鋼板樁圍堰靜壓植樁法施工技術(shù)及參數(shù)研究

唐　金

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙　411004)

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鋼板樁圍堰靜壓植樁法施工技術(shù)及參數(shù)研究

唐金

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙411004)

以資江特大橋工程為依托，介紹了鋼板樁圍堰靜壓植樁法的施工技術(shù)，從鉆頭選型、扭矩與鉆速關(guān)系兩方面，對植樁機(jī)的工作參數(shù)作了探討，有利于促進(jìn)該工法的推廣應(yīng)用。

鋼板樁，靜壓植樁，圍堰，扭矩，承載力

0　引言

傳統(tǒng)的鋼板樁主要采用壓入法施工，施工噪聲大，且無法在卵石、礫石、基巖等堅硬地層中有效使用[1-4]。基于傳統(tǒng)振動及錘擊工法的以上缺點(diǎn)，日本最先研發(fā)了第一臺無振動、無噪聲的靜壓植樁機(jī)，并投入工程中使用。隨后經(jīng)過對植樁機(jī)的不斷改進(jìn)，該方法逐漸在工程中推廣。王實(shí)武[5]研究了靜壓樁機(jī)在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的主要問題，并進(jìn)行了改進(jìn)研究；張揚(yáng)[6]分析了靜壓樁機(jī)在基礎(chǔ)工程中施工過程出現(xiàn)的陷機(jī)問題，提出了相應(yīng)的解決方法；林本海[7]在大量靜壓樁的實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)上，提出了靜壓樁適用的承載力估算的經(jīng)驗(yàn)公式。但靜壓植樁技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用還較少[8-10]，本文以資江特大橋工程為依托，研究了該技術(shù)在橋梁圍堰工程中的應(yīng)用。

1　工程概況

資江特大橋是滬昆客專長昆湖南段CKTJ-IV標(biāo)的組成部分，項(xiàng)目區(qū)段為橫跨資江，水流湍急。主橋采用長420 m的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，橋梁總長1 941 m。橋墩18號～21號為水中墩，承臺底位于河床底巖面，樁基采用直徑2 m的鉆孔灌注樁。勘察報告顯示，河床覆蓋層主要為砂卵石，厚1 m～5 m，下伏基巖為石灰?guī)r。水中墩承臺均采用鋼板樁圍堰，施工工藝采用堅硬地質(zhì)靜壓植樁工法。

圍堰平面尺寸為19.2 m×27.2 m，鋼板樁單根長度為12 m，樁頂標(biāo)高均為+182.0 m，圍堰內(nèi)共設(shè)置上下兩層支撐。鋼板樁圍堰布置如圖1所示。

2　靜壓植樁工法

常規(guī)沉樁設(shè)備在鋼板樁插打進(jìn)入基巖時，特別是對于堅硬地質(zhì)情況，施工比較困難，同時也存在許多問題，如刃腳變形和插入端封閉等。而19號、20號墩位于資江主河道，開挖深度相對較大，水深較深，水流速度快，砂卵石層較厚，采用堅硬地質(zhì)鋼板樁圍堰方案保證圍堰與鉆孔樁同步施工，節(jié)約了成本，加快了進(jìn)度。參考國內(nèi)同類工程的經(jīng)驗(yàn)，靜壓植樁法歸結(jié)有以下特點(diǎn)：

1)靜壓植樁工藝要求工作空間小，能確保圍堰與主體結(jié)構(gòu)同步施工，有力地保證了工期；

2)施工噪聲小，對周邊建筑物基本無影響，有利于環(huán)境保護(hù)，適合在城市核心區(qū)域采用；

3)能有效解決鋼板樁穿過卵石土、砂礫層后插入基巖的技術(shù)難點(diǎn)；

4)相對其他形式方案，施工成本低。

3　植樁機(jī)工作參數(shù)選擇

3.1鉆頭選型

本工程地質(zhì)情況復(fù)雜，鋼板樁插打過程中需穿越粘土、片石、粘土與片石混合層、砂礫石、巖石等多種地層，因此不同地質(zhì)情況下鉆頭選型是確保鉆孔順利完成的關(guān)鍵步驟，是提高鉆孔工效的重要手段。鉆頭按直徑不同共分為680 mm，580 mm，540 mm，380 mm四類，按鉆頭形式不同分為兩葉、三葉及折疊三類。

利用巖石力學(xué)參數(shù)法對待鉆粘土地層、含礫石地層、巖石層進(jìn)行分類，通過分析影響鉆頭鉆速及磨損的主要巖石力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如巖石可鉆性、抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角等,結(jié)合鉆頭廠家的使用說明進(jìn)行鉆頭選型。最終確定鉆頭選型方案如下：當(dāng)?shù)貙右哉惩痢⒓?xì)粒砂礫石為主時，預(yù)鉆多采用大直徑兩葉鉆頭，如680 mm或540 mm的二葉式鉆頭，以提高鉆孔工效。需要入巖或遇到大粒徑卵石、片石時，多采用540 mm的三葉式鉆頭。380 mm兩葉式和580 mm折疊式鉆頭在壓樁時再次引孔使用。

3.2不同地質(zhì)情況下扭矩與鉆速關(guān)系研究

通過對19號墩的19根樁進(jìn)行植樁全過程記錄，剔除個別特例，選取能代表大多數(shù)的10根樁進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

經(jīng)過實(shí)踐在鉆機(jī)能夠鉆進(jìn)的情況下，選擇大鉆頭一次鉆進(jìn)可以大大提高鉆進(jìn)速度。各土層鉆頭選取如下(見圖2)：

1)在回填土(σ=90 kPa)中，靜壓植樁機(jī)鉆孔壓樁宜采用大鉆頭(680 mm)，一次鉆孔成型。扭矩選擇在24 kN·m～26 kN·m時鉆進(jìn)速度最快(28.6 m/h～29 m/h)。

2)在回填土石(σ=250 kPa)中，宜采用大鉆頭(680 mm)，一次鉆孔成型。扭矩選擇在24 kN·m～26 kN·m時鉆進(jìn)速度最快(8.5 m/h～8.7 m/h)。

3)在原河床礫石(σ=300 kPa)中，宜采用大鉆頭(680 mm)，一次鉆孔成型。扭矩選擇在24 kN·m～26 kN·m時鉆進(jìn)速度最快(6.8 m/h～7 m/h)。

4)在大礫石(σ=650 kPa)中，宜采用大鉆頭(680 mm)配合小鉆頭(540 mm)，扭矩選擇在22 kN·m～23 kN·m時鉆進(jìn)速度最快(2.6 m/h～2.8 m/h)。

5)由于在鉆入巖石時采用680+540鉆頭無法鉆進(jìn)，所以選擇540+380鉆頭，從扭矩—速度圖中可以得知在大礫石(σ=1 200 kPa)中，扭矩選擇在21 kN·m～22 kN·m時鉆進(jìn)速度最快(0.66 m/h～0.76 m/h)。

從圖3可以看出，在常規(guī)地質(zhì)條件下，單根樁施工時間約為3 h。

第五根鋼板樁速度統(tǒng)計見圖4。

由圖2可知，扭矩與鉆速整體呈正增長關(guān)系，且?guī)r土體承載力越大，鉆速增長速率越大。當(dāng)承載力小于300 kPa時，扭矩在24 kN·m～26 kN·m鉆進(jìn)速度最快；當(dāng)承載力大于300 kPa時，由于地層過硬，高扭矩?zé)o法鉆進(jìn)，扭矩在21 kN·m～22 kN·m鉆進(jìn)速度最快。通過以上扭矩—速度圖可以得到在不同地層的最佳工作參數(shù)(見表1)。

表1　不同地層工作參數(shù)

圖5為承載力與鉆進(jìn)速度關(guān)系曲線，由圖5可知，承載力越大，鉆進(jìn)速度越慢，當(dāng)承載力達(dá)到300 kPa時，鉆進(jìn)速率迅速減小，并趨向于0。利用指數(shù)函數(shù)y=aexp(-x/b)+c對二者關(guān)系進(jìn)行擬合，得到了較好的擬合精度(R2=0.994)，擬合關(guān)系式為：

y=56.1exp(-x/123.3)+1.5。

4　結(jié)語

1)靜壓植樁技術(shù)能保證鋼板樁穿透卵石土、砂礫石、基巖等特殊地層，在順利完成工期的同時還給企業(yè)、社會帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，在資江特大橋工程得到了較好的應(yīng)用效果。

2)扭矩與鉆進(jìn)速度整體呈正相關(guān)關(guān)系，但承載力過大時，高扭矩工作并不能帶來高鉆進(jìn)速度；承載力與鉆進(jìn)速度呈指數(shù)關(guān)系函數(shù)。

3)靜壓植樁機(jī)適用于地質(zhì)復(fù)雜，下伏基巖面極不平整等惡劣地區(qū)作業(yè)。施工中可通過選擇不同的鉆頭組合、扭矩和鉆速實(shí)現(xiàn)在堅硬地質(zhì)條件下作業(yè)，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

[1]張駿.超長鋼板樁圍堰合理內(nèi)支撐施工方案[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012(2):19-24.

[2]李皖寧.海河大橋鋼板樁圍堰設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].邯鄲：河北工程大學(xué),2013.

[3]楊光.蕉門水道特大橋及其深水承臺鋼板樁圍堰施工項(xiàng)目管理研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2014.

[4]韓躍國,陳永勇,皮海波.永修大橋主墩鋼板樁圍堰設(shè)計與施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2008(5):74-77.

[5]王實(shí)武.靜壓樁機(jī)特性分析與改進(jìn)研究[D].長春：吉林大學(xué),2007.

[6]張揚(yáng),汪耀武,高厚榮.某工程靜壓樁機(jī)施工陷機(jī)處理措施[J].施工技術(shù),2010(S1):59-60.

[7]林本海,王離.靜壓樁承載性能的分析研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2004(3):120-124.

[8]黨芳英.富水區(qū)大型鋼板樁圍堰施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2014(6):89-92.

[9]陳國主.靜壓植樁機(jī)在道路及地鐵工程中的應(yīng)用[J].市政技術(shù),2012(2):6-7.

[10]陳國主.靜壓植樁機(jī)在鋼管樁支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].市政技術(shù),2012(5):7-8.

Whist press piling technology in the application of steel plate pile cofferdam of bridge

Tang Jin

(HunanRoad&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Changsha411004,China)

Taking the Zijiang super large bridge engineering as the basis, this paper introduced the construction technology of steel sheet pile cofferdam static pressure method, from the bit type selection, torque and drilling speed relationship two aspects, discussed the working parameters of pile planted machine, conducive to promoting the popularization and application of the method.

steel sheet pile, static pressure planted pile, cofferdam, torque, bearing capacity

1009-6825(2016)19-0146-02

2016-04-24

唐金(1984- )，男，碩士，工程師

TU473.1

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