浅谈预制钢筋混凝土U型板桩在水利工程中应用技术

浅谈预制钢筋混凝土U型板桩在水利工程中应用技术

发表时间：2019-11-06T11:31:43.973Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年16期作者：刘钻

[导读] 文章结合湖州市太嘉河工程及扩大杭嘉湖南排工程（德清部分）对预制钢筋混凝土U型板桩实际应用情况，阐述了预制钢筋混凝土U 型板桩的特点、适用范围、工艺原理、工艺流程及操作要点、材料与设备、质量及安全控制、环境保护等内容。可为同类水利工程项目参考。

刘钻

安徽水利开发有限公司 233000

摘要：文章结合湖州市太嘉河工程及扩大杭嘉湖南排工程（德清部分）对预制钢筋混凝土U型板桩实际应用情况，阐述了预制钢筋混凝土U型板桩的特点、适用范围、工艺原理、工艺流程及操作要点、材料与设备、质量及安全控制、环境保护等内容。可为同类水利工程项目参考。

关键词：预制；钢筋混凝土；U型板桩；水利工程；应用

前言

近年来，国家持续加大水利工程的建设投资，堤防工程是水利工程中非常重要的组成部分，是一项影响居民生活、基础设施建设、航运、环保等多方面发展的工程，其施工质量和安全性显得尤为重要。堤防工程经常需要在施工过程中设置临时或永久性的挡土止水结构，实践表明围护桩是一种较好的挡土止水结构，因水上施工桩身受水流、泥沙扰动，以及溜桩的影响，传统的陆上沉桩工艺难以保证桩身垂直度及沉桩质量，且板桩墙整体效果较差、进度缓慢施工成本高。安徽水利开发有限公司在浙江省湖州市太嘉河工程、扩大杭嘉湖南排工程（德清部分）等项目采用预制钢筋混凝土U型板桩这一水上和陆上均适用的挡土和护坡施工方法，在预制场集中加工，通过止水条及 T 型贯通槽拼装为一体，然后利用配套施工机械快速沉桩，保证了堤身施工安全，对比传统护岸工程施工方法，具有工厂化预制、施工进度快、施工灵活方便等特点。

一、预制钢筋混凝土U型板桩特点

1、工厂化预制U型板桩，采用成套定型钢模板，实现了U型板桩人工抹平工作机械化、自动化，预制速度快，质量保证率高，减少了生产过程中的安全隐患，能够生产出规格标准的U型板桩，方便后期施工。

2、预制U型板桩采用独特的U型截面设计，结构形式等效工字型结构，配以高强预应力钢棒，增强了与混凝土握裹力，具有高强度韧性、低松弛性、良好的可焊接性等特点，较普通的预制混凝土板桩具有良好的抗弯、抗剪性能，较地下连续墙等围护结构工艺更简单、成本更低。板桩沉桩后由于工字钢的约束作用，相邻板桩之间的相对位置得以较好的保持，并具有较好的止水效果，工序简单无需接头注浆工序，节省了工期及施工设备。

3、通过止水条与 T 型槽段的组合，相邻板桩联接整体性和止水效果好，利用导向架可以有效减少桩的平面扭曲和提高打桩效率。成型后U型板桩的垂直度与位移变形小，对于边坡、浅基坑维护抗裂、抗渗、止水效果好，整体稳定性高且外形美观。

二、适用范围

主要适用于砂类土、黏性土、碎石土等地质结构，主要应用于基坑支护、河航道护岸、排水沟渠支护、路基挡土等工程领域中，起挡土、护坡、止水、围护作用。

三、工艺原理

按设计尺寸工厂化预制U型板桩，预制时加入预应力混凝土用钢棒，以增强与混凝土的握裹力，待混凝土强度达到设计吊运强度后，运至施工现场，采用全站仪辅助控制导向桩的轴线和垂直度，打桩船锤击下沉定位型钢，吊放钢抱箍、工字钢，调整导向架水平，确保U型板桩垂直入槽；当导向槽口垂直度无误后，将定位型钢与导向架点焊固定，采用导向架、定位型钢控制U型板桩整体轴线，测量复核满足设计及规范要求后进行锤击沉桩，在沉桩过程中随时进行监测。采用预埋式止水胶条，并使U型板桩阴阳榫口紧密对接。沉桩检验指标以桩端设计标高为主、贯入度为辅。打好一排U型板桩后，重新插打下一排U型板桩的定位型钢，打桩船将导向架平行吊起、前移至下一位置施打下一排U型板桩。

图1 预制U型板桩断面图

四、施工工艺流程及操作要点

1、施工工艺流程

2、操作要点

2.1 施工准备

2.1.1 施工区域放样：用测量仪器设备测量定位，设定板桩定位标志、轴线位置，标志应明显易识别。每测设一点，利用钢管或竹竿打入原滩地，并设置标志旗。

2.1.2施工区域清理及处理：陆地打桩区域场地整平，水上施工区域清除杂草、树枝、鱼网等杂物。

2.2 U型板桩预制及运输

按设计尺寸定制U型板桩，采用定型钢模板，包括一个倒U形的下部钢模和两个可以打开、闭合的上部钢模，两个上部钢模的下端分别铰接在下部钢模两侧。模板厚度不小于5mm，表面光滑，不允许有凹坑、皱褶或其它表面缺陷，满足设计要求的结构尺寸；预制U型板桩一般采用C60高性能混凝土，预制过程中在板底适当位置嵌入钢筋吊环，板桩强度一般达到70%时方可吊装（设计有要求时按设计），强度达到90%时方可外运，强度达到100%时方可施打。按规范要求抽样，送有资质试验检测单位，对其外观尺寸、抗压强度、抗弯拉强度等指标进行检验，符合要求后方可投入使用。陆地上施工采用平板运输车、水上打桩作业采用运输船运至施工现场。

图2 预制U型板桩平面示意图

2.3 基线测量

在沉桩施工前，对现场的测量控制基线和基准点进行复核，根据现场情况进行施工平面坐标控制点和高程基准点的引测，及进行沉桩施工基线的放样。

2.4 安装导向架

2.4.1浮吊船航（拖）行至指定位置下锚固定，运输船靠舶浮吊船，检查钢丝绳、导向架的吊点后，悬挂钢丝绳，由专人指挥起吊作业。

2.4.2打设导向桩：采用GPS定位，采用2台全站仪辅助控制导向桩轴线方向和垂直度，待导向桩自沉后，锤击或静压下沉。

2.4.3在板桩沉桩前依据方向架设导向架，导向架采用工字型钢，作为施打板桩的导向，导向架如图3所示。导向架固定完毕后，测量导向架中心坐标，与待打板桩坐标核对后，进行细部调整，直至满足要求，然后进行紧固。

图3导向架

2.4.4导向架由导向桩与导向梁组成，导向桩由两根钢管桩组成，当打入一定规模的U型板桩时，导桩可改为由一根已打好的工程桩和一根辅助桩组成，沉桩初期导梁采用两根十二米长的25a#工字钢焊接在钢抱箍上组成，通过在导架上增设限位梁滚轮与手扳葫芦使U型板桩紧靠。

2.5 取桩

预制U型板桩是在外部厂家定制，为便于预制U型板桩堆放、运输、减少锈蚀，预埋吊环采用暗吊钩+钢丝套索组合结构，钢丝套索套在暗吊钩内。钢丝套索由镀锌钢丝绳和铝制绳套组成，必须满足吊装安全要求，单支钢丝绳及绳套组合构件的抗拉力不得小于单支暗吊钩的抗拉力。吊装过程中应使钢丝绳套的受力方向在 30°以内，吊装时 U 形板桩下方严禁站人。施工前应多钢丝套索做相关力学实验。板桩在施工过程中，搁置点和起吊点应设置在吊钩的位置。

2.6 入导向架

板桩采用单根施打的方式，由专门人员指挥起吊设备起吊预制U型板桩，施工操作人员严格按指挥人员指示将板桩吊入导向架内，由水上打桩船（在驳船上架设静压机或打桩机）或陆上打桩机进行静压或锤击。

当打入第一根预制U型板桩后进行第二根预制U型板桩入导向架施工时，因其采用预埋式止水胶条，在入导向架时，必须使阴阳榫口紧密对接，确保桩间接缝结合紧密。

2.7 定位压紧

板桩沉桩时进行初定位，对于U型板桩沉桩而言，首根定位桩极其重要，它的平面位置及垂直度将直接影响以后整排板桩，采用测量仪器设备定位为主，常规测量进行复核确定。在板桩沉桩过程中，用全站仪监测板桩的垂直情况，用手扳葫芦拉动限位梁滚轮进行调整。

2.8 锤击沉桩

2.8.1 在重新确认桩位准确无误后，利用桩身自重进行自沉。

2.8.2 当桩身停止自沉后，先利用桩锤进行压载下沉，压锤后待桩稳定，使桩、锤、导向架三者的中心线在同一轴线上。

2.8.3当桩身停止下沉后，开锤施打，为防止出现溜桩现象，采用油门控制桩锤供油量，使之不连续锤击。

2.8.4加强对沉桩施工过程的观测，记录沉桩过程中的各种情况和变化，记录沉桩过程中的锤击数、打桩时间、桩位编号及最后贯入度、桩身入土深度和桩尖进入持力层深度；并查明异常情况的原因，采取相应的有效措施，处理后方可继续沉桩。

2.8.5打桩时入土速度应均匀，锤击间隙时间不宜过长，否则会使桩身与土层之间摩擦力恢复，造成固结现象而使打桩困难。

2.9 调整偏位

在自沉或压锤后，如发现板桩偏位较大，只能将板桩拔起后，重新定位调整，禁止在沉桩过程中挤桩纠偏，以免因过大的调整而将板桩断裂。

2.10 导梁安装

后期导向梁一头嵌入已沉混凝土板桩U型槽内，另一头挂在一根已打好的工程桩上，由型钢焊接而成，确保其刚度要求，通过加长导向架尾部，使多根已沉板桩卡在导向架内，增加整体刚度，且避免因本组沉桩叠加的导架内力将已沉好板桩拉出榫槽。

2.11 下一根桩

板桩采用单根施打的方式，在打下一根桩进行入导向架时，必须使板阴阳榫口紧密对接套榫插入，保证板桩与板桩间形成一个整体。打好一排U型板桩后，重新插打下一排U型板桩的定位型钢，打桩船将导向架平行吊起、前移至下一位置施打下一排U型板桩。