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特殊地质条件下钢板桩助沉技术应用探讨

发表时间：2021/4/6 来源：《建筑科技》2021年1月上作者：林裕荣

[导读] 拉森钢板桩在建筑、市政施工领域中被广泛应用，常用于基坑围护、路桥围堰、临时沟槽等施工环节。能有效起到挡土、止水的效果，同时具有二次利用率高，成本低等特点。但遇到土层较硬时，一般的拉森钢板桩会出现沉桩困难的情况，传统处理方式为机械钻孔和逐桩焊接射水管。文章采用了一种新的施工工艺进行处理，并对该工艺的应用进行探讨。

汕头市建安（集团）公司林裕荣 515041

摘要：拉森钢板桩在建筑、市政施工领域中被广泛应用，常用于基坑围护、路桥围堰、临时沟槽等施工环节。能有效起到挡土、止水的效果，同时具有二次利用率高，成本低等特点。但遇到土层较硬时，一般的拉森钢板桩会出现沉桩困难的情况，传统处理方式为机械钻孔和逐桩焊接射水管。文章采用了一种新的施工工艺进行处理，并对该工艺的应用进行探讨。
关键词：特殊地质；拉森钢板桩；射水助沉
        0前言
        汕头市某市政污水管道项目，管道埋深6.5～7 m，设计采用明挖基坑，基坑支护设计采用12 m拉森钢板桩和两道钢支撑结构。施工过程中，遇到一段约60 m长的路段沉桩困难，钢板桩在沉入3～5 m后即较难打入。该路段地基土体是经过高压旋喷桩软基处理，处理深度15 m。根据现场施工情况，尝试更换功率更大的打桩机，但效果也不理想。强行施打造成了桩头破坏，桩身整体变形也较大，打桩机超负荷运转造成桩机损伤，出现桩机配件损坏和液压油管爆裂等情况，形成安全隐患。该情况常规处理是采用引孔或者射水，引孔由钻孔机械施工，再插打拉森钢板桩，但机械引孔费用需增加较多费用，工期还需增加[1]。射水一般是在钢板桩上都焊接一根钢管，需要焊接的数量比较大。最后采用制作一个高压射水的拉森钢板桩作为引孔桩，高压射水能有效减沉桩阻力，引孔桩沉入到设计标高后拔出，再将普通钢板桩对着引孔按照正常钢板桩施工进行沉桩。
        1.工艺原理
        高压射水助沉钢板桩，是利用高压水泵将高压水通过管道送到桩端头处，经过喷嘴聚集喷射出来，形成水刀，直接冲切土体，使得桩尖附近土体被冲开，土层在桩尖处的承载力降低；同时桩身被沿桩身返涌向地面的水流包围，使得桩身与土壤之间的摩擦力也减小[2]，高压射水使沉桩时的桩端阻力和桩身摩阻力都降低，从而减小了沉桩阻力，经液压振动锤作用下，能顺利将钢板桩沉到设计标高。对于不同的地层环境，还可以通过调节水泵压力和改变喷头大小及数量以适用不同的地质环境。
        2.高压射水系统
        高压射水引孔桩设备由高压水泵、高压水管、拉森钢板桩和喷嘴组成。引孔桩由一根12 m的拉森钢板桩和1根4分钢管组合而成。以拉森钢板桩为基准，钢管布置在钢板桩腹板中间，沿着钢板桩纵向固定在钢板桩，钢管直径采用20 mm，点焊固定，钢管两侧再用角铁焊接加强。钢管管一端固定于钢板桩下端，在距离钢板桩底部约10 cm的位置焊接喷嘴，喷嘴直径控制为5 mm，上端由钢板桩上部引出，用软管与高压水泵连接。

        3.施工要点
        3.1主要施工流程
        高压射水钢板桩引孔主要施工流程有：施工准备，测量放线，导向架安装，引孔桩制作，射水系统的安装和通水测试，确定射水水压力，引孔桩施打，打至设计标高，拔出引孔桩，普通钢板桩施打，打至设计标高，下一钢板桩施工。
        3.2准备工作
        根据施工的地质环境，对沉桩阻力进行计算，并确定喷嘴数量和直径大小，在正式施工前还应对参数进行试验，验证方案的可行性。对施工部位进行场地平整，现场障碍物和浅层块石等需进行清除，提前做好射水工艺所需的水源供应和设备检查，水源应采用清水，或者进行沉淀过滤，进水口设置滤网，防止泥沙堵塞喷嘴。
        3.3引孔桩制作和调试
        引孔所采用的拉森钢板桩最好选择比较新的，状况良好的，并制作多1～2根，作备用桩使用。输水管应减少弯曲，尽量平顺。若钢板桩长度需要接长，钢管和钢板桩的接缝位置宜错开50 cm左右。将高压射水引孔桩和高压水泵连接好之后，通水进行试运行调试，对高压水泵压力表的读数进行监测，检查高压水管接头是否有漏水，确保整套装置运行顺畅。
        3.4确定水压力值
        检查整个装置正常后，关闭高压水泵，将引孔桩吊至施打位置。先用打桩机振动锤将引孔桩打入土体，当沉桩困难时再打开高压水泵射水，由低到高对水压进行调整，并观察引孔桩打入的速度和水压值，重复多次上述步骤，最终确定本工程的水压力值控制在5～10 MPa最佳。
        3.5引孔桩的施打
        用履带式打桩机将引孔桩吊至导向架上方，打开高压水泵和振动锤，用液压振动锤的钳夹将引孔桩贴着导向架垂直施打，持续施工至设计标高，并在设计标高处停放5～10 s。之后再将引孔桩拔出，拔出引孔桩时，应根据地层的情况控制拔桩速度，在硬塑性土层时应适当放慢拔桩速度。
        3.6普通拉森钢板桩的施打
        完成射水引孔桩的打设引孔之后，开始普通钢板桩的施工，用打桩机将普通钢板桩吊放至引孔桩打过的位置，使用液压振动锤将普通钢板桩垂直打入。沉桩时，要严格控制好桩身的垂直度。特别是首根桩要在两个垂直的方向同时控制，沉桩过程中应加强过程偏差的控制，安排专人测量桩的垂直度，若偏差过大时，可将桩缓慢拔起，再重新打入。
        3.7循环施工
        按照上述方法，使用打桩机将普通拉森钢板桩插入前一根钢板桩的锁口后继续打入，采用单根逐桩打的方法反复循环施工，直至支护结构闭合。
        4经济效益
        相对于机械钻孔引孔和传统每根钢板桩焊接射水管，采用高压射水引孔桩更具有经济优势。一是减轻了振动锤和钢板桩的损伤，节约设备维修保养成本和提高钢板桩使用次数。二是解决了特殊地质沉桩难题，提高进尺速度，保证了工期，工程价值较大。三是不需要每根钢板桩都焊接高压射水管，节省了材料和劳动力，增加了项目效益。
        5.结语
        随着城市的发展，沿海地区逐步对软基地基进行强化处理，而拉森钢板桩支护作为管沟支护的最常用方式，遇到软基处理过的特殊土层环境也会越来越多。采用高压射水辅助引孔桩的工艺，能使钢板桩适用更多地质环境，通过对该工艺的应用，即能保护钢板桩，也能提高施工速度，具有很好的质量和经济效益。
参考文献：
[1] 特殊地质条件下超长钢板桩插打施工技术[J]施工技术. 2012（371）115-117
[2] 射水沉桩法在桩基础中的应用[J]山西建筑. 2014（9）48-50