U形预应力混凝土板桩在河道护岸工程中的应用
U形预应力混凝土板桩在河道护岸工程中的应用
作者：徐骏 尹云飞 王国栋 朱晓红
来源：《科技创新与应用》2013年第20期
摘 要：U形板桩自上世纪90年代在荷兰、日本等国家出现，并广泛应用于水利、航道护岸、基坑维护等工程中，取得了良好的工程效果。随着国内研发及技术水平的提高，某板桩生产厂家在近年已研发出U形预应力混凝土板桩，并成功应用于工程实践当中，本文结合工程设计实例阐述该类型桩在河道护岸中的应用，为同类工程提供借鉴。
关键词：河道护岸工程；板桩式结构；U形预应力混凝土板桩
1 工程概况
工程位于某城市河道，该河道具有防洪、排涝、灌溉、供水、航运（6级航道）、水环境保护等多种功能，是该市骨干河道之一。本次实施段在河道右岸，距下游河口控制性建筑物约
1.5km，总长度230m，该处堤防为复式断面，河底高程-1.0m，平台高程5.10m，平台宽8.0m，平台以下边坡1：3.0，现浇混凝土护坡，平台以上边坡1：3.0，草皮护坡，堤顶高程9.0m，堤顶结合混凝土道路宽6.0m，背水坡坡比1：2.5，堤脚外分布大量民房。由于河道具有通航功能，受到船行波影响，下部混凝土护坡已出现大面积破损和塌陷，直接威胁到堤防及堤后建筑物安全，考虑该段以后规划为过往船舶检查临时停靠点，需改为直立式护岸结构。 工程场地位于长江下游冲积平原区，地貌类型侵蚀与剥蚀地貌并存，场地上部多为低承载力高压缩性软弱土层，抗冲刷能力差，根据勘察报告选用④层粉砂夹粉质粘土作为桩基持力层。
2 护岸设计方案比选
直立式护岸常用结构型式有直立墙和桩式，考虑石材采购困难及工程坚固、耐久性，直立墙材料采用钢筋混凝土扶臂式挡土墙结构，该型式挡墙结构稳定，施工工艺简单，施工期墙前水位3.5m，墙后地下水位4.5m，结构尺寸根据稳定计算拟定，但是该方案施工工期长，为满足稳定需较长底板，墙后开挖面大，影响到堤顶道路正常通行，施工时因要干法施工，需要设围堰，基坑排水复杂，且墙底板仍坐落在软弱土层之上，需地基处理。而桩式护岸不需要开挖，只要有足够的施工平台满足施打机械的正常运行即可，施工简单，工期较短，对周围环境影响小等优势。综上所述，从工程经济及施工条件等方面考虑采用桩式护岸结构。 3 桩式护岸设计
3.1 桩式结构布置
初拟桩式护岸结构，桩型可采用预制混凝土平板桩、钻孔灌注桩和U形预应力混凝土板桩，桩长及截面高度根据结构稳定计算得出，考虑一些附属设施安装及降低桩悬臂高度，桩顶高程确定为3.0m，以上采用2.1m高悬臂挡土墙，布置如图1所示。
3.2 桩式结构计算
桩式结构主要依靠嵌入土体深度，平衡上部地面荷载、土压力、水压力等，土层物理参数取值采用加权平均值，根据静力平衡及Blum计算方法得出桩入土深度及最大弯矩，计算简图如图2所示。通过计算，桩长14m，悬臂高度4m，最大弯矩818.59kN·m。
3.3 不同桩型详细参数设计
3.3.1 预制混凝土平板桩
根据弯矩值，取板桩截面宽度1m，经计算截面高度为0.5m，配置12根 28钢筋，可见要做到高受力性能，材料用量大，配筋较多。
3.3.2 钻孔灌注桩
钻孔灌注桩拟采用密排型式，桩径0.8m，桩间距0.9m，为防止桩后土被水流掏蚀发生渗透破坏，桩后施打两排直径0.6m壁式水泥土搅拌桩形成止水帷幕，灌注桩配置13根？准28钢筋，由此看出要满足设计抗弯能力要求，所需桩径较大，配筋量也较多，工程造价相对板桩略高。
3.3.3 U形预应力混凝土板桩
采用某板桩厂家定型产品，选用截面高度为0.7m（Ⅳ型）U形预应力混凝土板桩，板厚0.16m，截面宽度1.2m，抗弯弯矩1170kN·m>818.59*1.2=982.31kN·m（计算弯矩），满足设计要求。
4 桩型比选
上述三类桩型均具有施工简单，开挖量小，占地小，不受汛期影响、工期较短等优点，以下从几个方面进行详细比较：
4.1 材料用量
平板桩每延米混凝土用量7.0m3，钻孔灌注桩7.8m3，U形预应力混凝土板桩4.62m3。
4.2 施工工期
平板桩需根据设计图纸进行现场预制或工厂制作，工期较长；钻孔灌注桩由于是密排桩，需跳孔施工，养护和后期检测时间较长；U形预应力混凝土板桩工厂化生产定型产品，生产速度快，工期较短。
4.3 质量可靠性
平板桩若现场预制，生产设备简陋，成型质量不稳定；钻孔灌注桩施工中由于上层软弱土层的存在，容易引起塌孔及缩颈现象，质量控制较难；U形预应力混凝土板桩工厂化批量生产，其质保体系能有效保证产品质量。
4.4 施工工艺要求
平板桩及钻孔灌注桩施工工艺简单，施工机械要求低，而U形板桩施工管理相对较高，对工艺流程要求较高，施工设备相对复杂，机械化程度高。
综上比较，虽然U形板桩在施工工艺上要求比较高，但是在材料用量、施工工期及质量可靠性上有较大优势，选择采用U形预应力混凝土板桩。
5 结束语
U形预应力混凝土板桩采用独特的变截面结构设计，在加大截面高度、增大截面抵抗弯矩的同时，还增加了截面宽度，从结构力学原理分析，受力特点与工字形受力特点一致，具有良好的抗弯性能，钢筋混凝土用量相对较少，减少了资源消耗，工厂化生产，质量稳定，护岸占地小，拆迁量小，施工不受汛期影响，工期较短，可选择水、陆施工，凹凸榫槽可加设橡胶止水条，结合紧密可靠，可防止船行波冲刷，避免岸坡塌方，在河道护岸尤其是城市内河航道护岸工程中应用有较大优势。
参考文献
[1]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[2]尉希成，周美玲.支挡结构设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.