先张法U形预应力混凝土板桩在清运河航道改造工程中的应用

上海南汇水利市政工程有限公司 上海 201399

1 工程概况

清运河航道整治改造工程位于上海市浦东新区老港填埋场码头装卸区南侧，南起大治河东闸以西约460 m处，北止老港生活垃圾填埋场5号桥北端，全长约5.3 km。工程主要内容为航道疏浚工程，护岸工程，桥梁工程与道路工程。其中，新建护岸工程的前排采用密排先张法U形预应力混凝土板桩，后排采用Φ500 mmPHC预应力管桩，间距2 m，上部为L形直立式挡墙（图1、图2）。

工程地质中，第②3层灰色砂质粉土夹粉砂为可液化土层，液化指数为0～7.55，液化指数均值为2.70。拟建场地地基液化等级属于轻微。本工程拟采用桩式护岸，对工程影响不大。

图1 新建护岸结构设计断面

图2 新建护岸桩位设计布置

2 先张法U形预应力混凝土板桩特点和优点

2.1 特点

（a）先张法U形预应力混凝土板桩为U形断面，截面宽度为1 020 mm、截面高度为450 mm、板壁厚度为120 mm（桩顶500 mm范围厚120 mm板增加到240 mm）、桩长为14 m（图3）。

图3 先张法U形预应力混凝土板桩实景

（b）U形桩一侧预留凹槽，另一侧设置凸榫，凸榫侧靠近桩顶的1/2桩长范围内预埋橡胶止水条。成排的U形桩形成后，凸榫插入凹槽由止水条起到排桩内外两侧的止水效果。凹槽侧桩尖长500 mm范围切削成斜面，形成楔形踏面，利于沉桩时在楔形踏面形成一个侧向力，使得凸榫与凹槽结合更紧密。

2.2 优点

（a）节能环保：采用预应力U形混凝土板桩，钢筋混凝土用量相对普通平板桩少，减少矿产资源的消耗，节能节材效果明显。经过测算，四级航道改造为三级航道中护岸形式采用U形预应力板桩，每公里航道（按两侧计算）可以节约土地利用面积约为6 700 m2。

（b）耐腐稳定：U形板桩挡土耐腐蚀，具有钢板桩的特点又克服了防腐问题，而且稳定性好，能适应较为复杂的施工工况条件。

（c）结构合理：U形板桩采用独特的变截面结构设计，在加大截面高度、增大截面抵抗弯矩的同时也增加了截面宽度，从结构力学原理分析，受力特点与工字型受力特点一样，有良好的抗弯性能；曲面结构对船行波的消浪作用明显，可减小行船阻力，提高经济效益。

（d）简易美观：改变了传统护岸工程施工工程量大、施工速度慢、施工人力成本高、成型后质量不稳定等缺点，安全、美观、可靠。

（e）工期保证：工厂化生产，质量稳定，生产速度快，工期控制较容易；施工不受汛期影响，施工时对通航影响小。

（f）止水性好：凹凸榫槽加设橡胶止水条，结合紧密可靠，止水并防水土流失，可防止船行波冲刷，避免了岸坡塌方，养护、围护成本低。

2018年1月26日，住房城乡建设部等部门联合印发《关于在内地(大陆)就业的港澳台同胞享有住房公积金待遇有关问题的意见》后，自治区政府相关部门高度重视，在此基础上进一步提出台胞在广西工作、学习或是创业的，均可以自愿缴存住房公积金。该项政策的落实，是从根本上为台胞在大陆买房提供了更多的优待政策。住房公积金是一种住房保障政策，为台胞落实住房公积金相关制度，实际上就是为台胞落实住房保障政策。从长远看来，有利于进一步吸引台胞来桂投资、生活，为两岸经济文化交流奠定基础。

3 主要施工技术[1-5]

3.1 振动沉桩法试沉桩阶段

振动沉桩法在其他工程的先张法U形预应力混凝土板桩施工中已有成功的案例，所以本工程首先拟采用振动沉桩法。在先期工程南段U形板桩试打过程中发现越往北振动下沉越困难。

经研究发现，振动打桩机的原理是机器产生的垂直振动传给桩体，导致周围的土体结构因振动而强度降低。对砂质土层，颗粒间结合被破坏，产生微小液化，对砂土会使桩尖下阻力减少，利于桩的贯入。但对结构紧密的细砂层，这种减阻效果不明显，当细砂层较松散时，反而会因振动而加密，更难以沉桩。而本工程U形板桩桩顶标高+1.6 m到桩尖标高－12.40 m的土层范围内，其中成因类型为河口～滨海的②3灰色砂质粉土夹粉砂层，层底标高范围－4.13～－7.29 m（层厚4.40～8.60 m），工程越向北段层底标高越深、土层厚度越大，该土层摇震反应迅速，具有愈振动愈固结的特性（俗称“铁板砂”），难以采用振动法沉桩。试验段采用振动法下沉的10 根桩间隙较大，质量较难保证。

针对以上情况，在这种土质地质条件下，决定将振动沉桩法调整为锤击沉桩法。

3.2 锤击沉桩法正式沉桩阶段

3.2.1 沉桩准备

（a）打桩顺序：按照桩位设计布置图，板桩U形断面的底部朝向迎水面，而桩尖长500 mm范围的切削斜面形成的楔形踏面在U形断面左边凹槽侧，为确保有利于沉桩时在楔形踏面形成一个侧向力，使得凸榫与凹槽结合更紧密。凹槽侧楔形踏面应在板桩施打行进方向前端，另外，由于工程位置处于清运河航道东岸，所以打桩顺序应设定为由南向北施打。

（b）测量控制：根据坐标定出桩位轴线，现场设定轴线控制点及水准控制点。

（c）设备进场：打桩设备在起始桩位置进行安装调试，通过在板桩墙纵轴线及其垂直方向设置的经纬仪对桩架调正。

3.2.2 沉桩

桩起吊就位插桩后，采用2 台经纬仪测定垂直度，调正桩锤、桩帽、桩垫及导杆，使其与打入方向为一直线，并经常保持缓冲垫的厚薄均匀，避免偏打。初期缓慢试打，确认桩的中心位置正确后转为正式打入。开始锤击时，先缓慢间断试打，直到桩进入土层2～3 m后再连续正常施打。由于本工程②3灰色砂质粉土夹粉砂层土层较厚，施工中可考虑间断停打。

3.2.3 质量控制

打桩初期如发生倾斜，可将桩拔起修正或拔起再重新打入，重打时若仍向原打入方向偏斜，可使用坚固的导材按所定位置打正。打桩期间若发生贯入度异常、桩身损坏、桩锤工作失常、桩架失稳等情况，应暂停施工，经研究采取适当措施后再恢复沉桩，并做好打桩记录表。

（a）垂直度控制：垂直度对U形板桩尤为重要，桩成倾斜状沉入土中，会影响凸榫紧密地插入凹槽，形不成严密的排桩墙，止水条也起不到应有的止水效果。施工时严格按1/100桩长的允许倾斜度来控制。为确保高垂直度，首先做到场地密实、平整，打桩架配置精确、灵便地垂直控制系统。插桩前，桩架的导杆调至垂直，桩进档后要徐徐放下，插入土中后及施打过程中通过在板桩墙纵轴线及其垂直方向设置的经纬仪复核垂直度。

（b）标高的控制：按设计要求，本工程U形板桩沉桩标高以设计标高控制为主，贯入度作为参考。贯入度通过试桩确定，若沉桩过程中贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，应连续锤击3 阵、每阵10 击，此时以贯入度控制为主，桩尖标高作参考。

（c）防板桩向行进方向倾斜：由于与已打设的板桩榫口处的阻力大于正在打设的板桩周围土体阻力，形成一个不均衡力，使板桩向前进方向倾斜。这种倾斜需要尽快调整，可以采用卷扬机钢索将板桩反方向拉住后再锤击。

（d）防U形板桩转动：板桩沉桩可能会以榫口为中心发生转动而偏离位置，影响板桩墙平整度和板桩墙轴线偏移。为限制U形板桩转动，需要设置导架以保证施工精度，并且在导架的导梁与板桩之间插入垫块，同时利用板桩墙纵轴线及其垂直方向设置的经纬仪进行观测，避免板桩转动。

（e）板桩动测试验：成桩动测抽样率为2%，单桩缺陷面积应小于20%。

（f）沉桩允许偏差：板桩平面位置允许偏差为±50 mm；垂直度允许偏差应小于10 mm；设计标高处平面位置板桩间距允许偏差为±20 mm。

4 新工艺的改良措施

随着社会不断发展，航道改造中对生态性、亲水性和美观性要求的逐步提高，针对航道的使用要求，需对目前的产品及工艺进行进一步的改良，主要措施有：

（a）在板桩上部预设孔洞，并在内侧增加透水无纺布，增加板桩内外侧的水交流。

（b）景观河道区域，可在外侧设置预埋件，挂设装饰板或直接做仿石喷涂，展示护岸的多元文化。

（c）在确保质量安全的前提下，加强灵活性，对各细部进行不断优化。可以朝装配式结构方向发展，不断开发各种装配式构件，对板桩自身及细部构造进行装配。

5 结语

传统的前普通平板桩、后方桩高桩的承台结构的传统护岸方式，将由前预应力U形板桩、后预应力PHC管桩的新型高桩承台结构所取代，是一种必然的发展趋势。先张法U形预应力混凝土板桩通过在本工程中的成功实施，不但体现出施工便捷、节能环保、结构合理、经济美观等优点，而且应用效果也很好（图4），可大力推广应用并为其他类似工程提供借鉴经验。

图4 航道整治双向通航竣工断面实景