓力越大，樁身進(jìn)尺越慢。隨時(shí)觀察樁頂?shù)幕炷燎闆r，由于擊振力大，擊振時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)造成樁頂混凝土破損。若出現(xiàn)裂縫或局部破損等情況，相應(yīng)調(diào)小擊振力，也可以在樁頂部位和夾具部位墊橡膠皮。

3.8 松開(kāi)夾具

施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，松開(kāi)夾具，關(guān)閉振動(dòng)，進(jìn)行下一根樁的施工。

3.9 沉樁控制要點(diǎn)

（1）軸線控制：打樁前進(jìn)行系統(tǒng)的軸線復(fù)合，板樁軸線偏差應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)。檢查和調(diào)整夾樁裝置，以保證板樁軸線符合要求，并防止板樁脫榫。

（2）垂直度控制：用兩臺(tái)經(jīng)緯儀校正和監(jiān)控樁身垂直度。打樁開(kāi)始至入土2 m期間，發(fā)現(xiàn)偏斜應(yīng)及時(shí)停機(jī)調(diào)整，如有可能，應(yīng)把樁拔出，清障回填后重新沉樁。樁體嚴(yán)重傾斜時(shí)，應(yīng)將樁拔出，用鋼樁定位，再將樁重新沉入。

（3）高程控制：以樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為符合要求，樁頂允許偏差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。板樁施打至接近規(guī)定標(biāo)高時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)振動(dòng)參數(shù)來(lái)控制振動(dòng)的頻率及力度，保證樁頂高程符合設(shè)計(jì)要求。

4 生產(chǎn)和施工中存在的一些問(wèn)題

4.1 生產(chǎn)過(guò)程中存在的一些問(wèn)題

（1）板樁凹凸槽直線度不足，樁身扭曲彎曲。此問(wèn)題的出現(xiàn)主要是源于加工廠內(nèi)模具常年使用，且平時(shí)檢修和保養(yǎng)頻率不足，模具產(chǎn)生變形，導(dǎo)致混凝土成型后外觀存在扭曲變形的情況，因此需要拆除模具內(nèi)變形的凹凸槽模邊，重新安裝校直后再生產(chǎn)。

（2）樁端鋼隔斷錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)致樁頭不平整。此問(wèn)題的出現(xiàn)主要是因?yàn)樵诹魉€生產(chǎn)模式下，多根樁都在一條流水線上生產(chǎn)，樁與樁之間存在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)隔斷，隔斷上預(yù)留孔作為預(yù)應(yīng)力筋穿束使用，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)張拉力很大，而鋼隔斷的定位卡銷(xiāo)數(shù)量不足，張拉時(shí)因應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致鋼隔斷變形，導(dǎo)致樁成型時(shí)端部不平整。需要整修鋼隔斷，增加定位卡銷(xiāo)，保證上下隔斷拼裝后垂直，嚴(yán)絲合縫。同時(shí)，鋼筋下料時(shí)要加強(qiáng)管理，保證切割后的鋼筋與端面齊平。

（3）混凝土未振實(shí)，漏漿現(xiàn)象，表面存在較多氣泡孔。此問(wèn)題的出現(xiàn)主要是源于U型板樁的結(jié)構(gòu)特性。凹凸榫的位置屬于陰角，只依靠附著式振動(dòng)器無(wú)法保證陰角處的混凝土振搗質(zhì)量，而且附著式振搗器振搗時(shí)間也有一定程度上的不足，需要增加手持振動(dòng)棒二次補(bǔ)振，同時(shí)延長(zhǎng)附著振動(dòng)器的振動(dòng)時(shí)間，并加強(qiáng)成品出廠前驗(yàn)收管理，發(fā)現(xiàn)表面有缺陷，提前進(jìn)行修補(bǔ)，滿足外觀質(zhì)量要求后方可出廠。

4.2 施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

（1）個(gè)別板樁在未引孔的情況下施工時(shí)間較長(zhǎng)（約30~40 min）。根據(jù)地勘報(bào)告，U型板樁打樁均需穿越砂質(zhì)粉土層，該土層摩阻力較大，不采用引孔措施的話，沉樁較為困難，且該處之前進(jìn)行過(guò)局部地基換填處理，導(dǎo)致局部樁基施工困難，難以沉樁。后續(xù)采用鋼樁引孔的輔助措施后，沉樁速率明顯增加，平均在10 min左右。

（2）三根試樁在施工后水平位移量已超出設(shè)計(jì)規(guī)定限值（10 mm）。三根試樁施工前，內(nèi)側(cè)的土路基臺(tái)階上堆放了較多U型板樁，可能導(dǎo)致側(cè)向荷載增加，從而引起側(cè)向位移的增加，該部分U型板樁已于施工后第2天移至別處，從第3日起單日側(cè)向位移量明顯減小。

（3）沿線存在無(wú)法搬遷的地下管線，與現(xiàn)狀樁位存在沖突。為避讓管線，個(gè)別樁位需采用縮短樁長(zhǎng)的方式施工，將管線位置相關(guān)數(shù)據(jù)提交給設(shè)計(jì)單位，由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性復(fù)核。

5 結(jié)論

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型板樁的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)表現(xiàn)：

（1）擋土截面遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)板樁和普通預(yù)制樁，在高速公路這種交通流量大、動(dòng)載大的情況下相較于普通支護(hù)結(jié)構(gòu)有著較大的優(yōu)勢(shì)。

（2）采用工廠化集中預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械一次性施工成型，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土擋墻結(jié)構(gòu)相比施工工期大幅縮短。

但在高速公路改拓建工程中，U型板樁的應(yīng)用也存在一定的局限性：

（1）遇到硬質(zhì)土層時(shí)，由于土層摩阻力較大，且板樁本身截面積較大，大幅降低了沉樁速率；需經(jīng)常性采用引孔的措施，而引孔會(huì)導(dǎo)致土層的松動(dòng)，一定程度上會(huì)增加橫向位移量及垂直沉降量，對(duì)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性存在影響。

（2）高速公路車(chē)流量相較于一般等級(jí)公路要大幅增加，從而增加了車(chē)輛動(dòng)載帶來(lái)的側(cè)向壓力；而且遇到高路堤路段，側(cè)向土壓力大幅增加，對(duì)板樁的抗彎、抗剪能力有著較為嚴(yán)峻的考驗(yàn)，需要在板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。