中铁十局集团第三建设有限公司 安徽省合肥市
摘要：颍河特大桥主墩基坑处于岸边涉水基坑，最深处水深高达7米以上，地质多为细砂层、粉土层，含有少量粉质黏土层，地质较为复杂，封底混凝土最深处距离地面高差达22米以上，基坑深度较深。PC工法桩施打成功与否是施工深基坑的关键所在，虽然施打PC工法桩的方法多，但不同的方法的处理结果、费用、工期相差悬殊，往往不能兼顾。在颍河特大桥主墩深基坑工程施工中，根据不同地址条件经技术经济比较分析，采用振动锤结合水刀法对PC工法桩进行施打，既保证了PC工法桩的施打深度、垂直度，又缩短了工期，节约了成本，可供其他涉水深基坑工程借鉴。
关键词：PC工法桩；围堰；水刀法；技术浅析
引 言
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颍河是淮河的最大支流，径流量的年际变化在10~15之间，航道等级为Ⅲ级，颍河特大桥主墩基坑地质复杂，细砂层分布较为广泛，施打深度较深。随着跨越河流桥梁越来越多，基坑深度也会越来越深，需要处理施打深度的难题也会越来越多。以往常见的施工方法为引孔法，静压法，振动强夯法等，但由于施工条件、地质等问题，加上工期长、成本高，易对地基发生破坏等，在施工中不被首选。而水刀法施工是使用履带吊加振动锤，在钢板桩或钢管桩上加上高压射水枪，使用高压水泵中的高压水通过输压管切入硬质地层中，在桩底和底层之间形成空隙，减少下沉阻力，而喷出的高压水流和桩身之间形成水膜，在振动锤和水刀膜的双重作用下，通过反复插、拔，将PC工法桩沉入制定深度。该方法对施工条件要求低，节约成本，缩短工期，所使用的设备及施工工艺比较简单，无需大量的大型设备，便于大面积施工。
一、工程简述
颍河特大桥位于阜阳市口孜镇宁庄附近，里程K12+323.7～K14+090.7，桥梁全长1767米，结构形式为：3.5m（桥台）+9x30+（1x90）+20x30+（100+180+100）+（1x90）+11x30+3.5m（桥台），引桥共320片箱梁，跨堤桥为90米网状吊杆系杆拱桥，桥梁主桥为（100+180+100）m双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，桥梁主塔桥面以上高29.7m，为钢筋混凝土结构。
主墩桩基地质自上而下：填土①（1.05m）、粉土层②（6.35m）、粉土层③（4.75m）、细砂层③1（4.7m）、粉土层③（0.6m）、粉质黏土层④（8.24m），地质参数详见下表：
二、施工工艺及注意事项
（一）高压射水引孔施工步骤如下
第一步，在一根引孔钢板桩或钢管桩上焊接两根内径20mm的无缝钢管；
第二步，将引孔桩吊装到指定位置，打开高压水泵开关，在高压水泵的作用下，水管从蓄水箱内抽水，流过高压软管及无缝钢管，经喷嘴口进行高压射水。用振动锤边进行下插边进行高压射水或先射水后震动下沉。施工中根据地质情况调节射水压力，沉入引孔工法桩；
第三步，达到设计深度后，拔出引孔桩，进行相邻引孔桩引孔作业，直至完成整个围堰钢板桩射水成孔作业；
第四步，待引孔作业完成后，即可进行工法桩施工作业，其过程可同时进行。
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（二）PC工法桩插打施工工艺
1.导向架制作及安装
采用型钢（槽钢）作为无缝钢管围堰内导梁、导框，并制成围笼。内外导梁间距比钢管有效厚度大8cm～10cm，以利PC工法桩的插打。矩形围笼导梁按设计尺寸直接下料，导梁接头均安排在横撑支点处，接头用夹板螺栓连接。
导框安装：安装导框前，先进行测量定位。导框安装时先打定位桩或作临时施工平台。导框在工厂或现场分段制作，在平台上组装，固定在定位桩上。
2.钢板桩施打与合拢
（1）在插打工法桩前，在围堰上下游导线控制点上设置全站仪观测点，用以控制围堰长、短边方向的钢板桩的施打定位。
（2）PC工法桩采用全围堰先插合拢后，再逐块（组）打入，矩形围堰先插上游边，在下游合拢。插打顺序见下图。
（3）插打工法桩时从第一块（组）就要保持平整，几块插好打稳后即与导框固定，然后继续插打，为了使打桩正常进行，准备一台80吨履带吊来担负吊桩工作。工法桩起吊后须以人力扶持插入前一块的锁口内，动作要缓慢，防止损坏锁口，插入以后可稍松吊绳，使桩凭自重滑入，或用锤重下压，比较困难时，也可以用滑车组强迫插桩，待插入一定深度并站立稳定后，方可加以锤击。
（4）履带吊停在钢平台上，侧向施工，便于测量人员观察。挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。
（5）锤下降，开液压口，拉一根钢板桩（或钢管桩）至打桩锤下，锁口抹上润滑油，并起锤。
（6）待桩尖离开平台面30cm时，停止上升。锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。上升锤与桩至打桩地点。
（7）工法桩插打时，单桩的锁口内均涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1），以减少插打时的摩阻力。插打钢板桩时从第一块就保持平整。
（8）在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。
（9）试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至计算标高，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。
（10）板桩至设计高度前40cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。
（11）松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推直至单个承台支护完成。
（12）凡带有接头的钢板桩应与无接头的桩错开使用，不得已时其接头水平位置至少应上下错开2m以上。
（13）保证工法桩插打竖直顺利合拢的措施是随时纠偏，不能用拉挤办法强行纠偏，必要时拔起重打。纠正无效时，应特制楔形桩合拢。
（三）施工注意事项
拉森钢板桩和锁扣钢管施工关系到施工止水和安全，是施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工有关要求：
1.采用密扣拉森钢板桩和锁扣钢管，施打前一定要熟悉地质、构筑物的情况。
2.打桩前对钢板桩和钢管逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩。不合格的钢板桩和钢管待修整后才可使用。
3.打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。
4.在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。
5.密扣且保证开挖后入土不小于1/3桩长，保证钢板桩和钢管顺利合拢；特别是工作基坑的四个角要使用转角钢板桩。
6.施工中各围檩及内撑在加工场加工成型，加工时严格按照设计尺寸进行下料，安装前，连接处围檩上的加强缀板须焊接完成，加工完成后，采用运输车运至施工现场进行拼装。内撑平面位置采用坐标定位，误差控制在3cm之内，施工中严格控制各连接部位焊缝质量，尤其是围檩及内支撑接长焊接，必须先母体焊接，再缀板补焊。围檩与钢板桩之间用木块填塞，并用楔形块镶嵌，确保围檩与钢板桩之间密贴填实，保证钢板桩均布受力。
7.使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。
三、施工中常见问题及措施
（一）连带现象
原因分析：PC工法桩发生倾斜或弯曲变形时，或当在与打工法桩的锁扣咬合摩擦力超过相邻已打钢板桩的承载力时，容易发生“连带”现象。
治理方法：①工法桩发生倾斜时，应首先进行纠偏；②工法桩的锁扣处应涂抹黄油，减小工法桩之间的摩擦力。③对已打入相连的工法桩也可采用现场锁扣焊接或螺栓的临时连接方法，形成整体加大承载力。
（二）倾斜
1.原因分析
（1）由于锤击力作用与相邻工法桩咬合摩擦力作用位置不同，因而在该处产生扭转力，导致工法桩倾斜。
（2）入土越深，工法桩作用力越大，钢板桩下部宽度就有减小的趋势，导致工法桩倾斜度满足控制要求。
2.治理方法
（1）当倾斜较小时，可以将打入的工法桩的顶部朝倾斜方向反拉。
（2）倾斜较大时，拔出工法桩重新插打。
结论
综上所述，在传统振动沉桩施工中加入的水刀法辅助施工工艺，有效克服了传统振动锤沉桩工艺只能穿透中等硬度地层的局限性，解决了硬质土层PC工法桩的下沉问题，同时提高了工效，为后续作业时间上提供了有力保障。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
[2]《公路工程质量检验评定标准 第一册》（JTG F80/1-2017）
[3]《建筑基坑工程检测技术规范》（GB50497-2009）；
[4]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2018）；
[5]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；
作者简介：
李传松（1978），男，安徽省凤台县人，本科，102省道改建工程项目部安全总监，工程师