高壓水刀引孔技術的施工應用

李長春，盧小鳳，曹廷廷，曹守強

（安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

根據以往施工經驗施工鋼管樁，依靠振動錘并利用汽車吊配合將鋼管樁振動入土。當遇鋼管樁樁身較長、樁徑較大、地質較硬等情況時，經常遇到因受到土的摩擦力較大而使鋼管樁難以打入或者打入深度不夠的技術難題。此種情況雖可采用較大型振動錘配合較大型汽車吊進行施工，但鋼管樁施工多為靠近岸邊或者直接在水中施工，故受地域因素影響較大。

鋼管樁打設施工難度大的主要問題在于鋼管樁與土體間的摩擦力不斷增大，使得鋼管樁打設施工越打越難。解決這一難題的關鍵就在于減少鋼管樁與土體間的摩擦力，鋼管樁高壓水刀引孔法就能實現這一要求。鋼管樁高壓水刀引孔施工技術簡單方便，當鋼管樁打設施工受阻時，只需先用水刀法引孔，即可使鋼管樁打設施工繼續進行，無需增加或者更換任何機械設備。此工藝不僅提高了施工進度，降低施工難度，且對周邊構筑物及其他設施的安全無任何影響，安全環保，施工過程中對臨近施工點無影響，施工手續簡單,節約成本。

1 技術特點

1.1 水刀制作簡單

水刀制作只需1根鋼管樁作為水刀噴射系統的固定柱，2臺高壓水泵、數根水流傳輸管及數個噴嘴作為水刀噴射系統，由固定柱及噴射系統共同組成高壓水刀。

1.2 施工過程簡單

水刀施工時可進行任意曲線的切割和打孔，靈活方便；無需大量勞動力，配備1臺汽車吊、1臺振動錘及10人左右即可完成工序作業。

1.3 適應能力強

該工法水刀施工時可通過高壓水泵的壓力來控制水槍的切割力度，無需加裝其他輔助設備。針對不同的地質土層適應范圍廣，適應能力強。

1.4 施工質量易控

施工中由汽車吊起吊后，利用水刀結構自身的重量，即可達到引孔的垂直度要求。水刀噴嘴處的高壓水集中、均勻，引孔后的孔徑容易控制。

2 工藝原理及結構組成

當鋼管樁因為地質、自身長度、自身直徑等原因造成樁體與土體摩擦力變大而打設不下去時，利用高壓水槍與鋼管樁結合在一起，一起打入地下，利用高壓水切割土體，從而沖散地質層，使得鋼管樁與土體間摩擦力減小。高壓水刀形成的關鍵在于高壓泵，從油泵出來的低壓油推動增壓器的大活塞，使其往復運動。大活塞的運動方向由換向閥自動控制，由水泵打出低壓水，進入增壓器的低壓水被小活塞增壓后，壓力升高。由于高壓水是經過增壓器不斷往復壓縮后產生的，而增壓器的活塞又需要換向，因而從噴嘴所發出的水射流壓力是脈動的，高壓推送水的急速射出，進而可以形成水刀。由形成的水刀沖散地質層，達到擴孔、引孔的效果。

3 結構組成

鋼管樁高壓水刀由鋼管樁固定柱及水刀噴射系統組成。①固定柱結構：在鋼管樁主體四周焊接無縫鋼管7根，其中1根在底部插入至柱體內側中心位置；頂部高度距鋼管樁頂部約1m，距底部約20cm，并在每根無縫鋼管的底部連接噴頭；噴頭與鋼管的連接可采用焊接式或者螺絲旋扣式；固定柱長度與施工鋼管樁相同。②輸水系統結構：兩臺高壓水泵，將水流加壓通過鋼絲橡膠管連接到鋼管樁水刀裝置，通過無縫鋼管向下輸送水流，經噴頭噴出；啟動高壓水泵，水壓值達到0.8MPa。其中6個無縫鋼管連接水刀上方儲水裝置，另外一個插入至柱體內側的無縫鋼管直接與一臺高壓水泵連接。

4 工藝流程

場地平整→測量放樣→打樁機就位→搭設導向架→鋼管樁運至現場→樁身檢查→高壓水泵、無縫鋼管、橡膠管、噴嘴等材料準備→制作水刀→水刀測試→機械就位→起吊水刀→開啟高壓泵、打設水刀→引孔后起吊鋼管樁就位→鋼管樁鎖扣清理→樁身垂直度校正→震動沉樁至設計高程→異形樁糾位。

5 操作要點

5.1 進場材料的檢驗

檢查包括鋼管樁表面缺陷、長度、直徑、壁厚、平整度以及鎖口形狀、有無雜物等內容。

5.2 導向架打設

根據已經批復的控制點和水準點，對照設計圖紙，放樣出鋼管樁施工的軸線，以此為依據定出鋼管樁施工導向架軸線，并打設、安裝導向架。

5.3 水刀的通水試驗

水刀制作完成后，必須進行水刀的通水試驗。通過試驗判斷輸水裝置是否密閉、暢通，高壓水泵是否能達到所需水壓，噴嘴處的噴水方向是否合理等。

5.4 自檢、監控

施工中嚴格控制樁身的垂直度及入土深度，安排專人負責高壓水泵的啟停及壓力值監控，出現異樣情況，立即停止施工。待異樣情況產生的原因找到并解決后，方可繼續進行施工。

6 施工方法

水刀法施工時，在土體上與已入土的鋼管樁鎖扣對應的位置進行引孔；施工中，首先利用汽車吊將鋼管樁水刀系統吊至指定位置，利用已入土的鋼管樁作為定位，將水刀與其相扣，下落至地面50cm左右，啟動水刀裝置，利用高壓水流切割該位置土壤并隨水流翻出。在鋼管樁水刀下沉過程中，因鋼管樁與鋼管樁之間的鎖扣連接存在較大的摩擦阻力；在鋼管樁水刀不能利用自重下沉時，利用高頻振動錘夾住水刀頂端預留位置，向下振打水刀。待鋼管樁下沉至設計高程時，將水刀系統與已入土完成的鋼管樁分離，起吊鋼管樁水刀系統并放置指定位置，完成此次鋼管樁引孔作業。

最后將要施打的鋼管樁經汽車吊吊起放置于已完成引孔的鋼管樁孔中，配合高頻振動打樁機，將此根鋼管樁下沉至指定高程，從而完成此次鋼管樁施打。

7 結語

與傳統振動錘及吊車施工相比，本工藝省略大量審批程序，施工手續簡便，在施工過程中，可根據工程特點劃分不同區域同時施工，，施工過程中無需封航，對臨近施工點無影響，對周邊構筑物、堤壩安全無不良影響，不破壞水質與生態，且施工質量可控。