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顾浩磊,段亮超
（1.上海市交通建设工程安全质量监督站,上海 200030; 2.上海公路桥梁＜集团＞有限公司,上海 200433）
U型预应力混凝土板桩能良好应对往施工中的不足和缺陷，更好地提升总体效果。积极采用U型预应力混凝土板桩，将能推进高速公路边坡工程建设工作的顺利开展，全方位地提升工作总体建设优势，减少环境污染等情况的出现[1]。
U型预应力混凝土板桩采用独特的变截面结构设计，在加大截面高度、增大截面抵抗弯矩的同时，还增加了截面宽度，通过采用结构力学原理分析，其受力特点与工字形受力特点一致，具有良好的抗弯能力，钢筋混凝土用量较少，减少了资源消耗。
先张法预应力混凝土U型板桩是一种预应力混凝土基础围护挡土构件，因其采用独特的变截面结构设计，在加大截面高度、增大截面抵抗弯矩的同时，还增加了截面的宽度。从结构受力原理分析，受力特点与工字形受力特点一致，具有良好的抗弯性能，特别适用于挡土护坡材料[2]。
板桩按照截面高度分为350 mm、400 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm、1 200 mm等规格。板桩按桩身抗弯性能或混凝土有效预压应力分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型。截面形式如图1：
图1 板桩截面形式（mm）
该文所列工程实例中，采用的桩型为U-CS-450-Ⅱ（6 m、9 m）型混凝土板桩，具体参数如表1：
表1 U-CS-450-Ⅱ型混凝土板桩技术参数
2.1 生产工艺流程
U型板桩生产工艺流程如图2。
图2 生产工艺流程
2.2 生产工艺特点
（1）台座法生产工艺：实现规模化生产，便于控制产品质量和工艺参数精度。
（2）大吨位高精度的预应力张拉设施：U型板桩采用单根预紧、整体张拉的预应力施工工艺，提高了生产效率，同时确保了生产过程中张拉力和伸长量的控制要求。
（3）自动化控制混凝土配合比：为了满足混凝土耐久性与和易性的基本要求，在U型板桩生产与控制过程中，采用计算机智能控制混凝土配合比，实现自动化生产，确保产品质量。
（4）大流动度高性能混凝土技术：确保桩身密实性，提高了桩身的耐腐蚀性能，进而提高了桩的耐久性。
（5）成型和密实工艺：U型板桩采用高效率的自动喂料系统，定量式混凝土浇筑；
同时采用高频振动成型，一方面有效提高混凝土密实度，另一方面大大减少气泡，保证外观质量。
（6）钢模成型：保证产品尺寸精度和外观质量，同时采用气动式自动开合模工艺，降低工人劳动强度，提高生产效率。
（7）先进的干热养护：通过合理控制湿度和温度，实现增产降耗、环保节能。
3.1 施工工艺流程
U型板桩施工工艺流程如图3：
图3 施工工艺流程
3.2 施工准备
（1）进行施工前各种手续的办理：包括高速公路交通围封手续、施工便道临时借地手续、构件运输通行证等。
（2）现场进行安全文明施工标准化设置：施工区域地面部分采用标准化PVC围栏进行全封闭，高速公路上考虑到车辆高速行驶造成风载很大，不宜采用高度大的PVC围挡，改而采用水泥隔离墩的形式。提前对沿线地下管线进行排摸。对于无法搬迁的管线，立即上报设计单位，经设计单位确认后，局部缩短桩长以避让管线。
（3）沉桩机械的选择：考虑到板桩沉桩时需穿透砂质粉土层，该土层摩阻力十分大，因此选用500型的液压振动锤，增加振动锤的功率。
3.3 安装定位型钢及导向架
根据第一根桩位位置，并靠在旁边预先施打一根定位型钢，相距10 m处施打第二根定位型钢。安装钢围檩架时要控制好钢围檩与板桩侧壁接触的导向段（400 mm厚）的垂直度。钢围檩的内侧壁间距控制在465 mm（针对U-CS-450桩型）。为控制好板桩墙的轴线位置，减少桩的平面扭曲和提高打桩效率，加工好足够强度及刚度的导向架。导向架形式如图4：
图4 型钢导向架（mm）
定位型钢打入地面以下约5 m，然后将导向架吊放在定位型钢上，用手拉葫芦临时固定。当导向架内的板桩施工满后，松开葫芦，将导向架吊开，拔出定位型钢（导桩），沿打桩方向10 m处，打下定位型钢，再将导向架吊放在定位型钢上，循环操作。
3.4 吊桩及入导向架
采用液压打拔桩机夹具夹紧桩顶部，慢慢提起后移至桩位处，缓缓放下到底同时注意不要碰撞导向架，下部用滑轮卡槽式的紧固装置收紧[3]。
3.5 板桩定位、调直、紧压
用2台经纬仪控制垂直度，待桩调直后，利用桩机夹具向下压紧。
3.6 沉桩、调整偏差
开启振动，激振力由小到大，根据实际施工情况及桩的下沉速度调节控制。施打过程中，严格控制好桩身垂直度，如有偏差及时调直。由于地层分布不均匀会造成偏位、倾斜，发生此现象应立即停止，向上提升，通过调整钢围檩架与桩之间加塞楔形小木方等方法控制，调整完成后再施打。
3.7 沉桩至标高
一般情况下越接近设计标高，压力越大，桩身进尺越慢。随时观察桩顶的混凝土情况，由于击振力大，击振时间长，会造成桩顶混凝土破损。若出现裂缝或局部破损等情况，相应调小击振力，也可以在桩顶部位和夹具部位垫橡胶皮。
3.8 松开夹具
施工至设计标高后，松开夹具，关闭振动，进行下一根桩的施工。
3.9 沉桩控制要点
（1）轴线控制：打桩前进行系统的轴线复合，板桩轴线偏差应控制在20 mm以内。检查和调整夹桩装置，以保证板桩轴线符合要求，并防止板桩脱榫。
（2）垂直度控制：用两台经纬仪校正和监控桩身垂直度。打桩开始至入土2 m期间，发现偏斜应及时停机调整，如有可能，应把桩拔出，清障回填后重新沉桩。桩体严重倾斜时，应将桩拔出，用钢桩定位，再将桩重新沉入。
（3）高程控制：以桩尖达到设计标高为符合要求，桩顶允许偏差应控制在允许范围内。板桩施打至接近规定标高时，应调节振动参数来控制振动的频率及力度，保证桩顶高程符合设计要求。
4.1 生产过程中存在的一些问题
（1）板桩凹凸槽直线度不足，桩身扭曲弯曲。此问题的出现主要是源于加工厂内模具常年使用，且平时检修和保养频率不足，模具产生变形，导致混凝土成型后外观存在扭曲变形的情况，因此需要拆除模具内变形的凹凸槽模边，重新安装校直后再生产。
（2）桩端钢隔断错台导致桩头不平整。此问题的出现主要是因为在流水线生产模式下，多根桩都在一条流水线上生产，桩与桩之间存在一个钢结构隔断，隔断上预留孔作为预应力筋穿束使用，因为预应力筋张拉时张拉力很大，而钢隔断的定位卡销数量不足，张拉时因应力过大导致钢隔断变形，导致桩成型时端部不平整。需要整修钢隔断，增加定位卡销，保证上下隔断拼装后垂直，严丝合缝。同时，钢筋下料时要加强管理，保证切割后的钢筋与端面齐平。
（3）混凝土未振实，漏浆现象，表面存在较多气泡孔。此问题的出现主要是源于U型板桩的结构特性。凹凸榫的位置属于阴角，只依靠附着式振动器无法保证阴角处的混凝土振捣质量，而且附着式振捣器振捣时间也有一定程度上的不足，需要增加手持振动棒二次补振，同时延长附着振动器的振动时间，并加强成品出厂前验收管理，发现表面有缺陷，提前进行修补，满足外观质量要求后方可出厂。
4.2 施工过程中存在的问题
（1）个别板桩在未引孔的情况下施工时间较长（约30~40 min）。根据地勘报告，U型板桩打桩均需穿越砂质粉土层，该土层摩阻力较大，不采用引孔措施的话，沉桩较为困难，且该处之前进行过局部地基换填处理，导致局部桩基施工困难，难以沉桩。后续采用钢桩引孔的辅助措施后，沉桩速率明显增加，平均在10 min左右。
（2）三根试桩在施工后水平位移量已超出设计规定限值（10 mm）。三根试桩施工前，内侧的土路基台阶上堆放了较多U型板桩，可能导致侧向荷载增加，从而引起侧向位移的增加，该部分U型板桩已于施工后第2天移至别处，从第3日起单日侧向位移量明显减小。
（3）沿线存在无法搬迁的地下管线，与现状桩位存在冲突。为避让管线，个别桩位需采用缩短桩长的方式施工，将管线位置相关数据提交给设计单位，由设计单位进行支护结构整体稳定性复核。
先张法预应力混凝土U型板桩的优势特点表现：
（1）挡土截面远高于传统板桩和普通预制桩，在高速公路这种交通流量大、动载大的情况下相较于普通支护结构有着较大的优势。
（2）采用工厂化集中预制，现场机械一次性施工成型，与传统的现浇混凝土挡墙结构相比施工工期大幅缩短。
但在高速公路改拓建工程中，U型板桩的应用也存在一定的局限性：
（1）遇到硬质土层时，由于土层摩阻力较大，且板桩本身截面积较大，大幅降低了沉桩速率；
需经常性采用引孔的措施，而引孔会导致土层的松动，一定程度上会增加横向位移量及垂直沉降量，对边坡支护结构的整体稳定性存在影响。
（2）高速公路车流量相较于一般等级公路要大幅增加，从而增加了车辆动载带来的侧向压力；
而且遇到高路堤路段，侧向土压力大幅增加，对板桩的抗弯、抗剪能力有着较为严峻的考验，需要在板桩结构设计上进行进一步优化。
