淺談打入型反濾體在預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸工程上的研究

陳亞軍 紀(jì) 偉 袁承斌 李延安

（1.徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 徐州 221000 2.揚(yáng)州大學(xué) 揚(yáng)州 225000 3.江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司 淮安 223000）

1 研究意義及必要性

1.1 研究意義

我國明確提出2030 年前碳達(dá)峰、2060 年前碳中和的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)硬仗，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體?！笆奈濉笔翘歼_(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，對(duì)建設(shè)行業(yè)而言，裝配式建筑行業(yè)可以從資源高效利用和減少排放的兩方面來支持國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。近年來，水利工程裝配式結(jié)構(gòu)逐步推廣應(yīng)用，在直立式護(hù)岸方面，預(yù)制樁逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成如波浪樁、板樁、護(hù)壁樁、管樁等眾多截面形式的預(yù)制樁，其通過高性能材料、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化制作、機(jī)械化施工突破護(hù)岸結(jié)構(gòu)應(yīng)用模式，推動(dòng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的低碳轉(zhuǎn)型。本文正是針對(duì)打入型土工織物筒袋應(yīng)用于預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究，解決預(yù)制樁等直立式擋土墻護(hù)岸結(jié)構(gòu)在濾水和擋土等方面存在的困難，為預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸可靠、穩(wěn)定、生態(tài)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有利于預(yù)制樁在生態(tài)護(hù)岸方面的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1.2 必要性

預(yù)制樁主要是由錘擊、振動(dòng)或靜壓法將樁逐根打入土體，密排布置形成直立的樁墻結(jié)構(gòu)，為擠土樁，在施工過程中，由于放樣、設(shè)備和地質(zhì)軟硬差異的影響，勢(shì)必造成樁基平面位置、垂直度偏差，故相鄰樁間會(huì)存在一定的間隙，對(duì)于砂性土、風(fēng)浪影響河道存在漏土的隱患，目前主要的解決措施有濾和堵兩種，濾即是在樁墻后鋪設(shè)土工布做反濾，堵即是在樁墻后設(shè)置防滲墻或在樁間榫槽內(nèi)灌漿或填充止水膠條，但上述措施仍存在以下問題：

（1）采用濾的措施時(shí)，是在預(yù)制混凝土板樁施工完成后，樁墻后挖土，垂直鋪設(shè)土工布在樁后，再回填土壓實(shí)整平，該施工方法存在如下風(fēng)險(xiǎn)：①樁后開挖受空間限制，邊坡一般較陡，導(dǎo)致邊坡可能存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)；②樁后土方開挖回填，邊坡不是原狀土，邊坡土雖經(jīng)壓實(shí)，仍存在孔隙，岸坡存在下沉可能，影響邊坡整體安全；③河道不能降排水，導(dǎo)致水位高，難以實(shí)施鋪設(shè)土工布；④河道邊坡地質(zhì)條件相對(duì)較復(fù)雜，有地下水且地質(zhì)為粉砂、粉土等液化土層，不易實(shí)施。

（2）采用堵的措施時(shí)，預(yù)制混凝土樁側(cè)壁設(shè)置了榫槽，頂部埋置遇水膨脹橡膠條或灌漿，但由于受地質(zhì)情況、施工等因素影響，從而導(dǎo)致樁體垂直度偏差，不能有效擋土。同時(shí)，堵的措施需要另外設(shè)置排水孔，且不方便設(shè)置反濾體，穿墻排水孔易于堵塞，排水效果差，導(dǎo)致墻后水位抬高，影響邊坡安全，也隔斷了內(nèi)外水系，降低了預(yù)應(yīng)力混凝土樁結(jié)構(gòu)的生態(tài)性。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，同時(shí)為進(jìn)一步簡(jiǎn)化施工，凸顯預(yù)制樁在無防滲要求水利護(hù)岸工程中的生態(tài)性和環(huán)保性，提出一種用于防止預(yù)制樁間漏土的打入式土工織物筒袋技術(shù)，解決樁間防漏土措施不便實(shí)施以及水體交互不暢等問題，探索生態(tài)護(hù)岸新措施，并推廣應(yīng)用。

2 預(yù)制樁生態(tài)護(hù)岸概述

預(yù)制樁墻用于生態(tài)岸坡，兼有生態(tài)與裝配兩大優(yōu)點(diǎn)，已積累一定的研究成果。預(yù)制樁墻間連接通常做法：①縫間填遇水膨脹橡膠條；②縫間灌漿；③墻后鋪土工布做反濾體等；④樁后采用水泥土攪拌樁、旋噴樁封縫；⑤樁間做止水鋼板。

針對(duì)無防滲要求的預(yù)制樁墻間連接問題，通過對(duì)國內(nèi)外研究情況調(diào)研分析，主要分為兩大類：一是沉樁定位控制技術(shù)方式，二是新材料或組合材料方式。

2.1 沉樁定位技術(shù)

此類技術(shù)主要是在樁側(cè)面端部設(shè)置必要的榫槽，并設(shè)計(jì)足夠剛度的沉樁定位導(dǎo)向架、限位裝置，以此來控制沉樁偏差，同時(shí)將頂部凹槽的尺寸適當(dāng)擴(kuò)大，防止過濾槽或止水槽失效，之后在凹槽內(nèi)進(jìn)行灌漿或填充反濾材料處理。

2.2 新材料或組合材料方式

該類技術(shù)主要分為兩類，包括在預(yù)制樁結(jié)構(gòu)中預(yù)埋型鋼、止水袋以及樁間插入透水混凝土板材等。相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)形式如下：

（1）通過在樁身擋土段一側(cè)預(yù)埋C 字形鋼板，另一側(cè)預(yù)埋工字形或T 形止水鋼板（圖1），沉樁時(shí)將工字形或T 形止水鋼板對(duì)準(zhǔn)C 字形鋼空腔插入，之后在空腔內(nèi)灌入漿體，形成止水結(jié)構(gòu)，連接可靠，泄水部分也可填充透水材料，但制作難度大，鋼材用量大，經(jīng)濟(jì)性一般，同時(shí)容易造成端板拉壞。除C 型鋼外，還有其他類似形式的止水鋼板型結(jié)構(gòu)，如接頭處設(shè)計(jì)圓形鋼管連接、內(nèi)外雙層止水板或與鋼板樁組合。

圖1 樁間止水鋼板平面布置與連接圖

（2）樁側(cè)設(shè)有榫槽結(jié)構(gòu)，凹槽側(cè)預(yù)埋止水膜袋（圖2），沉樁時(shí)樁間預(yù)留一定孔隙，待沉樁后再向膜袋內(nèi)注入水泥漿，或粗顆粒透水材料，通過膜袋擠壓沉樁后形成的空間，從而達(dá)到止水防漏的目的。但在預(yù)制板樁制作、運(yùn)輸和施工過程中可能造成止水膜袋的損壞，造成填充料達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

圖2 樁間止水膜袋平面連接圖

（3）采用組合樁板的形式，預(yù)制板樁間隔布置，在樁間插入透水混凝土板，板的形式可為如圖3 所示的Ⅱ型結(jié)構(gòu)，主體框架為普通混凝土，前后面板采用透水混凝土，中間空腔內(nèi)填充反濾材料，板與樁之間的孔隙采用水泥漿等灌漿材料封堵，通過插板形成止水縫，透水混凝土面板和反濾料形成透水通道，實(shí)現(xiàn)防漏和內(nèi)外水體交互。該技術(shù)由于板樁間距大，對(duì)整體剛度有所削弱，適用的擋土高度受到一定的限制。

圖3 樁后透水混凝土板平面連接圖

上述技術(shù)在施工過程中，有的施工不便，有的會(huì)因相鄰樁間存在一定的間隙產(chǎn)生漏土隱患，影響邊坡安全與結(jié)構(gòu)的生態(tài)性等。

3 研究?jī)?nèi)容

針對(duì)上述問題，徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司陳亞軍發(fā)明了一種防止擠土樁樁間漏土的土工織物筒袋的專利能很好解決。該打入型反濾體技術(shù)通過在預(yù)制樁后設(shè)置土工織物筒袋，基于預(yù)制樁為擠土樁，樁體施工時(shí)，樁間會(huì)存在不同程度的縫隙，導(dǎo)致土體顆粒從縫隙間流走，引起河道塌坡。通過設(shè)計(jì)在預(yù)制管樁臨土側(cè)樁間部分采用土工織物筒袋（見圖4），筒袋底高程低于河底不小于50cm。設(shè)計(jì)采用的土工織物筒袋通過在袋內(nèi)部填充砂粒，由于其柔性，能有效與預(yù)制樁體緊密連接，適應(yīng)樁、土體變位；土工織物筒袋袋體具有一定的抗拉強(qiáng)度，在樁與樁之間存在細(xì)小縫隙時(shí)，袋裝砂能與相鄰預(yù)制樁一起，形成自穩(wěn)體系，起擋土作用，且土工織物筒袋能起排水反濾作用，減少墻前后水頭差；預(yù)制樁為擠土沉樁，在施工過程中，會(huì)使樁周部分土體擾動(dòng)，而打入型土工織物筒袋正好可以利用其自身材料具有一定的伸長(zhǎng)率以及砂粒料密實(shí)作用，能使樁墻后部分?jǐn)_動(dòng)土體擠密實(shí)。

圖4 土工織物筒袋及其施工鋼管圖

施工時(shí)采取筒袋牽引頭（圖4 中標(biāo)號(hào)2，下同，包括導(dǎo)向套筒和錐尖體），通過中空鋼管（標(biāo)號(hào)5）給上壓板（標(biāo)號(hào)3）傳力給錐尖體可以帶著土工織物筒袋（標(biāo)號(hào)1）輕松進(jìn)入土體到設(shè)計(jì)高程并進(jìn)行擠土，實(shí)施阻力相對(duì)較小；錐尖體的導(dǎo)向套筒能保護(hù)土工織物筒袋的底部端頭，并能沿著相連樁體外壁順著向下擠土，起到導(dǎo)向作用。通過在土工織物筒袋袋體內(nèi)設(shè)置一個(gè)中空鋼管，既可以用其對(duì)錐尖體施加壓力送土工織物筒袋，又可以通過灌砂口（標(biāo)號(hào)51）向鋼管內(nèi)部注入砂粒，邊振動(dòng)中空鋼管使砂粒密實(shí)，并緩慢提升鋼管，最終形成結(jié)構(gòu)體。

該設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：①不需要預(yù)制樁施工完成后，在樁后開挖土方，然后鋪設(shè)土工布和反濾體；②不需要破壞邊坡原狀土，而且在樁后土工織物筒袋內(nèi)裝黃砂，能擠密受打樁擾動(dòng)的土體；③不需要施工降排水，特別是對(duì)河道高水位不能實(shí)施，能解決應(yīng)急搶險(xiǎn)問題；④邊坡地質(zhì)條件相對(duì)較復(fù)雜，有地下水且地質(zhì)為粉砂、粉土等液化土層，一般方法不易實(shí)施時(shí)可以采用；⑤不需要采用攪拌樁或者旋噴樁等解決樁間漏土問題。

4 結(jié)論及展望

打入型土工織物筒袋技術(shù)適用性強(qiáng)，既生態(tài)環(huán)保又方便施工，造價(jià)相對(duì)較省，具有廣闊的應(yīng)用前景。該項(xiàng)技術(shù)已在云龍湖景區(qū)八一大溝南岸河坡塌坡治理工程、徐州市鄭集河輸水?dāng)U大工程等項(xiàng)目中初步得到應(yīng)用，取得了一定的效果。為更好地推廣應(yīng)用，還需在以下方面對(duì)其進(jìn)行深入研究，探索一套安全可靠、施工便捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的生態(tài)護(hù)岸型式：

（1）對(duì)土工織物筒袋袋體的受力、抗老化等性能進(jìn)行研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）探索在護(hù)岸樁體最大允許施工偏差（平面樁位、樁垂直度）的情況下，帶填充料的筒袋整體結(jié)構(gòu)以及筒袋內(nèi)填充材料的研究。

（3）通過土工織物筒袋直徑及填充料和預(yù)制樁尺寸的關(guān)系，研究樁間最大允許間距，更好地進(jìn)行水體交換，并開展土工織物筒袋施工工藝的研究。

（4）開展針對(duì)土工織物筒袋中導(dǎo)向套筒和錐尖體的構(gòu)造優(yōu)化或者可回收再利用的研究，節(jié)省材料成本■