水力冲沉板桩在钱塘江堤防工程中的应用

章 洁

(杭州市萧山区浦阳江流域管理处，浙江 杭州 311201)

1 工程概况

萧山区围垦外八至外十工段标准塘工程位于钱塘新区大江东北部江滨，与海宁市盐官镇一江之隔，工程西起外八工段排涝闸，东至外十工段排涝闸，全长4.393 km。本工程主要建筑物标准塘为1级，相应防洪潮标准为100年一遇，工程建设的主要内容包括围堰、丁坝等临时工程及板桩垂直防冲、护坦、护坡、防洪墙、堤顶路面、内河挡墙及绿化等永久工程。工程属老堤加固，断面结构采用混合式，设计塘顶高程10.15 m、防浪墙顶高程11.15 m，上部直立挡墙(防洪墙)采用C30混凝土现浇；下部斜坡为40 cm厚C30混凝土现浇，坡比为1∶2.5，高程6.60 m、4.15 m处分别设2.5 m、1 m宽平台，护坡下分别为10 cm厚C15混凝土垫层、100 cm厚石碴垫层和400 g/m2机织无纺复合布一层；底脚垂直防冲采用钢筋混凝土板桩+抛石结构，C30钢筋混凝土板桩长10 m，底高程为-9.12 m，上部与C30钢筋混凝土框格梁相连，护坦顶高程1.50～1.38 m、宽8.1 m、厚50 cm，板桩外江侧混合石料抛填、表层抛理大块石，面宽10 m，工程标准断面图(见图1)。工程的实施是大江东、临江工业园区发展的需要，将有效提高区域防洪减灾能力，同时也将成为钱塘江南岸一道靓丽的风景线。

图1 工程标准断面图

2 工程水文

工程区河段处于钱塘江河口段中下游，下接尖山河湾，潮流和径流作用均较强，同时也是涌潮最壮观的河段之一。盐官(工程区)历史最高潮位7.75 m，历史最低潮位-1.49 m，平均高潮位3.99 m，平均低潮位0.81 m，结合浙江省河口院对钱塘江河口设计高水位复核计算成果，本工程100年一遇设计高水位取8.59 m。另外工程区涌潮过处，流急势猛，涌潮对海塘的破坏力极大，本工程项目附近盐官观测到的最大涌潮高度达2.0 m，涌潮瞬间最大压力70 kPa。根据江道特征的分析，工程区百年一遇设计条件下工程区最低冲刷高程为-2.5 m。

3 工程地质

老堤堤身主要由粉土素填土和块石素填土组成，外侧浆砌石护岸，堤外河床有厚度不等的抛石、碎石，呈不规则状分布，其间局部混夹粉土及粉砂，内坡种植草皮生态护坡。堤身粉土素填土经过填压，密实度较好，物理力学性质良好，力学强度高，坝体边坡基本稳定，无滑坡、沉降、沉陷等不良地质作用。场地土层划分为5个工程地质层，9个工程地质亚层，分别为①-1：块石素填土，①-2:粉土素填土；②-1:粉土，②-2:粉土，②-3：粉砂；③：淤泥质粘土；④-1：粉质粘土，④-2:粉砂；⑤粉质粘土。

4 板桩沉放施工

作为垂直防冲的组成部分，板桩沉放也是重要的隐蔽工程，施工质量控制的重要性可想而知。综合本工程地理位置、水文和地质条件，板桩沉放采用的施工方法是水力冲沉法，即用高压水枪插入板桩的射水孔内冲水，将泥沙外排，靠板桩自重下沉[2]。板桩沉放施工的主要步骤：板桩预制→吊运→冲沉→纠偏→终沉→板桩两侧开挖→缝隙处理。

4.1 板桩预制

C30F50预制钢筋混凝土板桩在堤后护塘地上一次性预制，预制板桩采用定制钢模板，钢模板内侧涂刷脱模油。钢筋绑扎完后再进行模板安装，模板与钢筋之间设2.5 cm混凝土垫块，混凝土由拌合机拌制，插入式振捣器振捣密实，板桩制作允许偏差指标(见表1)，板桩横断面标准图(见图2)。

表1 板桩制作允许偏差指标列表

图2 板桩横断面标准图

为提高模板的使用效率，在板桩预制时采用隔仓浇筑法进行浇筑，具体施工工序为：第一次支模→第一次绑扎钢筋、安设吊环→第一次浇筑混凝土→养护至30%强度拆模、涂刷隔离剂→第二次绑扎钢筋、安设吊环→第二次浇筑混凝土→养护至30%强度拆模→养护至100%强度→起吊、运输、堆放。

4.2 板桩吊运和堆放

板桩用16 t履带式起重机起吊，再用10 t半挂车运到施工地点，然后再吊入基坑内，为保证就位正确，吊装采用两点垂直起吊，板桩侧面预埋吊钩扣上钢丝绳，人工拖拉板桩，使其就位迅速、准确，吊装时不致晃动、转动，板桩安装时应使无吊环底面朝堤塘内侧，以利于安装就位固定、整体连接。板桩达到设计强度70%时可在预制场内水平吊运，达到设计强度90%时可外运，达到设计强度100%时方允许冲沉；板桩运输过程中搁置点和起吊点须在吊点位置，多层堆放时应采用多支垫均匀堆放，各层支垫位置应在同一垂直线上，不超过三层。

4.3 板桩冲沉

(1)清基、降水

首先进行测量放样，采用挖掘机挖除沉放部位的抛石层。若板桩部位局部抛石底高程低于-2.0 m，则须加大开挖深度至清除抛石为止。板桩轴线外侧8 m的位置每隔4 m搭设深12 m的深井进行降水。

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(2)板桩轴线和高程控制

根据业主提供的控制点，测量人员先在每个施工区域的东西隔堤上用水泥桩定2个轴线控制点。施工放样时先在板桩轴线的大概位置搭设龙门桩的竖向钢管桩，然后用水准仪测出板桩的顶高程并在竖向的钢管桩上标出，再根据高程搭设龙门桩的横向钢管，最后用全站仪放出板桩轴线的外口线，用红油漆标于横向钢管上。施工时拉一条施工线系在各个龙门架上，作为板桩冲沉时的轴线和高程控制线，用以保证板桩冲沉轴线顺直、沉放竖直，在板桩冲沉过程中每天进行复测。[3-4]

当板桩竖直插入架设好的导向围囹内，吊装纵、横定位好后，经检查无误，开始冲沉。用高压水枪(水枪长度应与板桩高度相适应，挂设在手拉葫芦上，人工控制手拉葫芦)插入板桩的射水孔内冲射桩底泥沙，使泥沙往板桩边挤出，从而使板桩慢慢下沉。[5]板桩开始沉入土中时为保证桩身不发生倾斜移位，板桩仍用吊机施吊，当板桩入土达到一定深度(按经验为2 m以上)时，将板桩脱离吊机挂钩，用挖掘机校正后再进行冲沉至设计高程。为保证各板桩间衔接紧密，板桩冲沉顺序为凸榫套凹榫。板桩停止冲沉时立即用两只1.5 t手拉葫芦[6]，以原板桩5根以上为支点从两边相互拉紧固定，防止下一根板桩冲沉时发生超沉或偏位现象，使板桩间的缝隙控制在允许偏差内。如遇地质变化，无法冲沉至设计高程时，辅以外冲。板桩沉放后、混合石料回填前，桩背缝隙-3.0 m高程以上采用400 g/m2无纺土工布至少2～3层塞缝，塞缝深度至少3 cm，以形成整体封闭。板桩沉放允许偏差指标(见表2)。

表2 板桩沉放允许偏差指标列表

5 板桩两侧混合料回填

板桩两侧混合料采用自卸汽车运输，挖掘机及推土机铲送到位。填筑块石混合料时，应注意在板桩边侧抛石时，不得使板桩发生倾斜、移位等现象。填筑的块石混合料用推土机碾压至密实。[7-8]板桩两侧回填块石混合料时，板桩内外两侧块石混合料均衡上升，高差不超过50 cm，防止偏压引起板桩横向位移。

板桩外侧采用大块石理砌防冲，所用大块石单块重量须≥400 kg，且石料新鲜、质地坚硬，不得使用风化石。大块石理砌采用挖掘机勾砌的方法进行层层堆砌。

6 水力冲沉板桩在钱塘江堤防工程应用中的优点

(1)施工机械简单、受降雨等天气影响微弱

萧山区围垦外八至外十工段标准塘工程在板桩冲沉阶段曾遇到2—3月份连续阴雨天气，但由于施工机械简单、操作便捷，在前期已预制完板桩的基础上，在冲沉阶段施工进度基本不受天气影响。

(2)施工效率高、可控性强

萧山区围垦外八至外十工段标准塘工程分为2个标段，每个标段分为4个基坑作业，线性工程基本都具有战线长的特点，加之工程时间紧、任务重，这就要求各个单元工程要在短时间内在保证质量的基础上，各施工面同时开展作业，水力冲沉板桩便具有施工效率高的特点。在施工机械和人员配备都到位的前提下，各个基坑内板桩可以同时冲沉，先冲沉中间位置，后冲沉围堰接头位置，工程进度可以提升很快，可控性强。

(3)施工成本低

水力冲沉板桩的预制采用定制钢模，可以就近在护塘地上一次性预制完成，且脱模后钢膜可以重复利用，在萧山区围垦外八至外十工段标准塘工程相邻的几个钱塘江堤防加固工程都是采用类似的水力冲沉板桩，因此可大大节省施工成本。

(4)水力冲沉板桩属于静力排土桩，因此可避免振动对周围建筑物的影响。

7 结 语

通过施工人员的现场摸索、经验总结，监理单位的现场监督和建设单位的技术指导，目前在钱塘江河口段中下游已经探索出一套水力冲沉板桩的施工经验。萧围外八至外十工段标准塘工程水力冲沉板桩的成功应用给之后的萧围东线、萧围北线等标准塘工程等垂直防冲提供有益的工程经验。