静压钢板桩在克服坚硬地质施工中的应用

▍摘要

摘要：东莞市樟木头镇旗岭桥1号、2号、3号、4号墩系梁及墩柱等下部结构采用水中钢板桩围堰施工，钢板桩选用15m长拉森Ⅵ型钢板桩，钢板桩入土深度为6.3m，因河道地质资料为卵石层和全风化花岗岩，普通钢板桩施工工艺根本无法插入，经讨论，遂采用静压钢板桩的施工方法，顺利完成了旗岭桥水下系梁的施工。由于静压钢板桩的施工无振动、无噪音，钢板桩施工效果好，止水挡土效果极佳，广泛应用于围堰工程、防波堤、路堤、挡土墙工程等。

关键词：静压钢板桩；围堰；无振动；无噪音；卵石层

▍0 引言

具有众多特长的压入工法唯一的弱点是对坚硬地质的压入，特别是在混有卵石的砂砾层和岩盘等坚硬地质的情况下，不用说单独压入，即使是利用水刀并用工法也不能达到所期待的效果。但是，利用螺旋钻钻掘与压入的联动，将“除芯理论”付诸于实用的克服坚硬地质工法，在确保了压入工法优越性的前提下，成功的解决了这个难题，使可适用的地质范围得以飞跃性的扩大。

克服坚硬地质专用静压植桩机，虽装有钻掘用螺旋钻装置，但静压植桩机机体轻量、小型不会给周围带来压迫感，即使是在狭窄场所、倾斜地段也可进行施工。并且，因为静压植桩机为牢牢抓住完成桩的构造，所以没有倾倒的危险，实现了高度的安全性。同时，从清洁排放、噪音对策，到率先采用生物降解油标准等，在产品设计阶段就已经考虑到了对工地现场的周边环境以及对地球环境的环保要求。

在施工管理中，通过“环境监视系统EMOS”实时监测施工中机械的动作、噪音、振动等对周边环境的影响，保证施工机械在标准规定内施工，以及通过对压入力、螺旋钻的旋转扭矩等施工数据进行科学分析，利用“压入管理系统”管理压入状态，实现可信性极高的施工。

“克服坚硬地质工法”利用独自开发的“除芯理论”，在确保压入工法优越性的前提下，实现了在“坚硬地质”的压入施工，成功解决了施工地基、周边环境、安全性等建设业界所存在的各种问题。

▍1 工程概况

旗岭桥位于东莞市樟木头镇，路线大致呈东西走向，西起樟深路，跨越石马河，终点至柏峰路。桥梁总长127m，标准红线宽20.5m，双向四车道，设计行车速度为40km/h，道路等级为城市支路，其中桥梁桥垮结构为25m现浇箱梁+(3×25m+20m)小箱梁。该桥基础为钻孔灌注桩，共31根，设计总桩长686m，最大单桩长27m；其中0号桥台位于左侧岸边，与10kV高压电塔交叉，需高压电塔迁移后可施工，5号桥台位于右岸岸边，场地开阔，无构筑物和管线交叉，另外1、2、3、4号桥墩在石马河河道内，需采用钢板桩围堰施工；钢板桩选用15m长拉森Ⅵ型钢板桩，钢板桩入土深度为6.3m，围堰平面尺寸19m×6m，围堰顶标高11m，钢板桩底标高-4m，钢板桩入土深度为6.3m，地系梁垫层底标高2.3m，汛期水面至系梁底深7.2m；其中旗岭桥1、2、3、4号墩位于河道中，河床卵石层较丰富，卵石层厚度为6.1～7.5m深之间，钢板桩施打困难，无法穿透卵石层，为满足施工需要，采用静压植桩机施打钢板桩。静压植桩机装有钻掘用螺旋钻装置，可以轻易穿透坚硬地质，另外静压植桩机机体轻量、小型不会给周围带来压迫感，即使是在狭窄场所、倾斜地段也可进行施工。并且，因为静压植桩机为牢牢抓住完成桩的构造，所以没有倾倒的危险，实现了高度的安全性。同时，从清洁排放、噪音对策，到率先采用生物降解油标准等，在产品设计阶段就已经考虑到了对工地现场的周边环境以及对地球环境的环保要求。

▍2 施工方案描述

2.1方案描述

静压植桩机的建造基本原理，静压植桩机“压入原理”是使用夹住数根已压入地层的桩（完成桩）后，以其拔出的外力为反力，使用静载荷把下一个桩压入地层。静压植桩机的好处：机身较轻小，便于建造狭小区域及超低空间地区，自走在压进阶段时无需平衡物，节省了造价，并可辅助进水刀及螺旋钻头，更适合于各种地质。静压植桩机建造分为两个过程：初期压进和自走阶段压进。初期压进：在建设初期，将静压植桩机水平设定于反推动力基础上，再依据土壤环境情况、桩长，将初反推动力重块安装在反推动力基础两侧，用整体重力作为相反力量压进第一根桩，然后将静压植桩机自向前移，分别抓住植进的完成桩，当机身全部移到初期反推动力桩上，后再移走初反推动力重块至反推动力基础，从而实现了初期压进。

该方案提供一种静压植桩机及其施工工艺，能够解决钢板桩克服坚硬地质的情况，另外静压植桩机机体轻量、小型不会给周围带来压迫感，即使是在狭窄场所、倾斜地段也可进行施工。并且，因为静压植桩机为牢牢抓住完成桩的构造，所以没有倾倒的危险，实现了高度的安全性。同时，从清洁排放、噪音对策，到率先采用生物降解油标准等，在产品设计阶段就已经考虑到了对工地现场的周边环境以及对地球环境的环保要求。其技术问题所采用的技术方案是：首先用螺旋钻进行最小限度的钻掘，使地下处于空心状态。然后在拔出螺旋钻的同时将钢板桩插入，保持地基的稳定，具体工序如图2所示。

静压钢板桩在克服坚硬地质施工中的应用

图 1 静压植桩机细部构造图

静压钢板桩在克服坚硬地质施工中的应用

图2 静压植桩机螺旋钻钻掘工序图

2.2施工工艺流程及操作要点

2.2.1施工工艺流程

根据旗岭桥现场地质条件和水文情况，为了保证旗岭桥水下钢板桩围堰的施工进度和施工质量、安全，现决定对旗岭桥水下钢板桩支护采用静压钢板桩压入施工，本工法的施工工艺流程为：材料准备→测量放样→桩机就位→设置反力重块→吊桩→测量放孔→压入钢板桩→检查钢板桩质量并验收→转移钢板桩机→连接牢固锁口→完成初期桩基→撤掉配重→进行静压桩机压桩→钢板桩围堰施工完成。

2.2.2施工准备

1）人员、机械配置。现场安排施工管理人员2人，专职安全生产管理人员2人，静压钢板桩工4人、焊工3人、其他作业人员12人，配置履带吊、电焊机、挖掘机、静压植桩机、螺旋钻动力装置、80t汽车吊、空压机、抽水泵机、120kW发电机、全站仪、水准仪等设备。

2）施工准备。在旗岭桥的施工区域内供电、供水、钢栈桥搭设满足桩基施工要求，桥面平整畅通；做好机械、运输车辆及各种辅助设备的进场和维修检查工作，做好安全应急措施。

2.2.3施工步骤

1）钢板桩测量放样。按照钢板桩的总平面布置图，计算每根钢板桩的坐标位移和方向，在确定无误后开始了外业测试工作。钢板桩定位系统使用电子全站仪计量，通过全站仪采用全程监测的方式掌握钢板桩桩位，并在压入钢板桩过程中，通过检测适时监控钢板桩的垂直程度，以提高钢板桩围堰质量。

2）静压钢板桩施工。①初期压入：建设初期，因为还不能进行桩可为用，所以一般都是用（反作用力基础）来进行初期反受力桩的压入。将静压植桩机水平设定在反作用力基础上，然后按照土壤环境情况，桩的高度大小，将反作用力重块安装在反作用力基础的两侧，用它总的重力当作相反力量压进第一根桩。然后在一次压进作业时间后，将静压植桩机自方向前移，并分别抓住植进地面的完成桩，当机身全部移动到初期的反作用力桩上后撤除反作用力重块和反作用力基础，进入后续工序；②压入工序，自走：将压进桩压在规范要求的深度以后，将上机身往前运动，并架设下一组桩，进行压进作业。当真正压进的桩的承载力已经能够完全支承静压植桩机的重力之时，将握住反力桩的稳定夹并开启，在完全夹住压入桩的状况下，将上机身上升后，将基座往前移至下一组反受力桩的水平部位，随后再下落至反力桩上，并正确调节水平度以后，再关掉稳定夹，以构建新的反受力基础，然后再将压入桩加压至规范要求的深度。这种施工步骤的反复，被叫做压入施工。将静压植桩机往前运动的施工则被叫做自走。

3）钢板桩插打次序。

①在静压钢板桩插打前，在旗岭桥的围堰上、下游设置全站仪观测点，用以监控钢板桩围堰钢板桩的插打位置；

②静压钢板桩采用先施工上游边，最后在施工下游边。静压钢板桩的插打次序见钢板桩围堰打桩流程图见图3；

静压钢板桩在克服坚硬地质施工中的应用

③提高静压钢板桩插打平顺的主要办法是随时检测补偏救弊，在插打过程中，须按照“插桩正直，散放即纠，调整合拢”的施工要领；

④在静压插打钢板桩时要保证平整，首先要插好打稳几块导向框定位，然后再继续插打；

⑤钢板桩插打与就位质量应当满足以下规定：合拢时楔形桩上下口宽度差不应当超过桩长的2%；达到设计高程后的最大倾斜度不应超过1%。

▍3 结语

静压植桩技术已在樟木头镇旗岭桥施工中获得了成熟运用。该技术具备噪音小、无震动、节约了建筑空间的优点，减少了对周边环境的影响，满足了环保管理和绿化环保建设的需要；静压植桩方式能够在用振冲方式坚硬的岩层中进行钢板桩施工，能有效克服建筑施工困难；静压植桩法，比常规的振动锤施工技术具有速度快、对桩体损伤小、准确度高优势；根据静压植桩工艺特性，采取相应的质量控制措施，可以有效提高钢板桩围堰的建筑施工质量。

综上所述，由于静压植桩技术突破了传统施工方式所受的地理、环境等条件制约，并有着自身的优越性，因此钢板桩作围护结构的应用领域越来越广泛。所以，对于应用静压植桩技术建造钢板桩等围护结构有着很大的推广应用价值。

静压钢板桩在克服坚硬地质施工中的应用