水力插板技术及其应用

张 安 吴剑疆

（水利部水利水电规划设计总院 北京 100120)

水力插板技术及其应用

张 安 吴剑疆

（水利部水利水电规划设计总院 北京 100120)

水力插板技术是利用石油行业中多项专用技术，经过跨行业嫁接和不断改进而形成的一种板桩快速施工技术，具有施工建设速度快、整体连接性能好等特点，可用于工程抢险及控导工程和护岸工程等水利工程。

板桩 施工技术

1 前言

水力插板技术是有关单位在与黄河三角洲地区风暴潮灾害进行斗争的过程中，经过多年潜心研究和大量工程试验，发明创造的一种新型防潮堤专业技术。1992年9月，黄河三角洲地区发生严重的风暴潮灾害，造成大量人员伤亡，防潮堤的安全成为一个十分紧迫的问题。为确保防潮堤的安全，并能快速施工，有关单位和人员将石油行业中喷射钻井、油田固井等专用技术应用到防潮堤的加固中，并提出了采用水力插板技术建设防潮堤的方案。该方案在有关科研单位及施工单位的共同努力下，经过大量室内试验和现场施工试验获得了成功，并日渐成熟，且得到了广泛应用。

2 水力插板技术的原理、创新点及特点

2.1 技术原理

该技术是利用石油行业中多项专用技术，经过跨行业嫁接和不断改进而形成的一种新型板桩快速施工技术，其原理是利用安装在预制钢筋混凝土板底部的高压喷水装置喷射高压水切割地层后，靠自重将有导向定位功能的预制钢筋混凝土板插入地层，并通过缝隙注浆和设置联系梁使板与板形成整体，地层与混凝土板之间的缝隙通过导流沉沙技术进行充填，从而使混凝土板形成一道具有防渗和加固等功能的连续墙。如图1所示。

图1 水利插板示意图

2.2 创新点21

（1）预制进桩技术。该技术通过设置在混凝土预制板桩底部的喷水装置产生的高压水喷射土体成槽，成槽后靠自重使预制混凝土板桩沉人地基，可达到快速施工的目的。影响水力插板进桩速度的主要因素有喷射装置的设置、地层性质及水力插板本身结构等。

（2）整体连接技术。整体连接技术是水力插板区别于其它板桩的关键技术。该技术通过预留在两块预制板之间的缝隙进行注浆，并利用预留在预制板顶部的钢筋现浇形成联系梁，使单块的水力插板形成整体的钢筋混凝土整体连续墙。

（3）导流沉沙技术。水力喷射切割地层在混凝土板四周留下的缝隙会影响混凝土板的稳定。为解决这一问题，该技术利用特制的设备让水力喷射切割地层后返出的高含沙水从已经插完的砼板两侧流过，让水中携带的泥沙沉积填满混凝土板与地层之间的缝隙，从而使混凝土板稳固在基础中。

2.3 特点

（1）施工速度快。该技术将预制成型的钢筋混凝土板沉入地基，不需修筑围堰、开挖基坑和降水，施工速度较快。

（2）整体性能好。该技术利用独创的板桩连接技术，可将插入地下的混凝土板连接成一个整体，通过接缝注浆后，两板结合部的密封程度甚至可超过钢筋混凝土板本体的性能。

（3）入地深度大。在已经建成的工程中，有的水力插板单板长度已超过30m。

（4）结构形式多样。水力插板是在地面上预制成型的一种钢筋混凝土板，根据工程建设实际需要可制成多种形式的桩板结构，如平板、丁字板、工字板、转角板等。

3 水力插板施工主要设备

3.1 喷射动力设备

主要用于产生高压水，为水力插板技术的主要设备，包括多级离心泵、水面漂浮泵等种类。多级离心泵中的锅炉给水泵是陆上水力插板施工的主要设备，优点是价格低，安装维修方便，且可多泵组合使用，缺点是需单独配置低压供水系统。水面漂浮泵是为水上水力插板施工专门研制的一种设备，可用于江河、湖泊等施工场地，安装维修较方便，不需配置低压供水系统，可满足频繁启动的需要。

3.2 起吊设备

主要用于起吊预制钢筋混凝土插板，根据施工场地不同，可采用不同的起吊设备。在陆上施工可采用汽车吊、履带吊等现有设备，而在水上和沿海滩涂地区则采用专用的水力插板吊机。

3.3 注浆固缝装置

水力插板插入地层后通过专门的注浆固缝装置进行整体连接，该装置具备冲洗桩板结合部沉积泥沙和搅拌配置、输送水泥浆的功能。海上施工采用专用的注浆固缝工作船。

3.4 其他设备

包括专用运载设备以及满足供水、桩板定位扶正、吹填泥沙等功能的配套设备。包括海上定位扶正导流填沙操作平台、海上水力插板施工脚手架等。

4 工程实例应用

4.1 垦利油田14km险工抢险

垦利油田14km段于1998年夏天发生险情。在采用常规的抛填铅丝笼效果不明显情况下，最终应用了长15m、宽1m、厚0.3m的水力插板桩进行抢险，为了提高每块插板整体刚度及整体性，在水力插板桩顶部浇筑钢筋混凝土连系梁，连系梁宽×高为0.3×0.3m，工程抢险后，在堤防防冲刷及整体稳定性方面取得了非常满意的效果。

4.2 黄河河口清3控导续建工程

该控导工程2001年续建时共布设24个坝垛，其中6个坝垛采用基础为水力插板的“人”字型垛，水力插板在平面布置上与“人”字型垛大致相同，结构尺寸为：宽1m、厚0.3m、长14m。为提高水力插板桩整体刚度，在其顶端设置钢筋混凝土连系梁，连系梁宽×高为0.3×0.3m。为保证插板的稳定性，在插板顶部通过拉杆与后面的锚桩进行连接。同时，为防止水流淘刷坝脚，在坝体和板桩之间散抛厚度为1m的乱石。

4.3 新疆叶尔羌河东河滩护岸工程

该防洪工程堤防总长度5km，堤顶宽10.5m，堤基基础为粉土及细沙。工程基础防冲处理措施比选了3种方案：①采用沉管灌注钢筋混凝土桩加振动沉模混凝土板墙进行防冲顺坝护岸；②采取槽孔混凝土防渗连续墙进行坝基防冲；③ 采用水力插板连续墙进行坝基防冲。方案①基础防冲处理方案每公里造价约4500万元，方案②基础防冲处理方案每公里造价约3000万元左右，方案③基础防冲处理方案每公里造价约2800万元。经施工难易、投资大小和防冲效果等综合比较，堤防基础防冲采用方案③水力插板技术。为保持其整体稳定性，水力插板顶部设钢筋混凝土连系梁，连系梁尺寸宽×高为0.5×1.5m。水力插板墙深18 m，板桩墙后每隔8m设置深6m的钢筋混凝土锚墩一个，每个锚墩均设有3根5 m长的水平拉梁与水力插板顶部连系梁连接。

5 结语

水力插板技术采用预制进桩和整体连接技术，可省去传统施工过程中修围堰开挖基坑、降水等工作，具有施工速度快、工程造价低、整体连接好、入地深度大等特点，这项技术已在工程抢险及控导工程和河道护岸等工程中得到成功应用并发挥了较大的经济效益，可结合实际情况在水利工程中广泛应用。

1. 程义吉．水力插板在黄河口河道整治中的应用 人民黄河，2010,32(10)．

2. 顾立军，刘小川，何富荣．水力插板技术在工程建设中的应用．水科学与工程技术，2010(5)．

3. 库尔班·依明，阿里木江胡达拜地．水力插板技术在新疆粉细沙河床防洪工程中的应用，水利科技与经济，2012,18(9)．

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.022

TV52

B

1672-2469（2014）11-0067-02

21作者简介：张 安（1971年—），男，高级工程师。