澜水河河道整治工程中PC壁体桩的应用

周成利

(清远市水利水电勘测设计院有限公司，广东 清远 511500)

1 工程概况

澜水河位于清远市清城区东城街道办辖区，澜水河流域大部分为山前平原，有少量山丘，下游地区为城市建成区。根据清远市城区的相关规划，计划对澜水河下游河道进行整治，并对整治河道两侧区域进行房地产开发，整治河段从大学路与金碧路交接位置开始，于锦绣路结束。工程主要任务是结合城市规划对澜水河锦绣路至金碧路段进行岸线整治，并对河道两岸进行防护支护，在满足行洪安全的同时，兼顾城市规划，满足房地产开发和水景观的要求。

澜水河锦绣路至金碧路段流经城市建成区，其中锦绣路至海逸路段两端均为过路箱涵，中间260 m河段两岸现状均为土质岸坡，左岸为房地产开发项目，右岸为城中村，房屋较为密集、施工作业面较小。根据地质勘察钻孔资料，本河段地质条件较差，河道两岸岸坡多为人工填土，且地下水埋深较浅，河道底部淤泥质粉质粘土层较厚，不适宜作基础持力层。因此，需根据现场实际地质条件和施工条件，结合不同护岸型式的结构特点，分析确定适合本河段的护岸型式。

2 护岸设计型式比选

根据清远市防洪排涝相关规划，此段河道20 a一遇设计排涝水位为11.79 m，设计河面宽40 m，现状河道岸顶高程为12.7 m，满足规划要求，但局部河道宽度不足40 m，需对局部河道进行开挖拓宽，并采用下部直立式护岸才能满足规划要求。受下游北江水位顶托，本河段常水位为10.0 m，因此本河段规划景观水位也为10.0 m。根据水文分析计算，本段河道设计河床底高程为7.6 m～7.8 m，考虑河道两岸居民通行和休闲需求，本段河道护岸需设计亲水平台，亲水平台高程为11.1 m～11.3 m，亲水平台至设计河底高度为3.5 m，即河床面以上护岸高度为3.5 m。

根据以往工程经验，常用的直立式护岸有重力式挡墙、衡重式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙等型式。由于护岸高度不高，常采用重力式挡墙作为护岸型式，故设计中将重力式挡墙和PC壁体桩进行方案比选。PC壁体桩是一种新型混合配筋预应力混凝土空心桩，近年来，作为新型护岸型式在河道整治工程中得以大力推广，具有水平承载力高、止水效果佳、施工便捷等优点。根据现场实际地形，重力式挡墙和PC壁体桩两种护岸型式设计断面见图1和图2。

图1 重力式挡墙护岸设计断面

图2 PC壁体桩护岸设计断面

根据两种护岸设计断面，从工程投资、施工难度、适用条件等方面分析其优缺点，见表1。

表1 两种护岸型式对比表

由于河道两岸现状为房地产开发项目和城中村，为避免对两岸的建筑物造成不利影响，客观条件不允许展开较大的开挖面，因此，若采用传统的重力式挡墙方案，需将护岸治导线往河道范围退让，这样既缩小了河道行洪断面又需要对护岸基础进行处理，不仅不符合相关规划要求，又增加了基础处理及临时围堰投资，造成总造价与PC壁体桩方案较为接近，而采用PC壁体桩方案则避免了上述问题。综合考虑工程投资、施工难度、适用条件等方面，本河段采用PC壁体桩护岸型式。

3 PC壁体桩选型及布置

河床面以上护岸高度为3.5 m，护岸背后回填开挖料，以粉质粘土为主，根据地勘钻孔资料，从河床面往下的地质结构为3 m厚的淤泥质粉质粘土层，3.5 m厚的粉质粘土层，再往下为分布广泛的中砂层，局部分布砂卵石层，承载力较高，可作为桩基础持力层。根据平衡原理，计算PC壁体桩嵌入深度不小于6.3 m，综合考虑嵌入深度和桩基础持力层深度，选用桩长12 m的PC壁体桩。

根据《水工建筑物荷载设计规范》(SL 744-2016)，选取最不利工况，即墙后高水位墙前水位骤降时，分析计算桩体变形内力，复核验算整体稳定、抗倾覆稳定等。经采用同济启明星深基坑支挡结构设计软件计算，桩身最大弯矩值为196.4 kN·m，最大剪力值为95.6 kN。整体稳定安全系数K1=2.93，抗倾覆安全系数K2=1.25，均满足规范要求。对照相关厂家提供的各型号壁体桩力学性能表，选取边长为400 mm内径为240 mm的Ⅱ型PC壁体桩，其抗弯设计值为202 kN·m，抗剪设计值为199 kN，该型号PC壁体桩满足工程设计要求。

由于本河段位于城市建成区，为保证与两岸景观协调美观，本河段PC壁体桩宜采用直线与圆弧组合式布置，桩间距为0.4 m。

4 PC壁体桩施工方案

4.1 施工方法选取

PC壁体桩沉桩方法主要有锤击法、静压法、振动法以及植桩法等，各种沉桩方法及适用岩土层情况见表2。

表2 壁体桩施工方法及适用岩土层

根据地勘钻孔资料，从河床面往下的地质结构为3 m厚的淤泥质粉质粘土层，3.5 m厚的粉质粘土层，再往下为分布广泛的中砂层，局部分布砂卵石层。理论上上述4种施工方法均可满足施工要求，但考虑施工河段位于城市建成区，对环保要求比较高，因此采用噪音较小的静压法施工方案。

4.2 施工工艺

(1)护壁桩定位。根据图纸放出护岸轴线和壁体桩桩位，并在轴线主要节点埋设控制桩，以便在沉桩过程中对护岸轴线和壁体桩桩位进行校对。为控制送桩标高，应在压桩区设置1～3个水准控制点，考虑沉桩过程中桩体产生的挤土效应，水准控制点尽量设置在比较稳定的位置。做好轴线控制桩后，根据实际沉桩线路图计算出坐标值，用全站仪将每根壁体桩的桩位确定出，并用40 cm长的钢筋或竹竿固定桩位中心，以方便插桩和对中。

(2)壁体桩吊运和沉桩。本工程选用桩长12 m的PC壁体桩，吊运采用两头勾吊法，竖起时采用单点法，待壁体桩放入桩机就位后，通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整，确保位置和垂直度符合要求后利用桩锤的自重将桩体压入土中。刚开始压桩时，速度不宜过快，应根据地质情况选择压桩速度，一般以1.0 m/min速度为宜。压桩过程中也需借助经纬仪对桩体的垂直度进行实时监测，避免桩体出现倾斜的现象发生。当沉桩过程中遇到较厚的卵石层或其他障碍物时，可采用长螺旋桩机引孔，然后在孔内插桩后沉桩。

(3)壁体桩与冠梁连接工艺。为有效限制壁体桩桩顶的水平位移，并保证各桩能整体承受荷载、协同工作，需在桩顶设置承担竖向剪力和水平力的冠梁。壁体桩必须伸入冠梁15 cm～20 cm，同时沿内孔周边布置锚筋，锚筋伸入冠梁内，与冠梁刚接，下端部与托板焊接。同时在冠梁钢筋绑扎前，将壁体桩顶部中间空心部分灌入混凝土，填芯高度约为壁体桩边长的两倍，混凝土强度不低于C30。

5 结语

本段PC壁体桩护岸已完工近一年时间，经现场巡河监测未发生明显水平位移和不均匀沉降等现象，冠梁也未出现明显裂缝，整体外观质量保持较好。PC壁体桩是一种经过多年大量实践使用的成桩方式，在条件适合、设计满足时，是具备推广和应用的成熟技术。其在城镇型河道治理的成功应用，既兼顾了河道整治的美观性和高效性，又满足了河道护岸工程的安全稳定和质量保证，可以为城镇型河道治理工程提供参考。但其在理论和工程实践上，还需要我们不断的积累、改进和完善。