中小河流綜合治理工程PPP項(xiàng)目中波浪樁施工技術(shù)的應(yīng)用

鐘可圳

（潮州市政府項(xiàng)目建設(shè)中心，廣東 潮州 521000）

1 工程概況

潮安區(qū)中小河流綜合治理工程PPP擬建項(xiàng)目東鳳鎮(zhèn)項(xiàng)目位于潮安區(qū)東鳳鎮(zhèn)，屬于潮安內(nèi)洋南總干澇區(qū)的一部分，處于潮州供水樞紐下游的韓江西岸，鎮(zhèn)域面積為34.23km2，集雨面積為29.22km2，總?cè)丝跒?.3309萬人。受地理?xiàng)l件限制，給東鳳鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)的防洪、排澇和灌溉帶來很大的困難。東鳳項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要排水渠道包括新光村宮前溝、東鳳引韓總干渠、灰路支渠、鐵索港支渠、鐵索港排渠、南二排、三支橫、三支直、1053渠、博士村面前溪、東鳳引韓一支渠、東鳳引韓分干渠、盆后排水溝、龍甲支渠、王厝隴排（竹筒溪）等。澇水大部分匯入南二干渠（東支渠）、小部分匯入西支渠，東支渠與西支渠匯合后由南二干渠匯入南總干渠。

根據(jù)《廣東省防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（廣東省水利廳以粵水電總字〔1995〕4號文頒布）中的治澇標(biāo)準(zhǔn)，“水田按10年一遇設(shè)計暴雨3d排干設(shè)計，城鎮(zhèn)及菜地按10年一遇設(shè)計暴雨1d排干標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計”。該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)居民集中，3d排干不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，更不能滿足經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的未來需要。目前，潮安地區(qū)南總干澇區(qū)采用10年一遇2d排干標(biāo)準(zhǔn)，南總干渠按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下設(shè)計流量進(jìn)行設(shè)計施工；西總干澇區(qū)也采用10年一遇2d排干標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。此次整治河溝大部分屬內(nèi)洋澇區(qū)支流渠系，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)超過內(nèi)洋澇區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。綜上考慮，此次整治河溝的排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇24h暴雨產(chǎn)生的徑流量2d排干。

2 波浪樁技術(shù)優(yōu)勢及結(jié)構(gòu)

波浪樁通常為半圓環(huán)形截面的新型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度≥C80，以符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒》（GB/T 5223.3—2017）質(zhì)量要求的預(yù)應(yīng)力混凝土鋼棒作為主筋，抗拉強(qiáng)度≥1420MPa。采用先張法制作半圓環(huán)形截面波浪樁能有效延緩混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，提升結(jié)構(gòu)的抗彎承載力。此外，在混凝土材料內(nèi)摻加高性能復(fù)合材料優(yōu)化配方后，還能進(jìn)一步提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，克服傳統(tǒng)水利工程施工材料造價高、成型質(zhì)量性能不穩(wěn)定等弊端[1]。

在潮安區(qū)中小河流綜合治理工程PPP項(xiàng)目東鳳鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)防洪墻護(hù)岸采用潮州大同管樁有限公司所生產(chǎn)的單根長度15m、直徑50cm、混凝土設(shè)計強(qiáng)度C80的預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁，樁內(nèi)配筋包括6根13.5～1400MPa預(yù)應(yīng)力筋和6根12.5～500MPa非預(yù)應(yīng)力筋，整體結(jié)構(gòu)張拉應(yīng)力達(dá)0.75fptk。波浪樁兩端設(shè)置20mm厚的端板，地面以下埋設(shè)長度12m，垂直度控制在1%以內(nèi)，樁間距＜15cm，波浪樁地下埋設(shè)部分焊接鋼制樁尖，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。與板樁相比，預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁為弧形截面，外觀效果優(yōu)良。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁結(jié)構(gòu)

3 預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁施工

潮安區(qū)中小河流綜合治理工程PPP項(xiàng)目是首次采用預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁護(hù)岸，所以對于鉆孔尺寸、沉樁設(shè)備選擇、施工工藝等方面并無經(jīng)驗(yàn)可借鑒，為確保工程波浪樁施工質(zhì)量，參考該工程預(yù)應(yīng)力板樁相關(guān)施工參數(shù)并進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，最終確定出鉆孔尺寸、沉樁設(shè)備以及波浪樁施工工藝。

3.1 設(shè)備選型

綜合考慮該工程場地原因，高頻振動效率、護(hù)壁泥漿以及長大鉆機(jī)等因素，為保持樁基及導(dǎo)向架的平衡，有效防止沉樁傾斜，根據(jù)多次預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁沉樁設(shè)備選型現(xiàn)場試驗(yàn)，通過攪拌成孔振動沉樁工藝能基本達(dá)到護(hù)岸預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁施工要求，最終選擇液壓步履式深層攪拌樁機(jī)即長螺旋鉆機(jī)+高頻振動錘的施工設(shè)備組合，以便有效保證成孔效率和垂直度，縮小樁間縫隙，避免沉樁不足及斷樁，徹底清掃孔內(nèi)孤石。在上述設(shè)備組合選型的基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強(qiáng)原河床下部石塊換填質(zhì)量和沉樁垂直度控制[2]。

3.2 施工工藝

潮安區(qū)中小河流綜合治理工程PPP項(xiàng)目東鳳鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)防洪墻波浪樁護(hù)岸擬采用施工工藝流程如圖2所示。

3.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）換填施工。為防止塊石夾層影響波浪樁沉樁質(zhì)量，在波浪樁沉樁前，必須進(jìn)行地表黏土換填。通過挖掘機(jī)將施工區(qū)域內(nèi)地表控制標(biāo)線寬2m、深4m砂礫石層徹底清除，用干燥黏土換填過程中；通過挖掘機(jī)斗槽分層夯實(shí)，以確保換填層穩(wěn)定、密實(shí)，不坍塌。對于冬季換填施工，應(yīng)配合使用破碎錘機(jī)清除砂礫凍層，并用含水率達(dá)標(biāo)的干燥黏土換填。

圖2 預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁施工工藝

（2）鉆機(jī)成孔。攪拌鉆機(jī)跟隨鉆桿鉆進(jìn)施工，引孔通過高壓射水完成，攪拌成直徑750mm的孔，搭接尺寸為250mm，樁中心間距確定為700mm。步履式深層攪拌機(jī)到位后，使其鉆頭與成樁控制點(diǎn)對齊，并進(jìn)行鉆桿垂直度的矯正后開啟高壓水泵，保證鉆頭按0.3m/min的鉆機(jī)速度開始鉆進(jìn)[3]。鉆頭鉆進(jìn)的過程中，通過泥漿運(yùn)動可以使孔洞內(nèi)部分砂礫被帶出，孔徑不斷增大，泥漿的護(hù)壁作用也能促進(jìn)樁孔成型。保持鉆頭鉆進(jìn)過程中豎直勻速，孔洞內(nèi)孤石不斷剝離，能有效避免沉樁偏斜與鉆頭過熱引發(fā)斷樁。待鉆頭鉆進(jìn)至-11.5m設(shè)計高程后，在此處持續(xù)轉(zhuǎn)動1min，保證孔壁達(dá)到穩(wěn)定后再反轉(zhuǎn)鉆頭降低鉆速，以0.6m/min的鉆速勻速上升，此時可關(guān)閉高壓水。

（3）導(dǎo)向架安裝。為提升定位槽剛性及整體性，應(yīng)加強(qiáng)對沉樁垂直度及樁間縫隙的控制，該工程采用插入式雙層定位導(dǎo)向架。

（4）預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁起吊。將波浪樁一端采用挖掘機(jī)拖動至吊車施工處后，再由吊車進(jìn)行波浪樁起吊，在操作人員配合下下入導(dǎo)向槽。待波浪樁進(jìn)入槽內(nèi)就位后，使吊車鋼絲繩勻速下落，樁體在自重作用下勻速沉入砂礫石層，到達(dá)層底后拽拉鋼棒扣，將鋼絲繩卸下。啟動高頻振動錘后使錘頭夾住波浪樁外露端頭，進(jìn)行樁頭位置的適當(dāng)及垂直度的調(diào)整，保證樁體垂直度偏差在1%以內(nèi)，樁間縫隙在15mm以內(nèi)，再利用雙層定位導(dǎo)向架固定住樁體。

（5）振動沉樁。打開弱振開關(guān)后使樁體勻速緩慢下沉4.5～6.5m，將弱振調(diào)至強(qiáng)振后，仍然保持樁體勻速緩慢下沉狀態(tài)，沉樁過程中如遇樁體垂直度偏差超出規(guī)定范圍，應(yīng)調(diào)整錘頭與樁體的位置；如果樁縫誤差超出規(guī)定值，應(yīng)調(diào)整雙層定位導(dǎo)向架導(dǎo)鏈，控制樁縫。待樁體下沉達(dá)-11.5m的設(shè)計標(biāo)高后關(guān)閉強(qiáng)振開關(guān)，轉(zhuǎn)弱振，這一過程中再次檢查樁體垂直度與樁縫?？卓谀酀{若無下沉現(xiàn)象則表明已達(dá)到封孔堵水的目的，此時取下夾嘴，使錘頭下落，結(jié)束波浪樁施工。

4 結(jié)束語

對潮安區(qū)中小河流綜合治理工程PPP項(xiàng)目東鳳鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)防洪墻波浪樁試驗(yàn)及護(hù)岸施工過程的分析表明，塊石夾層對波浪樁沉樁質(zhì)量存在極為不利的影響，只有徹底清除原寬2m、厚4m的塊石夾層并換填以黏土，高壓引水造漿護(hù)壁后才能順利展開沉樁施工；待沉樁至設(shè)計標(biāo)高，再持續(xù)弱振2～3min徹底封孔堵水。此外，該工程所采用的液壓步履式深層攪拌樁機(jī)即長螺旋鉆機(jī)+高頻振動錘的施工設(shè)備組合對于復(fù)雜地質(zhì)條件下波浪樁成樁施工較為適用，有效防止了沉樁不夠及斷樁等技術(shù)問題，對于樁體間隙及沉樁垂直度都有較好控制。

該工程為擬建工程，通過對工程波浪樁加固施工可行性的分析表明，沉樁結(jié)束后在預(yù)應(yīng)力混凝土波浪樁邊緣所設(shè)企口處灌注水泥漿液，能加強(qiáng)樁體止水效果；波浪樁工廠預(yù)制且機(jī)械垂直沉樁，對施工環(huán)境要求不高，且不用考慮降水開挖，大大節(jié)省了土方工程量，使施工效率有效提升，采用拱形設(shè)計的樁截面能增大擋土面積，經(jīng)濟(jì)效益高；波浪樁采用C80高性能混凝土，抗?jié)B等級高，能保證工程耐久性能；在將樁端打入穩(wěn)定土層的過程中，樁長能靈活調(diào)整，沉樁后即可轉(zhuǎn)入下一工序，能大大節(jié)省傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力樁施軟基處理的工程費(fèi)用。