中小河流综合治理工程PPP项目中波浪桩施工技术的应用

钟可圳

（潮州市政府项目建设中心，广东 潮州 521000）

1 工程概况

潮安区中小河流综合治理工程PPP拟建项目东凤镇项目位于潮安区东凤镇，属于潮安内洋南总干涝区的一部分，处于潮州供水枢纽下游的韩江西岸，镇域面积为34.23km²，集雨面积为29.22km²，总人口为9.3309万人。受地理条件限制，给东凤镇项目区的防洪、排涝和灌溉带来很大的困难。东凤项目区内主要排水渠道包括新光村宫前沟、东凤引韩总干渠、灰路支渠、铁索港支渠、铁索港排渠、南二排、三支横、三支直、1053渠、博士村面前溪、东凤引韩一支渠、东凤引韩分干渠、盆后排水沟、龙甲支渠、王厝陇排（竹筒溪）等。涝水大部分汇入南二干渠（东支渠）、小部分汇入西支渠，东支渠与西支渠汇合后由南二干渠汇入南总干渠。

根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅以粤水电总字〔1995〕4号文颁布）中的治涝标准，“水田按10年一遇设计暴雨3d排干设计，城镇及菜地按10年一遇设计暴雨1d排干标准设计”。该项目区内居民集中，3d排干不能适应经济发展现状，更不能满足经济迅速发展的未来需要。目前，潮安地区南总干涝区采用10年一遇2d排干标准，南总干渠按相应标准下设计流量进行设计施工；西总干涝区也采用10年一遇2d排干标准进行设计。此次整治河沟大部分属内洋涝区支流渠系，设计标准不应超过内洋涝区设计标准。综上考虑，此次整治河沟的排涝设计标准采用10年一遇24h暴雨产生的径流量2d排干。

2 波浪桩技术优势及结构

波浪桩通常为半圆环形截面的新型预应力混凝土构件，结构混凝土强度≥C80，以符合《预应力混凝土用钢棒》（GB/T 5223.3—2017）质量要求的预应力混凝土钢棒作为主筋，抗拉强度≥1420MPa。采用先张法制作半圆环形截面波浪桩能有效延缓混凝土结构裂缝，提升结构的抗弯承载力。此外，在混凝土材料内掺加高性能复合材料优化配方后，还能进一步提升混凝土结构耐久性，克服传统水利工程施工材料造价高、成型质量性能不稳定等弊端[1]。

在潮安区中小河流综合治理工程PPP项目东凤镇项目区防洪墙护岸采用潮州大同管桩有限公司所生产的单根长度15m、直径50cm、混凝土设计强度C80的预应力混凝土波浪桩，桩内配筋包括6根13.5～1400MPa预应力筋和6根12.5～500MPa非预应力筋，整体结构张拉应力达0.75fptk。波浪桩两端设置20mm厚的端板，地面以下埋设长度12m，垂直度控制在1%以内，桩间距＜15cm，波浪桩地下埋设部分焊接钢制桩尖，其结构如图1所示。与板桩相比，预应力混凝土波浪桩为弧形截面，外观效果优良。

图1 预应力混凝土波浪桩结构

3 预应力混凝土波浪桩施工

潮安区中小河流综合治理工程PPP项目是首次采用预应力混凝土波浪桩护岸，所以对于钻孔尺寸、沉桩设备选择、施工工艺等方面并无经验可借鉴，为确保工程波浪桩施工质量，参考该工程预应力板桩相关施工参数并进行现场试验，最终确定出钻孔尺寸、沉桩设备以及波浪桩施工工艺。

3.1 设备选型

综合考虑该工程场地原因，高频振动效率、护壁泥浆以及长大钻机等因素，为保持桩基及导向架的平衡，有效防止沉桩倾斜，根据多次预应力混凝土波浪桩沉桩设备选型现场试验，通过搅拌成孔振动沉桩工艺能基本达到护岸预应力混凝土波浪桩施工要求，最终选择液压步履式深层搅拌桩机即长螺旋钻机+高频振动锤的施工设备组合，以便有效保证成孔效率和垂直度，缩小桩间缝隙，避免沉桩不足及断桩，彻底清扫孔内孤石。在上述设备组合选型的基础上，还应加强原河床下部石块换填质量和沉桩垂直度控制[2]。

3.2 施工工艺

潮安区中小河流综合治理工程PPP项目东凤镇项目区防洪墙波浪桩护岸拟采用施工工艺流程如图2所示。

3.3 施工技术要点

（1）换填施工。为防止块石夹层影响波浪桩沉桩质量，在波浪桩沉桩前，必须进行地表黏土换填。通过挖掘机将施工区域内地表控制标线宽2m、深4m砂砾石层彻底清除，用干燥黏土换填过程中；通过挖掘机斗槽分层夯实，以确保换填层稳定、密实，不坍塌。对于冬季换填施工，应配合使用破碎锤机清除砂砾冻层，并用含水率达标的干燥黏土换填。

图2 预应力混凝土波浪桩施工工艺

（2）钻机成孔。搅拌钻机跟随钻杆钻进施工，引孔通过高压射水完成，搅拌成直径750mm的孔，搭接尺寸为250mm，桩中心间距确定为700mm。步履式深层搅拌机到位后，使其钻头与成桩控制点对齐，并进行钻杆垂直度的矫正后开启高压水泵，保证钻头按0.3m/min的钻机速度开始钻进[3]。钻头钻进的过程中，通过泥浆运动可以使孔洞内部分砂砾被带出，孔径不断增大，泥浆的护壁作用也能促进桩孔成型。保持钻头钻进过程中竖直匀速，孔洞内孤石不断剥离，能有效避免沉桩偏斜与钻头过热引发断桩。待钻头钻进至-11.5m设计高程后，在此处持续转动1min，保证孔壁达到稳定后再反转钻头降低钻速，以0.6m/min的钻速匀速上升，此时可关闭高压水。

（3）导向架安装。为提升定位槽刚性及整体性，应加强对沉桩垂直度及桩间缝隙的控制，该工程采用插入式双层定位导向架。

（4）预应力混凝土波浪桩起吊。将波浪桩一端采用挖掘机拖动至吊车施工处后，再由吊车进行波浪桩起吊，在操作人员配合下下入导向槽。待波浪桩进入槽内就位后，使吊车钢丝绳匀速下落，桩体在自重作用下匀速沉入砂砾石层，到达层底后拽拉钢棒扣，将钢丝绳卸下。启动高频振动锤后使锤头夹住波浪桩外露端头，进行桩头位置的适当及垂直度的调整，保证桩体垂直度偏差在1%以内，桩间缝隙在15mm以内，再利用双层定位导向架固定住桩体。

（5）振动沉桩。打开弱振开关后使桩体匀速缓慢下沉4.5～6.5m，将弱振调至强振后，仍然保持桩体匀速缓慢下沉状态，沉桩过程中如遇桩体垂直度偏差超出规定范围，应调整锤头与桩体的位置；如果桩缝误差超出规定值，应调整双层定位导向架导链，控制桩缝。待桩体下沉达-11.5m的设计标高后关闭强振开关，转弱振，这一过程中再次检查桩体垂直度与桩缝。孔口泥浆若无下沉现象则表明已达到封孔堵水的目的，此时取下夹嘴，使锤头下落，结束波浪桩施工。

4 结束语

对潮安区中小河流综合治理工程PPP项目东凤镇项目区防洪墙波浪桩试验及护岸施工过程的分析表明，块石夹层对波浪桩沉桩质量存在极为不利的影响，只有彻底清除原宽2m、厚4m的块石夹层并换填以黏土，高压引水造浆护壁后才能顺利展开沉桩施工；待沉桩至设计标高，再持续弱振2～3min彻底封孔堵水。此外，该工程所采用的液压步履式深层搅拌桩机即长螺旋钻机+高频振动锤的施工设备组合对于复杂地质条件下波浪桩成桩施工较为适用，有效防止了沉桩不够及断桩等技术问题，对于桩体间隙及沉桩垂直度都有较好控制。

该工程为拟建工程，通过对工程波浪桩加固施工可行性的分析表明，沉桩结束后在预应力混凝土波浪桩边缘所设企口处灌注水泥浆液，能加强桩体止水效果；波浪桩工厂预制且机械垂直沉桩，对施工环境要求不高，且不用考虑降水开挖，大大节省了土方工程量，使施工效率有效提升，采用拱形设计的桩截面能增大挡土面积，经济效益高；波浪桩采用C80高性能混凝土，抗渗等级高，能保证工程耐久性能；在将桩端打入稳定土层的过程中，桩长能灵活调整，沉桩后即可转入下一工序，能大大节省传统预应力桩施软基处理的工程费用。