U型板桩在郑集河输水扩大工程中的应用探讨

朱太升 张 会 马衣峰

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸及渡漕等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。水利工程施工质量事关政治稳定、社会安定和人民安居乐业，是保证水利事业持续健康稳定发展的重要前提。

一、U型板桩的特点

在水利堤坝施工中，支护结构是重点施工内容。U型板桩是一种新兴的支护结构，始于20世纪90年代的荷兰、日本等国家，我国于2009年才开始在工程中应用。目前，U型板桩广泛应用于航道护岸、海上围堰、城市基坑围护等工程中，取得了良好的工程效果。U型板桩采用变截面结构设计，具有壁薄、自重轻、抗弯性能优等特点。其受力钢筋采用预应力钢筋或预应力钢绞线，在满足受力性能的前提下，节省了钢筋的用量，降低了造价。U形板桩混凝土通常采用C60高强高性能混凝土设计，在满足强度要求的同时提高了混凝土的耐久性。板桩成型采用振动成型排桩施工方法，施工快捷，既保证了施工质量，又不因施工而破坏桩体，同时根据不同的地质条件采取不同的辅助工艺（如采用高压射水沉桩）进行施工，对周边建筑及道路影响较小。其施工不受汛期和雨季等的影响，大大提高了河道护岸施工的效率。

二、U型板桩在水利工程中的应用

1.工程概况

徐州市郑集河连接丰县大沙河和京杭运河，是徐州西北部重要的河道之一。其输水扩大工程（铜山区）施工1标段河道经方案比较决定采用板桩护岸，板桩混凝土强度等级为C60。该工程板桩为薄壁型先张法预应力混凝土U型板桩，板桩由预制厂生产。

2.施工设备的选择

8m桩型采用挖掘机ZX-450型改装350P振动锤施工，振动锤具有较大的冲击能力，工作效率较高。根据太沙基有效应力原理，振动锤在打桩时砂土层受震动液化，有效应力将明显降低，从而减小了沉桩阻力。其余桩型采用4.5T柴油锤击法施工，柴油锤冲击沉桩垂直度控制更有效，穿击硬土层更实用，桩头采用高密度橡胶做桩垫保护桩头，必要时采用履带吊配合喂桩。

3.施工工艺及方法

在沉桩施工前，应对现场的测量控制基线点进行复核，根据现场情况进行施工平面坐标控制点和高程基准点的引测，进行沉桩施工基线的放样。

为控制好板桩墙的轴线位置、减少桩的平面扭曲和提高打桩效率，从而保证施工效果达到设计要求，施工前应根据施打的桩型焊接制作相应规格的导向架及导向轮，导向架应具有足够的强度及刚度。

为了使桩连接紧密，打桩是最关键的工序，为此，采用振动锤相对于岸边从一端向另一端单方向顺序施工，以达到使桩紧密的效果。板桩采用单根施打的方式，在沉板桩前依据方向打设导向架，导向架采用工字型钢，作为施打板桩的导向，并使板阴阳榫口紧密对接。板桩沉桩以标高控制为主。

混凝土板桩的打入采用振动加射水的方法。射水在板桩打入过程中具有重要作用，高压射水通过桩底喷嘴射出，不仅能冲松颗粒土和软化黏土，降低桩底阻力，而且大量的回水顺着桩体上冒，还能对混凝土板桩起到润滑作用，减少打入过程中土层的摩阻力。

表1 沉桩允许偏差表

表2 桩实际偏差抽查情况统计表

沉桩过程中，电子经纬仪应架设于沉桩机械附近的两个垂直方向上，严格控制桩身垂直度与桩顶平面位置。沉桩时，要保持起重机钢丝线、夹持器、桩头、桩身四者中心在同一直线上。沉桩开始入土2m时，观测桩体是否偏位，若偏位，立即停机，调整桩位，可把桩体拔出，清障回填后重新沉桩；入土2m后，测量桩体是否偏位，若偏位，立即停机进行桩位校核后方可继续施工。

柴油锤击法沉桩的施工主要包括提垂吊桩和垂直打桩两个步骤。桩机就位后应平稳垂直，桩中心线与打桩方向一致并检查桩位是否正确，然后将桩锤和桩帽吊起，使锤底高于桩顶，以便进行吊桩。

吊桩用桩架上的卷扬机或吊车将桩提升就位，待桩顶送入桩帽后，桩和锤缓缓下滑，桩尖垂直对准桩位中心，再将桩缓缓下放插入土中，分别从相互垂直的两个方向用经纬仪或用线锤调整桩在两个方向的垂直度，使桩的垂直度在允许误差范围内。

打桩宜采用重锤低击方法，落距不宜超过1.8m。入土速度应均匀，锤击间隙时间不宜过长，否则会使桩身与土层之间摩擦力恢复，造成打桩困难。

4.板桩沉桩质量控制

打桩属于隐蔽工程，为确保工程质量，必须对每根桩的施工进行全过程观测，并做好记录，当桩下沉到接近设计标高时，应在规定的落距下，记录锤击一阵（10锤）后贯入度，确保贯入度在设计规定范围内。施工时以标高控制为主，贯入度控制为参考。由于地势有一定的起伏，桩顶标高控制采用水准仪控制，不可采用桩架划线用目测方法控制标高。

在沉桩时，锤击桩机和桩宜保持在同一轴线上。加强对沉桩施工过程的观测，对施工中出现的异常现象，做好记录，并查明异常现象的原因，采取相应的有效措施。沉桩完成时应及时进行夹桩，以便桩基形成一个整体，并进行沉桩偏位的测量。由于钢筋混凝土板桩是刚性体，轴线方向阴、阳榫锚固相连形成一堵地下墙体，所以定位桩的垂直度和稳定性很关键，在施工过程中采用两台经纬仪严格控制板桩的垂直度和平面位置，并按要求将定位桩沉到设计标高，以确保定位桩的稳定性。完成定位桩的施打后，逐根依次将下一根板桩套榫插入，然后一次性沉桩到设计标高位置。板桩墙是连续的，每根桩的正位程度对后续桩的正常施打都有很大影响，在施打过程中应确保沉桩质量。具体要求如下：

（1）首先应确保预制桩的强度和龄期满足设计和规范要求。

（2）打桩前进行系统的轴线复合，板桩轴线偏差应控制在±50mm以内。检查和调整夹桩装置，以保证桩轴线符合要求，并防止板桩脱榫。

（3）用两台经纬仪校正和监控桩身垂直度。打桩开始至入土2m期间，发现偏斜及时停机调整，应把桩拔出，清障回填后重新沉桩。桩体严重倾斜时，应将桩拔出，用钢桩定位，再将桩重新沉入。

（4）桩下端位于软土时，以桩下端设计标高为符合要求，桩顶允许偏差应控制在±50mm范围。板桩施打至接近规定标高时，应调节打拔桩机的振动参数来控制桩顶标高。

（5）根据《板桩码头设计与施工规范》（JTJ292-98），同时结合工程实际，该工程沉桩允许偏差应符合表1要求。

三、U型板桩的施工效果

为了检查沉桩效果，施工后对随机抽取的10根桩的实际偏差进行了检查，结果见表2。

从表2可以看出，所抽查的10根桩，除了1号桩外，其他9根桩的施工质量全部符合允许偏差要求。经调查得知，在施工1号桩时，由于操作工人对施工机械操作不熟练，加之责任心不强，从而导致施工质量未达标。

四、结语

采用变截面结构设计的U型板桩，作为一种新兴的支护结构，尽管其壁薄、自重轻，但由于其采用预应力钢筋或预应力钢绞线，C60及以上高强高性能混凝土，故其不仅受力性能优而且耐久性能好，在航道护岸、建筑基坑围护等工程中得到了广泛应用，其施工设备、技术及工艺日趋成熟。但由于其在我国应用时间较短，所以在完善设计理论、优化板桩构造、研发机械设备以及规范施工工艺等方面尚需进一步研究■