U 形预应力混凝土板桩在水利工程中的应用

徐峰XU Feng

（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）

0 引言

水利工程是国家基础建设工程中最主要的类型之一，工程时间跨度大、节点多、工程难度高，安全生产危险系数较高，工程质量直接影响着水资源的使用、生态环境的保护和生命财产的安全。以提倡“以人为本”“安全生产第一”的当今社会，如何降本提效，降低安全生产风险，不断提高工程质量，保障人们生命财产安全，是水利工程建设过程中首要考虑并认真贯彻落实的工作任务。

1 水利工程中间产品创新的重要性

水利工程中间产品创新重要性是由水利工程性质决定的。水利工程是国家基础建设的重要组成部分，是人们能充分利用水资源进行生产生活，提高生产力和生活水平的重要生产生活设施。水利工程设施技术、工艺的先进程度，也是一个国家综合国力的体现，因此水利工程建设也需要产品的不断创新。工程产品的创新，不仅能降低工程直接投资成本，还能提高工程安全性、耐久性等，实现企业及社会经济效益双收的效果。

2 预应力波形桩的构造

苏州某工程经过方案比选，护岸工程首次采用了预应力混凝土波形板桩（U 型板桩），兼具施工期挡水及护岸挡土作用。选用的预应力U 形板桩规格是YUBZ-350-II-15，规格参考自《先张法预应力混凝土U 型板桩》（Q/320506ZDF03—2016）。桩截面呈U 型，设计长度14.9m（河床以下11.3m，河床以上3.6m），厚350mm，宽1000mm 截面与普通预制桩对比，板桩采用卡口式结构，目的是使桩连接紧密，防止漏砂，提高抗冲刷及防渗作用。为了使U型板桩之间的连接更加紧密，U 型板桩的两侧做有阴阳榫。由于本项目需要U 型板桩具有一定的止水效果，因此U 型桩的一侧通长的阴榫；另一侧为阳隼+阴隼（水底冲刷深度以上为阴隼，水底冲刷深度以下为阳隼），阴隼与阴隼之间的空腔采用水下灌注混凝土填塞，以求更好的止水效果。板桩的底端为了板桩易于打入地基，在板桩厚度方向做成尖榫形；为了使后施打的板桩与已打的板桩靠得紧密，将桩端阴榫一侧削成斜角。在施打时，地基力对此斜面产生一个推挤力将板桩紧紧靠在一起。

3 预应力波形桩的施工

3.1 板桩就位 为提高U 型板桩打桩效率，根据板桩尺寸定制导向架，在U 型板桩施工前，施打定位柱，然后将导向架紧固在定位柱上，再进行施打中间的U 型板桩。同时，在导向架上安装紧固装置，紧固装置根据现场实际情况通过钢绳索控制紧固程度。通过导向架与紧固提高施工效率及桩与桩之间紧密结合。

3.2 板桩施工 板桩施工采用振动锤+履带吊，设备安装在施工船舶上，预应力波形桩放置在另一艘施工船舶上。板桩采用逐根施打的方式，在沉桩前根据定位桩安装导向架，作为板桩施打的导向，并使板阴阳榫口紧密对接。板桩沉桩以设计标高控制为主，出现异常情况应及时停止施工，原因明确后方可继续施工。在沉桩时，锤击桩机和桩宜保持在同一轴线上。每沉桩1～2m，应采用经纬仪对桩身垂直度进行复核，发现偏差及时纠正。沉桩过程中严格按规范要求进行，控制好沉桩的施工质量。

3.3 冠梁施工 本工程冠梁施工由于在水上施工，因此冠梁模板支设前，需在板桩上钻孔，穿Φ20 钢筋@1000作为模板底部支撑。穿孔前应先根据标高弹出冠梁边线，再根据冠梁边线统一开孔。模板底部应根据预应力波形桩的尺寸配相应的底模，确保模板底部不会漏浆，保证混凝土质量。冠梁底部采用Φ14 的拉杆固定，顶部采用木方进行限位，每间隔800mm 设置1 道。

3.4 冠梁浇筑 混凝土采用商品混凝土，浇筑采用分段的浇筑方式，采用插入式振捣器进行振捣，振捣按排式布点，布点间距不得超过振捣棒有效振捣半径的1.5 倍。表面振捣器移位间距，应使振动器平板能覆盖已振实部分100mm 左右。振捣过程随时掌握振捣时间与距离，防止过振和漏振情况发生。振捣按混凝土泛浆、表面平坦、无气泡冒出、混凝土面不再下沉为振捣密实进行控制，混凝土浇筑完成24h 之内，不得受到振动。振捣过程中注意振捣棒和模板的距离，振动棒不得触碰模板影响外观质量。浇筑过程中安排专人看管，防止出现爆模、涨模等问题。冠梁混凝土施工完成后，及时进行覆膜养护，养护周期不少于14d。

3.5 桩间回土与围堰内排水 清淤待冠梁达到设计强度后，为提高U 型板桩围堰的侧向刚度与止水效果，先采用船舶进行桩间土回填，回填采用自然下沉的方式，回填分2～3 次回填，初次回填待土方稳定后再进行二次回填。桩间土沉陷稳定后进行围堰内排水、清淤工作，排水清淤施工过程中严格检测U 型板桩的水平、竖向位移，当发现位移超过允许值时，应立即停止清淤进行土方回填。

4 施工质量控制要点

4.1 定位型钢柱 定位型钢柱在施打过程中应采用2个垂直方向的经纬仪严格控制2 个平面上的垂直度，垂直度偏差不得超过1%, 定位型钢柱应采用与U 型板桩相同的长度上端宜高出U 型板桩设计桩顶标高0.2～0.3m。在转角处的定位桩应设置在转角处的延长线上，方便U 型板桩的施打。转角处U 型桩应采用GPS 或全站仪进行坐标定位，应反复核对好坐标后方可施打。

4.2 导向架安装 除刚开始板桩施打时导向架两端需架设在两端定位桩上，在施打完一部分板桩后，导向架的一端需卡在已经施工好的板桩上。安装过程中要控制好钢围檩与板桩侧壁接触的导向段的垂直度，钢围檩的内侧壁间距控制在设计值范围内。

4.3 紧固装置 为保证U 型板桩阴阳榫直接的搭接能够紧密，板桩在施工过程需采用合理有效的提供水平约束力的紧固装置，应定制滑轮卡槽式的紧固装置，水平约束力通过钢绳索应根据现场的实际情况结合施工经验灵活调节。

5 提高水利工程施工质量的对策措施

5.1 树立生产质量安全理念 质量是任何生产的生命力和基石，工程各参建单位必须高度重视水利工程质量，并且加大监控力度。施工单位必须严格按照工程施工技术规范进行施工，按照相关施工规范要求开展一系列水利工程施工作业，全面把控全过程质量。同时必要的质量检查、抽查也必须贯穿整个施工过程，为保障工程建设质量牢筑安全篱笆。

5.2 严格把关原材料质量 由于预应力波形桩是一种较为新型的工程中间产品，生产工艺较为复杂，且水利工程施工现场条件较差，多数工程项目采用向制桩供应商集中订制采购的方式解决产品供应，因此对板桩的原材料质量进行监管就显得尤为重要。一是对原材料选用的筛选。主要包括产品生产环节的水泥、钢筋、粗细骨料、混凝土胶水及添加剂等原材料选用、质量抽样检验等。通过工作人员耐心细致检查，对原材料质量、使用情况，特别是水泥、钢筋、骨料、添加剂及混凝土试块等检测报告要详细登记造册，相关生产记录和生产商自检报告等技术资料要及时整理归档，便于出厂前检测发现问题后能及时溯源检查相关数据，确保产品质量安全。二是对过程产品的质量把控，主要包括对半成品、构配件及成品出厂前的抽样检验。通过对过程产品的外观质量（混凝土表面平整度、表面气泡夹杂等）、配筋（配筋数量、钢筋间距）以及产品构件混凝土强度等进行抽样自检，避免产品的生产环节出现偷工减料的现象。三是建设单位和监理单位共同对产品供应商或生产商进行原材料质量飞检，确保产品的出厂质量。

5.3 认真做好工程施工环节质量控制 鉴于U 型板桩的特殊性，除了出厂质量控制外，运输、保管及施工过程也会发生诸多影响产品质量的问题，因此为保障整个工程质量，还需对施工环节的U 型板桩质量进行严格把控。第一，对施工前板桩的质量要进行复核性质量检验，确保投入使用的产品指标均能符合设计和规范要求。对于不合格产品要及时进行退场处理，不可以将不合格产品堆放施工现场，以免错用。第二，在现场施工时，施工单位必须要求施工人员按照水利工程施工技术质量标准以及严格按照设计图纸方案开展施工。第三，需要仔细检查施工现场的安全防护措施，细致核查工程量的进度。对于个别沉桩深度不够或者桩头打裂等现象，一定要做好施工记录，并及时采取有效措施处理。第四，需要给现场技术人员处理现场影响施工质量行为的工作权限，一旦出现任何影响施工质量行为，负责监管施工人员有权限制止并中断，进行严格按规定的要求处理。第五，工程完工或竣工后，应当要积极协助有关监督部门来进行工程的竣工验收，同时将相应全过程检验检测及施工记录等资料准备齐全。一旦发现质量不达标，需要立即要求施工单位进行整改，直至其达到验收标准。

5.4 不断完善健全水利工程施工技术管理和质量监督体制 施工方要树立安全生产理念，以工程质量为基本要求，建立严格按照工程施工要求和技术规范标准施工的管理制度，以科学合理施工设计方案为蓝本，施工时做到对工程质量全程跟踪控制。同时建立完善的质量管理组织，积极开展质量自检工作。

建设单位同时也应建立严格质量监督体制，工程总投资安排专项检测费用，组织有资质的第三方检测机构对工程施工全过程进行质量抽检。

6 结语

总而言之，随着国家经济不断发展，水利工程发挥的社会效益日益重要。U 型预应力混凝土板桩作为一种性价比较高且可适用范围广泛的工程中间产品，在水利工程建设中又多用于隐蔽工程，如果产品本身及施工质量不能得到很好的控制，将会对水利工程产生不少安全隐患，因此，加强其在水利工程施工过程中的质量监督管控对于提高工程建设质量具有重要意义，应引起各参加单位和从业人员的重视。