中交一公局第一工程有限公司 北京 102205
摘要：目前我国水上钢板桩围堰施工常规施工工艺是采用履带吊配合振动锤插打钢板桩至围堰合拢，当遇到大直径漂石、砂岩地层时钢板桩插打难度增大，甚至出现钢板桩无法进尺的情况。本文通过对本项目在大直径漂石+砂岩地质条件下钢板桩围堰施工技术进行研究，提出了旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机安装钢板桩的施工技术，该工艺通过旋挖钻引孔、钢护筒插打完成后回填黏土，最后采用螺旋钻掘和压入联动的“除芯理论”，成功克服了大直径漂石+砂岩地质无法进行钢板桩插打的难题，确保了压入的优越性，保障了围堰工程的顺利实施。
关键词：旋挖引孔；螺旋钻；静压植桩机；大直径漂石+砂岩地质；钢板桩插打
1 引言
近年来，水中桥梁下构施工受到水源影响，多以钢板桩做临时围堰后再进行涉水工程施工的形式呈现。
钢围堰施工的传统工艺是履带吊配合振动锤插打钢板桩，如遇到大直径漂石、砂岩及卵石层地质时，该工艺的弊端显而易见，本文以出现类似情况的河谷大桥项目主桥22#~25#墩承台钢围堰施工为背景，对大直径漂石+砂岩地质下的钢板桩围堰施工技术措施进行了分析与对比，总结出一种新颖、适用于硬质岩层下钢板桩围堰施工技术，使地质复杂难题迎刃而解，且缩短了施工工期，降低了施工成本和施工风险，顺利完成了水下钢板桩围堰施工。
2 综述
2.1工程概况
河谷大桥主桥长420m，主桥跨径为（110+200+110）m的部分斜拉桥，主桥承台位于汉江中，桥址区卵石层厚、大直径漂石多、中风化砂岩密集。
2.2水文情况概述
河谷大桥工程河段当前的通航等级为IV级，规划为III级，300年一遇设计洪水位83.31m，最高通航水位81.52m，最低通航水位75.93m，最大流速为2.32m/s，最大流量26500m3/s，最小流量41 m3/s。20年一遇高水位82.03m；常水位77m。
2.3 地质状况概述
桥址区主要有卵石、泥质粉砂岩、细砂岩以及含砾砂岩，河床为卵石层，卵石层厚度为2.8m-9.2m不等，粒径0.075mm-60mm的卵石占55.7%，粒径大于60mm的卵石占44.3%（部分卵石粒径在150mm-600mm范围），卵石层以下为泥质粉砂岩、细砂岩、含砾砂岩。
表1 各层地质情况统计表
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图1 23#墩地质情况剖面图
3 钢板桩围堰施工方法的比选
3.1施工现场情况介绍
钢板桩围堰三面均设有钢栈桥，钢栈桥钢管桩距离围堰钢板桩约2.5m。受主桥区地质条件影响，钢栈桥施工时钢管桩未进入岩层，钢围堰施工中要防止对栈桥稳定性造成影响。
主桥23#、24#墩围堰均需进入河床以下约10m，强风化地层含沙量高，地层的渗透系数大，堵水困难。根据现场情况预测，围堰成形后阻水严重，将形成大紊流，易冲刷，围堰稳定性难保证。
3.2 钢板桩插打方法的比选
根据地勘资料分析，22#~25#围堰均需要进入强风化层，通过大量查阅资料、咨询其他类似项目的施工情况及国内桥梁施工经验，可采用以下几种方法：
（1）水刀配合真空吸泥+直接打入；
（2）旋挖配螺旋钻头+振动打入；
（3）旋挖钻引孔开槽+回填黏土+振动打入；
（4）旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机植入。
3.2.1水刀配合真空吸泥+直接打入
（1）采用振动锤+钨钢头+水刀+真空吸泥进行辅助钢板桩打入风化岩，然后拔出辅助钢板桩，形成钢板桩槽口，再将正式钢板桩插入槽口中，如此循环打入钢板桩至合拢。
3.2.2旋挖配螺旋钻头+振动打入
利用旋挖钻配螺旋钻头将风化岩搅松，然后钢板桩采用振动锤打入松动的风化岩中，并注浆。
3.2.3旋挖钻引孔开槽+回填黏土+振动打入
采用旋挖钻配置钛合金桶钻跳孔施工，引孔槽内抛填粘土，钢板桩利用振动锤打入槽口黏土中，然后注浆形成止水帷幕。
3.2.4旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机植入
（1）利用旋挖钻引孔，振动锤插打钢护筒穿过
卵石层以下0.5m-1.0m后停止引孔。
（2）将编织装内装入60%素土抛至钢护筒内，回填至河床标高以上50cm，再利用履带吊拨出钢护筒。
（3）插打4根钢板桩作为植桩机工作平台。
（4）待钢板桩合拢完成后，施做型钢圈梁、安装3层内支撑。
3.3钢板桩插打方案的优、缺点
（1）水刀配合真空吸泥+直接打入。
优点：工艺简单、操作便捷，施工成本相对较低。
缺点：该方法无法使钢板桩穿过坚硬地层。
（2）旋挖配螺旋钻头+振动打入。
优点：工艺较简单，施工方便，可适应较硬岩层。
缺点：大直径漂石地层存在坍孔风险，塌孔后无法保证振动插入。
（3）旋挖钻引孔开槽+回填黏土+振动打入
优点：1）针对本项目实际地质情况可顺利施工完成。2）施工成本相对较高。
缺点：1）引孔至钢板桩底标高会破坏砂岩层而影响钢板桩侧土压力，进而降低了钢板桩围堰结构的稳定性。2）引孔破坏岩层，钢板桩侧壁土体会有漏水通道，需要进行旋喷桩止水帷幕或者高压注双液浆，导致工序增多。3）跳槽引孔导致旋挖引孔工效较低，不利于工期控制。4）调查各施工案例，引孔植桩围堰漏水情况比较严重。
（4）旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机植入
优点：1）引孔只需穿过卵石层，能够克服大直径漂石、卵石层地质，避免钢板桩底部砂岩层被破环，确保了钢围堰稳定性。2）适应各种复杂的自然条件，无振动、无噪音、高精度、作业面小，钢板桩施工效果好，止水挡土效果极佳。3）螺旋钻钻孔0.7m左右即静压钢板桩跟进，无塌孔风险。4）回转钻头提钻杆时砂土自动回填，水下密实，可保证封水效果。
缺点：植桩机设备造价昂贵，施工成本较高。
4 旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机植入钢板桩施工的原理和注意事项
4.1 静压植桩机压入原理
（1）植桩机是一种无振动、无噪声的液压式压拔桩机，适用于各种土层。采用螺旋钻钻掘和压入联动的“除芯理论”，能够克服坚硬地基，不仅确保了压入的优越性，并且使适用地基范围飞跃性扩大，尤其对砂岩、泥岩、混有卵石的砂砾层、岩盘、标准贯入N值大于50坚硬地基等地质条件均可对应。
（2）植桩机的工艺是通过夹住数根已经压入地面完成的桩，将其拔出阻力作为反力，利用静荷载将下一根桩压入地面的体系结构。压入中利用“除芯理论”钻掘压入桩桩端正下方的地基，用与压入桩同时被夹持的螺旋钻，钻掘钢板桩端正下方后，将螺旋钻拔出一定距高，使局部产生间隙时，压入钢板桩。
（3）采用压入机理进行钢板桩压入时，桩端附近土体会因为压实变硬形成一个压缩区域，称为“压力球根”。因为有“压力球根”的存在，给桩基结构提供水平和垂直方向的强度，从而保证了钢板桩围堰的结构稳定性。
4.2施工中需注意事项
（1）钻掘压入时，防止从钢板桩前端进入的砂土土压引起螺旋钻与钢板桩前端部脱离，钢板桩要与螺旋钻杆焊接在一起，当钢板桩进入岩层达到底标高后通过螺旋钻杆反向转力使钢板桩与螺旋钻杆焊接处脱焊，最后拨出螺旋钻杆。
（2）如钢板桩发生前倾，可通过插打上部窄下部宽的调节桩抵消钢板桩的倾斜度，或者利用手拉葫芦直接将其反拉，消除倾斜度。
（3）回填时，每个编织袋只装入约60%的素土，防止装入过多导致间隙过大、出现不密实的情况，每回填1m高度后采用旋挖钻钻头向素土施压，降低回填土间的间隙。
（4）每一根钢板桩植入前都需要精确量测长度，确保钢板桩底、顶标高。
5 钢板桩围檩、内支撑安装及体系转换
5.1钢板桩围檩、内支撑安装
（1）内支撑的安装时考虑平衡受力，先安装中间支撑，对称安装四周的斜撑。
（2）随着基坑开挖的深入，围堰内外压力差递增，导致内支撑轴力增大有一定压缩，内支撑螺栓会松，需要及时安排人员紧固，防止下挠引起的剪断失稳，致使钢围堰失稳，回填、回水的时候需要提前松一下螺栓。
5.2钢板桩围堰体系转换
（1）第一层承台混凝土浇筑完成后，砂土回填至第一层承台顶50cm，再浇筑50cm厚混凝土圈梁，待混凝土强度达到85%后拆除第三层围檩及内支撑，内支撑拆除时考虑平衡受力，对称拆除。
（2）第二层承台浇筑完成后，回填砂土顶标高距离第二层承台顶50cm，再浇筑50cm厚混凝土圈梁，待混凝土强度达到85%后对称拆除第二层围檩及内支撑。
（3）当墩身施工出水面，围堰内回水，保证内外水压差相同，拆除第一层围檩及内支撑，体系转换完成，最后拔出钢板桩。
6结论
（1）本项目采用旋挖钻引孔+螺旋钻配合静压植桩机植入钢板桩的工艺成功解决了主桥区域坚硬地质、大直径漂石、卵石层地质钢板桩插打难题，避免了钢板桩底部砂岩层被破坏而影响钢板桩摩檫力，提高了钢板桩围堰安全稳定性，对周边地层影响很小，更不会对周边钢栈桥的稳定性造成安全隐患；同时缩短了钢板桩插打时间，提高了钢板桩施工效率。
（2）该工艺能够适用于多种不同的地质和环境条件，植桩机主机身直接安装在已插打的钢板桩顶部，可以自动走行，适应各种复杂的自然条件，无振动、无噪音、高精度、作业面小。且钢板桩施工效果好，止水挡土效果极佳，同时，解决了传统工艺插打钢板桩需要施做施工平台、产生施工噪音影响周边环境等问题。因植桩机牢牢夹住数根已经压入地面的桩（完成桩）再进行其他桩的压入施工，植桩机机身已被固定，整体稳定性较好，施工安全可得到有效保证。
（3）该工艺使用旋转前端装有钻齿的桩，切削贯通地下障碍物进行压入。通过使用桩端的特殊钻齿，实现了最小限度的切削，有效的控制了排土量，在实现了环保施工的同时还抑制了桩的偏芯和变形，构筑成高可靠性、高精度的完成植桩。
（4）该施工工艺可供卵石层、大直径漂石地层、砂岩、泥质粉砂岩等坚硬地质条件施工参考。
参考文献：
[1]汤劲松、朱延翰，特殊地质条件下超长钢板桩插打施工技术[J]；施工技术；2012年16期。
（审稿：李信贵）