楊海浪，傅 建

（1.安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000；2.中水淮河安徽恒信工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

引水渠道受征地面積限制需采用直立式開挖，其邊坡護(hù)砌的設(shè)計(jì)方式有較多選擇，有重力式混凝土擋墻、灌注樁和預(yù)制樁等。其中U 型預(yù)制板樁和預(yù)制管樁在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于水閘、泵站、護(hù)岸、港口海岸等工程，混凝土預(yù)制樁設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)也形成了較多研究成果[1]。但目前在堅(jiān)硬地質(zhì)條件下采取預(yù)制樁沉樁進(jìn)行邊坡護(hù)砌的設(shè)計(jì)和施工的研究還不多，本文依托引江濟(jì)淮工程，通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)研究分析。

1 工程概況及地質(zhì)特征

引江濟(jì)淮小合分工程位于安徽省合肥市肥西縣，引水渠道工程長14.692km，設(shè)計(jì)輸水流量300m3/s，渠道底高程-0.14～-1.4m（85 高程系，下同），設(shè)計(jì)輸水位5.36～4.1m，除澇水位5.8m，渠底寬42m，堤頂高程7.3m，寬度6.0m，迎水側(cè)坡比1∶3，背水坡坡比1∶3。工程包括河道開挖、堤防填筑、膨脹土治理、跨河建筑物等。其中有3.56km 位于丘崗區(qū)，原始地面高程10～17m，開挖深度13～20m。

3.56km 丘崗區(qū)地質(zhì)條件：填土（Q4ml）：主要為素填土，以重、中粉質(zhì)壤土為主，棕黃、灰黃色，軟可～硬可塑狀，稍濕，屬中等壓縮性土，主要分布于堤防段兩側(cè)；部分路面及村莊附近為夾塊石、灰渣等雜填土。

⑤層重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土（Q3al）：含鐵錳質(zhì)結(jié)核，棕黃、棕黃夾灰色，硬可塑狀，局部硬塑，屬中等壓縮性土，主要分布于杭埠河以下段。本層自由膨脹率為18.0%～99.0%，平均值53.2%，一般具弱～中等膨脹潛勢。

⑤1層輕夾中粉質(zhì)壤土、砂壤土（Q3al）：灰色，硬可塑～稍密狀，屬中等壓縮性土。

⑤2層中細(xì)砂夾粗砂、小礫石（Q3al）：局部含較多粘土質(zhì)，灰白、灰黃色，中密～密實(shí)，飽和。

⑨層粉砂巖、砂礫巖、泥巖（K）：全風(fēng)化（⑨1層）一般為暗紅夾少量灰白色，呈粘土夾砂壤土狀，結(jié)構(gòu)松散；強(qiáng)風(fēng)化（⑨2層）一般暗紅色，呈碎塊和短柱狀；中等風(fēng)化～新鮮基巖（⑨3層）一般為紫紅色，短柱狀。為本區(qū)主要揭露基巖，大量分布[2]。

2 設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)

根據(jù)地質(zhì)情況和征地面積限制，丘崗地段渠道開挖需采用垂直開挖并進(jìn)行直立式邊坡支護(hù)，采用預(yù)制混凝土樁沉樁設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)場先后進(jìn)行“U 型預(yù)應(yīng)力板樁法”和“預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)合掛板法”沉樁試驗(yàn)。

2.1 U 型預(yù)應(yīng)力板樁法

2.1.1 設(shè)計(jì)方案

渠道兩側(cè)采用U 型直立式C60 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板樁連續(xù)墻，渠道設(shè)計(jì)底寬為48m，渠底高程-1.01～-1.32m，岸邊板樁墻分成兩級平臺(tái)布置，平臺(tái)寬均為5.0m，前階平臺(tái)頂高程1.49～1.18m，板樁懸臂段長2.5m，后階平臺(tái)頂高程4.7m，兼作親水平臺(tái)。平臺(tái)以上每6.0m 設(shè)2.0m 寬平臺(tái)，平臺(tái)上下邊坡均為1∶3。渠道坡頂開口兩側(cè)各征地寬度13.0m，依次布置隔離帶、6.0m 寬管護(hù)道路、綠化帶等。坡面設(shè)置C25 鉸接式預(yù)制塊生態(tài)磚護(hù)坡。雙排U 型直立式C60 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板樁截面寬1.2m，高0.8m，壁厚0.16m，截面積0.343m2。前排樁長8m，后排樁長11.5m，樁頂設(shè)鋼筋混凝土框帽梁，梁高均為0.4m，寬1.0m，梁頂設(shè)置防護(hù)欄桿。如圖1 所示。

圖1 U 型板樁設(shè)計(jì)示意圖

2.1.2 試驗(yàn)過程

現(xiàn)場采用JWDD83 錘擊打樁機(jī)（樁機(jī)錘質(zhì)量8.3t）先后進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)際開展試驗(yàn)樁共計(jì)6根。第一次進(jìn)行1 號、2 號樁沉樁試驗(yàn)，沉樁前用鉆機(jī)在板樁內(nèi)側(cè)位置進(jìn)行引孔，引孔直徑450mm，成孔2 個(gè)，間距1200mm，無地下水情況，土體干硬，2 根樁入土深度10m，錘擊數(shù)分別為460 擊和800 擊。第二次進(jìn)行3 號樁沉樁試驗(yàn)，在3 號和4 號位置引孔，錘擊數(shù)為330 擊，入土深度10.5m。第三次進(jìn)行4 號、5 號、6 號樁沉樁試驗(yàn)，根據(jù)前兩次經(jīng)驗(yàn)，采取了優(yōu)化措施，在施工過程中對樁身適度淋水濕潤，提前完成下一個(gè)樁位的引孔，4 號、5 號、6 號樁引孔內(nèi)注水至孔深的1/3，入土深度10.5m，總錘擊數(shù)分別為280 擊、350 擊和410 擊。打樁機(jī)參數(shù)見表1。

表1 JWDD83 錘擊打樁機(jī)技術(shù)參數(shù)表

2.1.3 試驗(yàn)檢測及結(jié)論

沉樁結(jié)束后對樁體進(jìn)行樁身完整性等檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 U 型板樁試驗(yàn)檢測情況表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，6 根U 型板樁均損壞嚴(yán)重，小應(yīng)變檢測判定Ⅱ～Ⅲ類，雷達(dá)探測樁頂端部以下5～7m 處損壞較重，表觀呈現(xiàn)多處裂縫，不能滿足工程建設(shè)需求。

2.2 預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)合掛板法

2.2.1 設(shè)計(jì)方案

渠道兩側(cè)選用PRC 管樁加掛板連續(xù)墻，渠道設(shè)計(jì)底寬為48m，渠底高程-1.01～-1.32m，兩岸直立式連續(xù)墻分成兩級平臺(tái)布置，平臺(tái)寬均為5.0m，前階平臺(tái)頂高程1.49～1.18m，懸臂段高2.5m；后階平臺(tái)頂高程4.7m，兼作親水平臺(tái)。懸臂段高3.21～3.52m。4.7m 平臺(tái)以上每6.0m 設(shè)2.0m 寬平臺(tái)，平臺(tái)上、下邊坡均為1∶3。渠道坡頂開口兩側(cè)各征地寬度13.0m，依次布置隔離帶、6.0m 寬管護(hù)道路、綠化帶等。平臺(tái)及以上坡面均設(shè)置C25 鉸接式預(yù)制塊生態(tài)磚護(hù)坡。

PRC 管樁加掛板連續(xù)墻采用PRC I 800(130)-C 型管樁，樁體混凝土強(qiáng)度C80，樁徑為0.8m，樁間距0.3m，壁厚0.13m，前排樁長8m，后排樁長11.5m，樁頂設(shè)C30 鋼筋混凝土框冠梁，梁高均為0.4m，寬1.0m。樁體臨土側(cè)設(shè)0.20m 厚C30 預(yù)制鋼筋混凝土掛板，掛板底部支承于C30 鋼筋混凝土底板，底板厚0.2m。掛板頂部澆入樁頂冠梁中。為防止樁間土流失，掛板臨土側(cè)外包土工布（500g/m2）。管樁設(shè)計(jì)示意圖見圖2。

圖2 管樁設(shè)計(jì)示意圖

2.2.2 試驗(yàn)過程及結(jié)論

采用JWDD83 錘擊打樁機(jī)進(jìn)行3 根PHC800-130-C 型混凝土管樁試驗(yàn)和鋼樁模引孔成樁試驗(yàn)，樁機(jī)錘質(zhì)量16t，沉樁前用鉆機(jī)進(jìn)行引孔，引孔直徑600mm。沉樁后采用小應(yīng)變法檢測樁身完整性，完整性較好，無明顯缺陷。樁體外露面經(jīng)清洗后觀察未發(fā)現(xiàn)裂縫。并對管樁東側(cè)開挖3.5m 深（與設(shè)計(jì)最大懸臂一致），沉樁14 日后3 根樁頂水平位移分別是9、14 和12mm。樁體外露面未發(fā)現(xiàn)裂縫。對管樁東側(cè)再下挖0.5m，并注入2.5m 深的水予以浸泡，沉樁21 日后開始排水，樁頂水位位移仍分別是9、14 和12mm，處于穩(wěn)定狀態(tài)。樁體外露面未發(fā)現(xiàn)裂縫。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）U 型板樁1 號樁和2 號樁僅在樁體位置引孔，未在3 號樁位引孔，在打入過程中未引孔側(cè)土體擠壓，樁體兩側(cè)壓力不均衡，應(yīng)力釋放不均勻，導(dǎo)致錘擊數(shù)量多，樁體破壞嚴(yán)重。應(yīng)在沉樁下一個(gè)樁位多引一孔，降低原沉樁側(cè)壓力，釋放整體空間，降低錘擊數(shù)，3 號樁錘擊次數(shù)明顯減少，樁體破壞改善。

（2）優(yōu)化施工工藝后，3 號、4 號、5 號和6 號樁經(jīng)過檢測，仍存在樁頂端部以下5～7m 之間損壞嚴(yán)重，有多處裂縫，工程安全性和耐久性均存在問題，無法通過驗(yàn)收，不能滿足工程需要。可以認(rèn)為在本次應(yīng)用的施工條件和優(yōu)化技術(shù)條件下，在堅(jiān)硬土質(zhì)地基進(jìn)行U 型板樁的沉樁是不可取的，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝。

（3）根據(jù)U 型板樁試樁的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化增加樁機(jī)錘的重量（由8.3t 改為16t），增大引孔直徑，選擇結(jié)構(gòu)形式更穩(wěn)定（由U 型改成圓柱型），強(qiáng)度更大（由C60 改成C80）的預(yù)制管樁，經(jīng)過沉樁試驗(yàn)后的檢測和監(jiān)測，沉樁后樁體質(zhì)量合格，邊坡穩(wěn)定，滿足工程建設(shè)需要。

4 結(jié)論

本文以大型引水渠道工程為例，研究在堅(jiān)硬地質(zhì)條件下，受征地面積影響需采取直立式開挖護(hù)砌的設(shè)計(jì)方案，通過對U 型板樁和預(yù)制管樁沉樁試驗(yàn)，認(rèn)為U 型板樁主要應(yīng)用于圍海、碼頭、海岸等軟弱地基條件下施工，在堅(jiān)硬地質(zhì)條件采用錘擊法沉樁施工后樁體破壞嚴(yán)重，邊坡護(hù)砌安全性和耐久性均得不到保障；預(yù)制管樁自身結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性，通過有效的引孔錘擊沉樁工藝，沉樁后能保證樁身完整以及邊坡穩(wěn)定