倪霞
上海嘉定城市建设工程有限公司 上海市 201800
关键词：U型预制混凝土板桩、施工方法、堤防工程
引言：上海地区的土质属于长三角冲击层，地表以下百米内无岩石层，表层土60米以内基本为软塑状态的饱和粘土或砂质粘土，地基强度低，地下水位高。为提高地基承载力，上海的堤防工程中桩基础普遍采用钻孔灌注桩、预制混凝土方桩、普通预制混凝土平板桩、预制混凝土管桩等。近年来，随着经济、科技的发展，对堤防工程施工提出了更高的要求， U型预制混凝土板桩应运而生逐渐在水利堤防工程得以运用。本文以黄浦江堤防专项维修工程为例，检测U型预制混凝土板桩在堤防工程应用中的相关参数，分析其特点及优势，为U型预制混凝土板桩在其他工程中的应用提供借鉴依据。
一、工程简介
黄浦江堤防专项维修工程是上海市堤防除险加固工程，主要建设内容为加固、改建、新建防汛墙2916米，工程等级为一等I级。
本工程中黄浦江支流蕰藻浜段，其堤防改造是将原有的石块护坡及挡墙全部拆除，新建L型挡墙，设计高水位5.20m，地震高水位4.84 m，设计低水位1.04 m，地震低水位1.36 m，抗震烈度为7度设防，墙后设计地面荷载：5KN/m2。桩基采用前排迎水面为U型预制混凝土板桩，后排为钻孔灌注桩的结构型式。U型预制混凝土板桩尺寸为450*1000*19000，钻孔灌注桩Φ600*19000@2000，U型预制混凝土板桩桩顶标高2.45m。
本工程中复兴岛右岸段，其堤防改造是将原有钢筋砼挡墙及底板砼全部拆除，新建直立式挡墙，设计高水位5.20m，墙后设计地面荷载：5KN/m2。桩基采用前排迎水面为U型预制混凝土板桩，后排为钻孔灌注桩的结构型式。U型预制混凝土板桩450*1000*15000，钻孔灌注桩Φ600*15000@2000，U型预制混凝土板桩桩顶标高2.65m。
二、U型预制混凝土板桩的结构特点
黄浦江堤防专项维修工程的U型预制混凝土板桩结构断面设计见图1，与传统的混凝土平板桩相比，U型预制混凝土板桩具有如下特点：
图1 U型预制混凝土板桩结构断面
1、U型预制混凝土板桩的混凝土强度达C60，混凝土强度高，桩身结构厚度相对轻薄，惯性矩较大，抗弯性能好，相对于传统普通混凝土平板桩，单根桩设计长度可更长。
2、U型预制混凝土板桩单桩设计挡土截面长度达到1米，相对于传统普通混凝土平板桩500mm宽的设计要求减少了板缝的数量，从质量控制上也降低了板缝处脫榫问题出现的概率。
3、桩与桩的对接的方式采用了阴阳榫加设橡胶止水条紧密结合的方式，防渗性能较好。
三、U型预制混凝土板桩施工方法
1、施工工艺流程
定位放线→围檩架搭设→桩机就位→沉入定位桩→施工桩吊桩就位→桩位矫正→压振动锤→标高复核→下一个桩施工
2、施工步骤
3、施工方法
（1）施工基线布设
根据标准测量控制点，布置平面控制网和高程控制点，设置控制点和水准点，其数量不少于3个，并设置在打桩影响范围之外。
根据施工图绘制整个工程的桩位编号图，由专职测量人员测定标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm。在施工范围内布设的平面控制点上支立两台经纬仪，用任意角前方交汇法施放桩位，在每个桩位上打入φ10钢筋上系红布条以示标志，施放结束后报由监理工程师进行复测，合格后方可进行下道工序。
（2）打桩机械驻位
本工程采用80型电动振动锤顺板桩轴线单方向顺序施工，同时配备50T履带吊，施工过程中打桩机向后退行。
（3）导桩、导向架制作
起始桩采用工字钢定位，导向架也采用工字型钢结构，导向架与导桩之间为活动连接方便轮流打设。
（4）沉桩施工
首根桩打入时，由于没有相邻桩基作为参考，沉桩过程中应反复测量垂直度，分多次打入至设计高程，当发现垂直度偏差时，随时用吊机大钩进行调整。
施工中注意先用卷扬机将U型预制混凝土板桩吊至插桩点进行插桩，插桩时榫口对准，每插入一块即套上桩帽，上端加硬木垫，将振动锤箱吊到就位的板桩顶上，使桩头套入与振动箱连接的桩帽或液压夹桩器夹紧，开动振动器，借助于振动锤所产生的激振力，使得桩与土颗粒间摩阻力减小，再正常锤打。为保证桩的垂直度，U型预制混凝土板桩应沿导向围檩施打，并用仪器加以控制。为防止榫口中心线平面位移，可在打桩行进方向的榫口处设卡板，阻止板桩位移，同时在导向围檩上预先标出每块板桩的位置，以便随时检查纠正，确保板桩与板桩之间紧密。
四、U型预制混凝土板桩结构断面与普通平板桩结构断面的参数对比分析
U型预制混凝土板桩结构断面与普通平板桩结构断面的参数对比分析见表1。在同等地质条件下，长期经受船行波或涨潮流影响的堤防结构，比较相同断面的高桩承台，设1m挡土宽度时，桩基采用U型预制混凝土板桩较普通平板桩钢筋用量节约占比15%，较平板桩混凝土用量节约占比26%。
五、堤防工程中采用U型预制混凝土板桩的优势分析
通过U型预制混凝土板桩在黄浦江堤防专项维修工程的应用，我们发现：U型预制混凝土板桩与普通平板桩相比具有明显的优势，主要表现在：
1、单桩挡土截面面积更大
U型预应力混凝土板桩单桩挡土截面长度达到1米，增加了桩体与土壤的接触面积，远高于普通预制平板桩。
2、U型截面形式提高受力性能
采用U型结构截面设计改变了传统薄板受力形式，优化为U型结构提高了截面高度及截面惯性矩，使结构的受力性能得到了极大的提高。
3、结构耐久性能好
U型预制混凝土板桩设计的混凝土强度达到C60，再配合预应力工艺，标准化、工厂化生产，桩身质量可靠；凹凸的结构造型有利于削弱航道中船行波的影响，或对具有涨落潮的河流岸坡起到消能作用，有效减少水流和波浪对岸坡基土的冲击、冲蚀和淘刷，利于堤防结构稳定；
单桩截面宽度是普通平板桩宽度的2倍，同等结构长度的堤防工程施工桩缝减少一半，施工过程中有效降低板桩脫榫率，施工完成后有效降低墙后土体通过桩间缝隙流失的风险。故采用U型预制板桩的堤防结构更经久耐用。
4、施工工期短
U型预制混凝土板桩采用工厂集约化施工，施工现场机械化装配，能带水施工，水利堤防工程中往往场地有限，而且无法截流，采用U型预制混凝土板桩无需筑围堰施工，大大缩短施工工期。
5、工程造价降低
在相同挡土截面宽度时，采用U型预制混凝土板桩相比于普通板桩混凝土用量减少26%；同时，在满足结构受力配筋要求的前提下，采用U型预制混凝土板桩相比于普通板桩钢筋用量降低15%。随着主材用量的降低，工程造价有了明显的降低，采用U型混凝土板桩对比普通板桩造价降低约20%，具有良好的工程经济效益。
6、更加环保节能
U型预制混凝土板桩采用C60混凝土较普通平板桩使用混凝土用量减少26%，减少了砂石料的开采，对保护自然地貌、节约自然资源起到了积极的作用；水泥用量的大大减少对环境保护也起到不可忽视的作用；钢筋使用量降低15%，积极响应当前环保节能新要求。
7、成桩后截面美观
采用排桩成型工艺，严格控制成桩施工质量，保证单桩之间的结合紧密，使U型预制混凝土板桩结构成型后凹凸有致，立体感墙，线条优美，整体结构非常美观。
8、止水效果好
U型预应力混凝土板桩创新采用了预埋式止水条，在构建制作时即已埋入企口处，使企口处成桩后结合紧密，同时中空止水条还可作为灌浆通道，在成型后灌入水泥浆液，保证企口结合处的止水功能和止水效果，提高防渗性能。
结论：
经过理论分析和实践证明，U型混凝土板桩是一种抗弯、抗剪性能优良的预制混凝土桩型，具有良好的抗冲刷和止水功能，施工工期短，经济可行。U型混凝土板桩的推广应用具有较大的社会、经济、环境效益，可广泛应用于堤防工程、河道护岸的整治和加固、港口码头护岸、河道堤坝抢险、桥梁涵洞的护坡挡土、城市建筑的基坑围护等工程建设领域。
参考文献：
[1]JTS 167-3—2009 板桩码头设计与施工规范［S］北京: 人民交通出版社，2009．
[2]林国强河道整治护岸工程中U型板桩的施工技术[J]水利建设与管理2016年第4期：1-4页
[3]唐洁U型板桩在堤防抢险工程中的应用 [J] 水利建设与管理 2016年第10期：23-25页
论文作者:倪霞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/10
标签：混凝土论文; 堤防论文; 结构论文; 工程论文; 截面论文; 平板论文; 断面论文; 《防护工程》2018年第14期论文;