浅谈打入型反滤体在预制桩生态护岸工程上的研究

陈亚军 纪 伟 袁承斌 李延安

（1.徐州市水利建筑设计研究院有限公司 徐州 221000 2.扬州大学 扬州 225000 3.江苏淮阴水利建设有限公司 淮安 223000）

1 研究意义及必要性

1.1 研究意义

我国明确提出2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的目标。实现碳达峰、碳中和是一场硬仗，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，对建设行业而言，装配式建筑行业可以从资源高效利用和减少排放的两方面来支持国家碳达峰、碳中和目标的实现。近年来，水利工程装配式结构逐步推广应用，在直立式护岸方面，预制桩逐步代替传统结构，形成如波浪桩、板桩、护壁桩、管桩等众多截面形式的预制桩，其通过高性能材料、标准化设计、工业化制作、机械化施工突破护岸结构应用模式，推动护岸结构设计、施工的低碳转型。本文正是针对打入型土工织物筒袋应用于预制桩生态护岸结构的关键技术研究，解决预制桩等直立式挡土墙护岸结构在滤水和挡土等方面存在的困难，为预制桩生态护岸可靠、稳定、生态运行奠定坚实的基础，有利于预制桩在生态护岸方面的进一步推广应用。

1.2 必要性

预制桩主要是由锤击、振动或静压法将桩逐根打入土体，密排布置形成直立的桩墙结构，为挤土桩，在施工过程中，由于放样、设备和地质软硬差异的影响，势必造成桩基平面位置、垂直度偏差，故相邻桩间会存在一定的间隙，对于砂性土、风浪影响河道存在漏土的隐患，目前主要的解决措施有滤和堵两种，滤即是在桩墙后铺设土工布做反滤，堵即是在桩墙后设置防渗墙或在桩间榫槽内灌浆或填充止水胶条，但上述措施仍存在以下问题：

（1）采用滤的措施时，是在预制混凝土板桩施工完成后，桩墙后挖土，垂直铺设土工布在桩后，再回填土压实整平，该施工方法存在如下风险：①桩后开挖受空间限制，边坡一般较陡，导致边坡可能存在失稳风险；②桩后土方开挖回填，边坡不是原状土，边坡土虽经压实，仍存在孔隙，岸坡存在下沉可能，影响边坡整体安全；③河道不能降排水，导致水位高，难以实施铺设土工布；④河道边坡地质条件相对较复杂，有地下水且地质为粉砂、粉土等液化土层，不易实施。

（2）采用堵的措施时，预制混凝土桩侧壁设置了榫槽，顶部埋置遇水膨胀橡胶条或灌浆，但由于受地质情况、施工等因素影响，从而导致桩体垂直度偏差，不能有效挡土。同时，堵的措施需要另外设置排水孔，且不方便设置反滤体，穿墙排水孔易于堵塞，排水效果差，导致墙后水位抬高，影响边坡安全，也隔断了内外水系，降低了预应力混凝土桩结构的生态性。

鉴于现有技术的上述缺陷，同时为进一步简化施工，凸显预制桩在无防渗要求水利护岸工程中的生态性和环保性，提出一种用于防止预制桩间漏土的打入式土工织物筒袋技术，解决桩间防漏土措施不便实施以及水体交互不畅等问题，探索生态护岸新措施，并推广应用。

2 预制桩生态护岸概述

预制桩墙用于生态岸坡，兼有生态与装配两大优点，已积累一定的研究成果。预制桩墙间连接通常做法：①缝间填遇水膨胀橡胶条；②缝间灌浆；③墙后铺土工布做反滤体等；④桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩封缝；⑤桩间做止水钢板。

针对无防渗要求的预制桩墙间连接问题，通过对国内外研究情况调研分析，主要分为两大类：一是沉桩定位控制技术方式，二是新材料或组合材料方式。

2.1 沉桩定位技术

此类技术主要是在桩侧面端部设置必要的榫槽，并设计足够刚度的沉桩定位导向架、限位装置，以此来控制沉桩偏差，同时将顶部凹槽的尺寸适当扩大，防止过滤槽或止水槽失效，之后在凹槽内进行灌浆或填充反滤材料处理。

2.2 新材料或组合材料方式

该类技术主要分为两类，包括在预制桩结构中预埋型钢、止水袋以及桩间插入透水混凝土板材等。相关技术结构形式如下：

（1）通过在桩身挡土段一侧预埋C 字形钢板，另一侧预埋工字形或T 形止水钢板（图1），沉桩时将工字形或T 形止水钢板对准C 字形钢空腔插入，之后在空腔内灌入浆体，形成止水结构，连接可靠，泄水部分也可填充透水材料，但制作难度大，钢材用量大，经济性一般，同时容易造成端板拉坏。除C 型钢外，还有其他类似形式的止水钢板型结构，如接头处设计圆形钢管连接、内外双层止水板或与钢板桩组合。

图1 桩间止水钢板平面布置与连接图

（2）桩侧设有榫槽结构，凹槽侧预埋止水膜袋（图2），沉桩时桩间预留一定孔隙，待沉桩后再向膜袋内注入水泥浆，或粗颗粒透水材料，通过膜袋挤压沉桩后形成的空间，从而达到止水防漏的目的。但在预制板桩制作、运输和施工过程中可能造成止水膜袋的损坏，造成填充料达不到设计要求。

图2 桩间止水膜袋平面连接图

（3）采用组合桩板的形式，预制板桩间隔布置，在桩间插入透水混凝土板，板的形式可为如图3 所示的Ⅱ型结构，主体框架为普通混凝土，前后面板采用透水混凝土，中间空腔内填充反滤材料，板与桩之间的孔隙采用水泥浆等灌浆材料封堵，通过插板形成止水缝，透水混凝土面板和反滤料形成透水通道，实现防漏和内外水体交互。该技术由于板桩间距大，对整体刚度有所削弱，适用的挡土高度受到一定的限制。

图3 桩后透水混凝土板平面连接图

上述技术在施工过程中，有的施工不便，有的会因相邻桩间存在一定的间隙产生漏土隐患，影响边坡安全与结构的生态性等。

3 研究内容

针对上述问题，徐州市水利建筑设计研究院有限公司陈亚军发明了一种防止挤土桩桩间漏土的土工织物筒袋的专利能很好解决。该打入型反滤体技术通过在预制桩后设置土工织物筒袋，基于预制桩为挤土桩，桩体施工时，桩间会存在不同程度的缝隙，导致土体颗粒从缝隙间流走，引起河道塌坡。通过设计在预制管桩临土侧桩间部分采用土工织物筒袋（见图4），筒袋底高程低于河底不小于50cm。设计采用的土工织物筒袋通过在袋内部填充砂粒，由于其柔性，能有效与预制桩体紧密连接，适应桩、土体变位；土工织物筒袋袋体具有一定的抗拉强度，在桩与桩之间存在细小缝隙时，袋装砂能与相邻预制桩一起，形成自稳体系，起挡土作用，且土工织物筒袋能起排水反滤作用，减少墙前后水头差；预制桩为挤土沉桩，在施工过程中，会使桩周部分土体扰动，而打入型土工织物筒袋正好可以利用其自身材料具有一定的伸长率以及砂粒料密实作用，能使桩墙后部分扰动土体挤密实。

图4 土工织物筒袋及其施工钢管图

施工时采取筒袋牵引头（图4 中标号2，下同，包括导向套筒和锥尖体），通过中空钢管（标号5）给上压板（标号3）传力给锥尖体可以带着土工织物筒袋（标号1）轻松进入土体到设计高程并进行挤土，实施阻力相对较小；锥尖体的导向套筒能保护土工织物筒袋的底部端头，并能沿着相连桩体外壁顺着向下挤土，起到导向作用。通过在土工织物筒袋袋体内设置一个中空钢管，既可以用其对锥尖体施加压力送土工织物筒袋，又可以通过灌砂口（标号51）向钢管内部注入砂粒，边振动中空钢管使砂粒密实，并缓慢提升钢管，最终形成结构体。

该设计方案具有以下优点：①不需要预制桩施工完成后，在桩后开挖土方，然后铺设土工布和反滤体；②不需要破坏边坡原状土，而且在桩后土工织物筒袋内装黄砂，能挤密受打桩扰动的土体；③不需要施工降排水，特别是对河道高水位不能实施，能解决应急抢险问题；④边坡地质条件相对较复杂，有地下水且地质为粉砂、粉土等液化土层，一般方法不易实施时可以采用；⑤不需要采用搅拌桩或者旋喷桩等解决桩间漏土问题。

4 结论及展望

打入型土工织物筒袋技术适用性强，既生态环保又方便施工，造价相对较省，具有广阔的应用前景。该项技术已在云龙湖景区八一大沟南岸河坡塌坡治理工程、徐州市郑集河输水扩大工程等项目中初步得到应用，取得了一定的效果。为更好地推广应用，还需在以下方面对其进行深入研究，探索一套安全可靠、施工便捷、经济环保的生态护岸型式：

（1）对土工织物筒袋袋体的受力、抗老化等性能进行研究，优化结构设计。

（2）探索在护岸桩体最大允许施工偏差（平面桩位、桩垂直度）的情况下，带填充料的筒袋整体结构以及筒袋内填充材料的研究。

（3）通过土工织物筒袋直径及填充料和预制桩尺寸的关系，研究桩间最大允许间距，更好地进行水体交换，并开展土工织物筒袋施工工艺的研究。

（4）开展针对土工织物筒袋中导向套筒和锥尖体的构造优化或者可回收再利用的研究，节省材料成本■