潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質地層靜壓植樁施工技術

趙強ZHAO Qiang

（廣州市恒盛建設工程有限公司，廣州 510000）

0 引言

隨著城市污水管網系統的大規模建設，為了緩解老城區征地拆遷的困難，同時節約利用土地，越來越多的給排水構筑物、管道被建設在既有河床下。然而河道中施工技術難度也較大。為了解決在跨河涌橋下的硬質土層內施工深基坑支護鋼板樁的難題，經過刻苦鉆研，研究出一種施工方便、技術先進的“潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質地層靜壓植樁施工技術”，并加以推廣。

1 施工技術特點

1.1 筑土圍堰，反挖溝槽，解決了潮汐水位阻擋、鋼板樁施工凈空不足的難題

潮汐影響水域凈空受限條件下施工鋼板樁圍堰，采用先在河道中填筑土圍堰作為施工平臺，圍堰填筑高度大于潮汐最大水位，然后在圍堰頂上反挖溝槽，在溝槽內安置靜力植樁機進行鋼板樁靜壓植入施工，解決了水中施工平臺、潮汐水位阻擋、鋼板樁施工凈空不足的難題。

1.2 旋噴泥漿擾動砂層，降低植樁阻力

在進行深基坑長鋼板樁靜力植入施工時，遇到下臥硬質土層，小型鋼板樁機壓力有限，無法順利使12m、15m 長的鋼板樁順利就位，采用先預制優質泥漿（膨潤土200g：水1000g），后使用旋噴樁機高壓旋噴優質泥漿，破壞原有土體，攪松土層的辦法降低植樁阻力，成功將鋼板樁壓入設計標高。

1.3 環境保護，綠色施工

在潮汐影響水域，地質條件軟弱，鋼板樁機施工凈空不足等有限的施工條件下，該工法能夠最大程度的降低對現有環境的破壞，不必損壞建構筑物，既能完成基坑鋼板樁支護的施工，又能保持城市美觀性。

2 工藝原理

在凈空受限的潮汐水域填筑土圍堰作為施工平臺，圍堰頂高度大于潮汐最大水位，在填筑的施工平臺頂反挖溝槽，提高施工凈空，在溝槽內安置對凈空要求較小的鋼板樁靜力植樁機，將鋼板樁逐節壓入土層內，每節鋼板樁間焊接連接。

對于水中深基坑，支護鋼板樁插入土層較深，遇到下伏硬質土層，而靜力植樁機壓力不足以克服植樁阻力時，采用旋噴樁機噴漿攪松地層，為了充分利用旋噴樁機噴漿攪松地層的特點，將傳統的噴射水泥漿改為噴射優質泥漿，防止成樁硬化，另外采用優質泥漿可以在噴射后與土砂等形成較穩定的混合物，而不是很快水土分離、土層重新密實。

優質泥漿配合比根據經驗，通過試驗確定（膨潤土200g：水1000g），泥漿隨用隨拌制，并保持持續攪拌，潮汐水域有限凈空條件旋噴樁擾動硬質地層靜力植樁圖見圖1。

圖1 潮汐水域有限凈空條件旋噴樁擾動硬質地層靜力植樁圖

3 施工工藝流程（如圖2 所示）

圖2 施工工藝流程圖

4 操作要點

4.1 填筑粘土圍堰（施工平臺）

橋底水中施工平臺的填筑從橋梁上下游設置的施工通道開始向橋底填筑，平臺填筑高度要比最高潮汐水位高0.5m～0.8m 以上，并考慮汛期洪水位，施工平臺的填筑寬度應以能方便合理安排施工為原則，同時要考慮不能汛期施工且不允許占據太多河道寬度，防止阻礙河道泄洪，一般控制在8m 左右，如水中基坑設計較寬，施工平臺可分區分期填筑。

4.2 旋噴泥漿攪松土層

①旋噴鉆孔孔位確定：首先用全站儀測放出每排支護鋼板樁軸線，并立標樁撒白灰線標識，沿每排鋼板樁軸線鉆孔，旋噴直徑60cm，為確保硬質地層充分被攪松，相鄰擾動區搭接20cm，即鉆孔間距40cm。

②旋噴泥漿配置：為保證泥漿的穩定性，必須采用優質泥漿，優質泥漿采用膨潤土或優質黏土配置，配置比例按膨潤土200g：水1000g，配置后進行泥漿指標檢測，檢測合格方可使用，泥漿控制指標按表1 所示。

表1 泥漿性能指標表

泥漿利用攪拌桶進行配置，泥漿在攪拌桶內的攪拌時間不得少于30s。攪拌桶旁設置泥漿儲存池，攪拌好的泥漿由出漿孔泥漿池儲存，為保證泥漿的勻質，泥漿池上方應設置1 臺攪拌機對泥漿進行持續攪拌。

當停工后再次開始施工時，泥漿儲存池內的泥漿應先進行充分攪拌勻質后才能開始使用，攪拌時間不得少于10min。

③旋噴機鉆孔：旋噴樁機選用成孔、插管二合一的MGJ-50 型單管旋噴樁機。根據測放的鉆孔軸線，按間距1.0m 垂直于軸線擺放墊木，在墊木頂旋噴樁機兩側縱向安置槽鋼做行走軌道，軌道頂橫向放置Φ48 鋼管作為旋噴機走形的滾軸。

上述支墊必須調整水平，鉆機就位后，必須用水平尺校正，保證鉆機達到設計要求的垂直度（孔斜率不大于1%）。調整鉆機機身使鉆桿軸線對準鉆孔中心，孔位與設計位置的偏差不大于50mm。

④旋噴泥漿松動土層：當噴射注漿管鉆至預定深度后，由下而上進行旋噴注漿，注漿壓力≥20MPa，流量＞60L/min，膨潤土或優質黏土用量不少于160kg/m。

噴射時，以預先確定的噴射壓力噴漿旋轉30 秒，優質泥漿與底端土砂充分攪拌，待孔口冒漿正常后開始提升旋噴，注漿管提升速度18-20cm/min，鉆桿的旋轉速度控制在10～20r/min，保持勻速旋轉提升注漿管，直至穿過硬質土層以上0.5m，停止噴漿。

在后續靜力植樁過程中，如仍發生壓樁困難，可進行復攪，并相應降低噴漿管提升速度，加大噴漿量。

經旋噴泥漿擾動的土層，應在12h 內完成鋼板樁的靜力植入施工，如果超過12h，應根據實際的壓樁效果選擇土層復攪松動。

4.3 反挖溝槽施工

為有效提高靜力壓入鋼板樁施工的操作空間，在填筑的土質施工平臺頂開挖溝槽，溝槽深度控制不超過3m（如深度必須超過3m，則需設置臨時支護措施）。溝槽頂邊線距離鋼板樁軸線0.5m 以上，距離施工平臺外邊線0.5m以上。

通過現場測量，跨河涌橋橋底標高11.70m，五年一遇水位標高7.950m，筑土圍堰施工平臺面標高8.00m 左右，平臺面與橋底的凈空高度不能滿足靜力植樁要求，為了保證順利壓樁，我們在每一排鋼板樁施工前，在填筑的土質平臺頂，沿著鋼板樁軸線開挖一條深1.5m，寬2.0m 的小型溝槽，降低小型鋼板樁機的作業基準面。

4.4 鋼板樁靜力壓入

①靜壓鋼板樁施工流程。

測量放樣、定位→起始鋼板樁振動打入→靜壓力植樁機騎樁就位→樁機繼續壓樁→鋼板樁封口

②測量放線：靜力壓樁前應先恢復支護鋼板樁軸線，測量定位后撒白灰或掛線標識。

③起始鋼板樁施工：鋼板樁靜力植樁機需要騎在已經施工的鋼板樁上壓樁，起始鋼板樁的施工采用傳統的振動壓樁發施工，具體的是在橋梁外側一定距離，沿鋼板樁軸線利用振動打樁機將鋼板樁打入地下，打入鋼板樁根數為3～5 根。

④靜力植樁機騎樁就位：起始鋼板樁打設完成后，利用吊機將植樁機放置到鋼板樁上，啟動發電機，接通電源，操作人員操控植樁機，使其下方夾鉗夾緊鋼板樁，植樁機自穩后，吊機松脫吊繩。

⑤植樁機壓樁：在橋梁下方壓樁，單根鋼板樁長度控制在4m 長，鋼板樁采用挖掘機喂送至植樁機的夾樁器內。啟動液壓裝置，夾樁器夾緊鋼板樁向下移動，移動千斤頂1 個行程后，松開夾樁器，千斤頂回縮，然后再次夾緊鋼板樁開始下一個行程壓樁，直至將1 根鋼板樁全部壓入。

4.5 鋼板樁拔除

基坑工程使用完畢后，回填至河床面，拆除最頂部支撐后，即可開始拔除鋼板樁。拔除鋼板樁應，從最外側一排開始，將圍堰平臺土先挖除運走，安裝好靜壓機逐根上拔、切割，拔除的鋼板，利用駁船運走。

5 經濟效益分析

填筑圍堰后橋下凈空約5m，通過在圍堰頂再反挖溝槽的方式進行坑內引孔施工，采取兩種方式：①旋噴機引孔、②沖擊鉆機引孔。下面對這兩種引孔方式進行經濟效益分析對比。

跨河涌橋橋下渠箱長度約30m，引孔平均深度13.5m，需要松動的土層深度范圍為6m～15m 深（長度9m），引孔直徑600mm，旋噴樁間距400mm，鉆孔樁間距800mm。

5.1 旋噴機引孔造價

旋噴機引孔空樁單價85 元/m，旋噴段單價200 元/m，引孔總量304 孔，引孔總孔數2×（30÷0.4+1）=152 孔，每孔空樁長度6m，旋噴長度7.5m，引孔造價如表2。

表2 旋噴機引孔造價表

旋噴機引孔總造價15.50+45.60=61.10 萬元。

5.2 沖孔樁機引孔

①開挖土方及墊層鋪筑費用。

因橋下凈空只有5m 高，沖孔樁機高度一般在7m 左右，為了鉆機能在橋底作業，需將圍堰反挖3.0m 深×16m寬的基坑，然后在坑底填筑50cm 厚碎石砂墊層，開挖土方及墊層鋪筑費用如表3 所示。

表3 開挖土方及墊層鋪筑費用表

土方開挖及墊層鋪筑費用小計：1.44+5.28=6.72 萬元。

②基坑支護費用。

沖孔樁機施工開挖的基坑深度達3m，需打設6m 長密扣式拉森Ⅳ型鋼板樁支護和擋水，鋼板樁用量2×（30m÷0.4m+1）=152 根，拉森Ⅳ鋼板樁單位重量為48kg/m，橋下打拔鋼板樁需用靜力植樁機，植樁單價800 元/根?；又ёo費用如表4 所示。

表4 基坑支護費用表

基坑支護費用小計：12.16 萬元。

③引孔費用。

橋下空間受限條件下施工，鉆機安裝、移位等均不方便，鉆孔綜合單價按400 元/m 計算，鉆孔總數量4×（30÷0.8+1）=156 孔。引孔費用如表5 所示。

表5 沖孔樁機引孔造價表

則沖孔樁引孔費用小計：84.24 萬元。

④引孔回填土費用。

引孔后需回填松散土，單孔回填體積為3.14×0.3×0.3×15=4.24m3，回填土方單價16 元/m3，則回填土方費用如表6 所示。

表6 沖孔樁機引孔后回填造價表

引孔回填費用小計：26.46 萬元。

⑤費用合計。

采用樁孔樁機引孔所需費用合計：6.72+12.16+84.24+26.46=129.59 萬元。

綜上采用旋噴機引孔費用61.10 萬元，采用傳統的鉆孔樁機引孔所需費用129.59 萬元。

費用共節約68.48 萬元，取得了顯著的經濟效益。

6 結語

經過前期的技術研究和分析改進，并在實際項目的施工中應用“潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質地層靜壓植樁”施工技術，已取得了顯著的經濟效益，成功試點應用。