許春虎 鄭 宏 何仲文

(1.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，江蘇南京 210098;2.浙江省湖州市港航管理局，浙江湖州 313000)

1 概述

在內(nèi)河高等級(jí)航道建設(shè)中，應(yīng)以全壽命周期成本控制理念為指導(dǎo)[1]，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理選擇護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式，合理的護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式對(duì)延長航道護(hù)岸使用壽命，降低建設(shè)、維護(hù)成本十分重要。長湖申航道大部分航段需由原4級(jí)改擴(kuò)建為3級(jí)航道，采取鋼筋混凝土預(yù)制板樁加固老護(hù)岸(簡稱板樁加固護(hù)岸)的方法能滿足航道升級(jí)的要求，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2 板樁加固護(hù)岸技術(shù)

2.1 預(yù)制及施工工藝

板樁護(hù)岸按其布置形式[2]主要分為三種，即懸臂式，錨碇式和摩阻式。

板樁加固護(hù)岸結(jié)構(gòu)的施工[3，4]流程為:施工準(zhǔn)備(板樁預(yù)制，施工放樣，圍堰修筑場地清理等)→打入導(dǎo)向定位梁→吊入板樁→初打板樁→復(fù)打板樁→澆筑底板→砌筑墻身→墻后回填→澆筑壓頂、綠化→完工。板樁的預(yù)制工序及護(hù)岸的施工工序如圖1，圖2所示。

2.2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

本護(hù)岸工程的板樁預(yù)制和現(xiàn)場施工工序復(fù)雜，關(guān)鍵工序需要嚴(yán)格按照以下控制要點(diǎn)施工:

1)板樁預(yù)制。

樁體應(yīng)采用細(xì)石混凝土澆筑，并控制混凝土的坍落度，保障其流動(dòng)性。澆筑過程中采用小型加長振搗棒進(jìn)行振搗，確保其均勻、密實(shí);板樁養(yǎng)護(hù)時(shí)，每個(gè)批次的板樁必須堆放在一起，強(qiáng)度達(dá)到70%的齡期強(qiáng)度才可運(yùn)至施工現(xiàn)場打設(shè)。

2)板樁沉樁。

在施工前，板樁位置可以根據(jù)護(hù)岸前沿線實(shí)際位置進(jìn)行微調(diào)以保證板樁前沿線順直，在端頭處先根據(jù)調(diào)整好的線型施打限位裝置，然后采用挖掘機(jī)配液壓高頻振動(dòng)錘將板樁安置于預(yù)定打設(shè)位置上以固定樁位，然后進(jìn)行板樁施打。樁體打設(shè)時(shí)隨打隨調(diào)整打樁的垂直度，盡量使振動(dòng)錘與板樁呈一直線垂直基準(zhǔn)面，如發(fā)覺有偏位時(shí)，應(yīng)將樁體拔出重打，使打設(shè)后樁體之拼縫盡量密閉，樁頂標(biāo)高控制在常水位以上5cm～10cm之間。為保證相鄰板樁墻的防滲效果，板樁的榫槽應(yīng)采用模袋混凝土或砂漿填塞，其強(qiáng)度不低于20mPa，填塞前，應(yīng)清除空腔中的泥土和雜物。具體沉樁允許偏差見表1。

3)底板澆筑。

底板澆筑前在板樁與老護(hù)岸之間的基底用片石填充，填至一定頂標(biāo)高后用碎石鋪平，然后用定型鋼模進(jìn)行立模，將板樁頂10cm嵌入底板內(nèi)澆筑，待底板達(dá)到70%強(qiáng)度后再進(jìn)行墻身砌筑。

4)墻身砌筑。

底板達(dá)到70%強(qiáng)度后再進(jìn)行墻身砌筑，墻身用預(yù)制塊進(jìn)行砌筑，墻身與老護(hù)岸之間用片石混凝土或碎石混凝土進(jìn)行填充，以保證墻背密實(shí)。

5)混凝土壓頂澆筑。

模板用鋼模板，外側(cè)表面要平整，振搗要密實(shí)，頂面要抹面平整，以做到內(nèi)部密實(shí)，外形美觀。壓頂混凝土每隔20m設(shè)一道寬為10mm的伸縮縫，內(nèi)嵌油浸軟木板，每處的壓頂混凝土與漿砌塊石和混凝土底板的沉降縫對(duì)齊，以免以后產(chǎn)生裂縫。

表1 板樁沉樁允許偏差[5]

3 板樁加固護(hù)岸設(shè)計(jì)計(jì)算

板樁護(hù)岸的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有以下三個(gè)方面:板樁的穩(wěn)定性、板樁的抗彎承載力和抗剪承載力。

3.1 板樁的穩(wěn)定性

1)樁側(cè)土壓力的計(jì)算。

在板樁主動(dòng)側(cè)，樁身受到主動(dòng)土壓力;被動(dòng)側(cè)樁身受到被動(dòng)土壓力，土壓力的計(jì)算方法采用郎肯主動(dòng)土壓力[6]計(jì)算方法。主動(dòng)土壓力:

被動(dòng)土壓力:

其中，C為樁側(cè)土的粘聚力，無粘性土?xí)r取0;φ為樁側(cè)土的內(nèi)摩擦角;γ為土的重度。

2)樁長的計(jì)算。

由于樁頂標(biāo)高和計(jì)算底面標(biāo)高一定，樁長的計(jì)算即為板樁入土深度h的計(jì)算，采用是算法。如圖3所示，對(duì)樁底取矩，若滿足式(3)，則認(rèn)為滿足穩(wěn)定性要求，否則增大h，直到滿足式(3)為止。

其中，Mp為被動(dòng)土壓力對(duì)樁底的彎矩;Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的彎矩。

3.2 板樁的抗彎承載力

由文獻(xiàn)[7]可知，板樁樁身各位置處彎矩滿足下式:

其中，x為樁身位置。

由式(4)可計(jì)算出樁身最大彎矩，驗(yàn)算板樁的抗彎強(qiáng)度。

3.3 板樁的抗剪承載力

板樁在運(yùn)輸、吊裝及沉樁過程中，都受到不同大小的剪力作用，因而已配制了相應(yīng)的抗剪箍筋，控制截面剪力驗(yàn)算抗剪承載力為:τmax≤[τ]。

4 應(yīng)用效果評(píng)述

板樁施工結(jié)束后，開挖驗(yàn)收板樁施工質(zhì)量，全部滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，并且由于采用定位梁能夠方便快速的對(duì)板樁進(jìn)行定位，不但保證了工程質(zhì)量還提高了施工速度。采用預(yù)制鋼筋混凝土板樁加固護(hù)岸具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1)社會(huì)效益。航道整治工程的實(shí)施，一般需要大量的土石料。而采用鋼筋混凝土板樁，為環(huán)境免遭破壞提供了可能，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

2)經(jīng)濟(jì)效益。板樁加固護(hù)岸是航道升級(jí)的重要組成部分，采用板樁護(hù)岸不僅施工快速，降低了工程造價(jià)，也為航道沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做了巨大貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

通過對(duì)板樁加固護(hù)岸技術(shù)和應(yīng)用情況的介紹得到如下結(jié)論:

1)板樁護(hù)岸工程板樁的預(yù)制和現(xiàn)場施工工序較多，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范控制施工質(zhì)量，施工偏差控制在允許偏差之內(nèi);2)簡單介紹了板樁護(hù)岸的設(shè)計(jì)要素，并對(duì)各設(shè)計(jì)要素的計(jì)算方法進(jìn)行了說明;3)板樁在加固航道護(hù)岸工程中技術(shù)上可行，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響小，工程的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]洪 民.內(nèi)河高等級(jí)航道建設(shè)面臨的問題與對(duì)策[J].中國水運(yùn)(下半月)，2009，9(1):35.

[2]王利民.板樁防沖墻的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].海河水利，2000(3):10-12.

[3]王 生，索中偉，黃禮宏，等.鋼筋混凝土預(yù)制板樁在堤岸改造工程中的應(yīng)用[J].探礦工程，2004(6):13-15.

[4]王杏會(huì).鋼筋混凝土板樁在錢塘江明清海塘防沖工程中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2006，37(10):48-50.

[5]JTS167-3-2009，板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[6]盧廷浩.土力學(xué)[M].南京:河海大學(xué)出版社，2005.

[7]徐道遠(yuǎn)，黃孟生.材料力學(xué)[M].南京:河海大學(xué)出版社，2004.