预制混凝土板桩防冲墙在水闸加固工程中的应用

张超琳，郭振霆，陈 磊，游昊东，王 翠

（1.赤峰市农业广播电视学校，内蒙古 赤峰 024000；2.海河水利委员会海河下游管理局，天津 300061；3.宝坻区交通材料供应站，天津 301800；4.天津中海水利水电工程有限公司，天津 300061）

预制混凝土板桩防冲墙海上施工是利用海上打桩作业平台将预制混凝土板桩打入水下地基土中，形成地下连续墙，以提高闸下消能防冲设施的防冲刷能力。这是对已建成水闸消能防冲基础进行加固处理的一种新材料和新方法，2019年首次运用于北方地区入海河口大型防潮闸的消能防冲设施加固工程中。对其施工工艺进行研究，可以更好地实现工程设计原则和目标，控制工程造价，保证工程施工安全。

1 概况

独流减河是海河流域重要行洪入海通道，也是天津市防洪的南部屏障。由于天津市开发建设南港工业区占用了大港分洪道部分出口，同时改变了独流减河口水动力条件和泥沙运动条件，需重新安排独流减河超标准洪水，结合港口建设对河口治导线进行调整。原由大港分洪道承泄的超标准洪水改由独流减河口下泄，独流减河口泄洪能力由3 600 m3/s提高到4 500 m3/s；同时，由于独流减河防潮闸闸下消能防冲设施现状不能满足最大过流4 500 m3/s安全条件，为确保治导线调整后河口防潮闸工程安全，实施独流减河防潮闸闸下消能防冲设施加固工程十分必要和迫切。

2 工程建设内容

独流减河防潮闸工程等级为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。该工程为闸下消能防冲设施加固，建筑物级别为3级，临时建筑物级别为4级。施工期洪水标准采用10 a一遇，独流减河闸下10 a一遇非汛期高潮位为2.85 m。

防潮闸闸下消能防冲设施加固工程主要建设内容为浆砌石海漫延长、海漫末端增设防冲墙和抛石防冲槽拆除后顺延重建。

（1）闸下桩号0+029.5—0+059.5现状为浆砌石海漫段，长度30 m，予以保留；桩号0+059—0+082.5保留现状抛石防冲槽，防冲槽上部铺设模袋混凝土，总长23.5 m。

（2）模袋混凝土末端设预制混凝土板桩防冲墙。防冲墙中心线位于闸下桩号0+082，在河道两侧沿岸墙坡脚向下游延伸52.6 m，轴线长度280 m；顶面高程同抛石防冲槽高程为-6.38 m，底高程为-19.38 m，深13.0 m，厚度0.4 m。

（3）防冲墙后接抛石防冲槽。防冲槽中间宽约120 m，顺水流方向长12.5 m，桩号为0+082—0+109.5；左右岸两侧顺水流方向长27.5 m，桩号为0+082—0+109.5，宽度均为60 m；厚度2.0 m，顶面高程-6.38 m，底面高程-8.38 m；单块抛石重量要求不小于150 kg；末端以1∶5倒坡接至河底高程-3.38 m，长度15 m。

3 工程质量标准

防冲墙采用预应力C80钢筋混凝土预制离心板桩，尺寸为长×宽×高=13 000 mm×900 mm×400 mm，单根重量10 t。该型号预制混凝土离心板桩添加了GM3型外加剂，掺入剂量为胶凝材料的3%，抗渗等级P10，耐腐蚀系数KS120≥0.95，电通量≤500，氯离子扩散系数≤3.0×10 m3/s。工程施工质量检测和验收按保证项目和允许偏差两个方面进行控制。

（1）保证项目。板桩质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证，同时打桩的标高及贯入度、桩的阴阳榫口处理必须符合设计要求。

（2）允许偏差项目。垂直于板桩墙轴线方向的平面位置允许偏差≤50 mm，板桩间缝宽≤25 mm，垂直度允许偏差≤100 mm。

4 工程施工机械

（1）打桩机械。根据桩尺寸、土质情况和设备条件选用规模匹配的落锤打桩机，打桩机主要包括桩锤、桩架和动力装置3部分。海上打桩配有打桩船1艘，船型为钢制箱型结构，非自航，船艏正中设有坚固的三角桁架式桩架机构和打桩锤。

（2）吊桩机械。陆上吊桩配1台履带式起重机或轮胎式起重机，海上吊桩配卷扬机2台和发电机1台。

（3）运桩机械。海上运桩根据施工强度和进度要求配备运桩船1～2艘。

（4）其他机械设备。其他辅助设备及材料有导向架、围桩锁具、定位桩、送桩器、钢丝绳、滑轮、卸扣、焊机、照明设备、电焊机、氧割工具、索具、扳手、撬棍和钢丝刷等。

5 工程主要施工工艺

5.1 施工前准备

本工程利用海上施工平台进行海上打桩。为便于打桩船只进出和不受涨落潮影响全天候施工，彻底清除打桩区域的水底杂物，以防影响打桩质量和进度，保证打桩顺利施工。工程施工前，对防冲墙中心线位置上下游20 m进行清淤，河底高程清淤至板桩顶高程位置-6.38 m，水深满足打桩船吃水深度作业要求。

5.2 施工工艺流程

（1）主要施工工序。岸上起吊预制桩→吊入运桩船→运桩→施工平台海上吊桩→入锤架→调平板桩的垂直度→桩位定位→自重沉桩→复核桩平面以及垂直度偏差→一次沉桩击打→送至水平面→连接送桩器→二次沉桩击打→送至设计标高→起锤→移至下一桩位→重复之前步骤。

（2）沉桩施工要点。板桩施工应满足《板桩码头设计与施工规范》（JTS167-3-2009）规定。为控制好板桩防冲墙的轴线位置、减少桩的平面扭曲和提高打桩效率，应预先加工好足够强度及刚度的导向架。打桩机在方驳上组装、调试、就位，对桩机进行固定，施工中充分考虑潮汐和风暴潮对桩机定位的影响。在陆地上设置测量定位控制点，并采用2部经纬仪在2个垂直方向监控桩的垂直度，垂直度出现偏差时及时进行纠正。打桩机在测量仪器控制下就位。在锚缆收紧定位时，应保证桩机的打设并在避免碰桩的前提下尽量减少误差。涨落潮时，应随潮水的涨落适时调整锚缆，以保持船位的准确和防止个别锚缆受力过大。为使板桩连接紧密，在沉桩前打设导向架，导向架采用工字型钢，并使板桩阴阳榫口紧密对接，板桩不得出现脱榫现象。在测量仪器的控制下，板桩对准邻桩锁口槽并及时调整桩身垂直度；沉桩时需根据土质和贯入速率，及时调整桩锤的冲击力，以避免桩身偏斜。沉桩过程用经纬仪及时跟踪观测桩身状态，发现偏斜及时调整校正，使误差控制在允许范围内。沉桩以标高控制为主。在桩身做好标记，用水准仪观测，沉桩至设计要求的标高，桩尖高程≤±100 mm。板桩打设每5～10根为1组，每组从左至右依次深桩，板桩沿导向梁打设。板桩靠近护坡倒角处，接头可根据现场情况调整。

6 结语

采用预制混凝土离心板桩海上施工工艺加固水闸消能防冲设施，具有施工方法简单、施工效率高等特点，可有效地缩短工期，比较适用于导流困难、工期紧或要求快速提高强度等方面的工程施工。

独流减河防潮闸采用的C80预制混凝土离心板桩，其抗腐蚀性能较一般的混凝土灌注桩有显著提高，比较适合作为持力层埋深较浅的水闸闸墩和闸底板的基础，对环境的影响更具优越性。混凝土板桩防冲墙海上施工工艺的研究，可以有效地指导水利工程专项施工方案的编制，对保证水利工程建设质量和按期完工提供技术支撑。