钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用

钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用

吴斌辉

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311100

摘要:钢板桩引孔围堰属于封水、挡土的主要结构，一般可以有效应用于底层覆盖层比较厚的碎石土、砂类土，对于一些底层质量较差的施工项目具备较高的应用实践性价值，尤其是对于较硬地层而言，因为直接打入板桩的难度较高、变形的风险也比较大，所以止水效果比较差，此时借助钢板桩引孔围堰进行施工便显得非常重要。对此，本文简要分析钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用，希望可以借助本次研究为相关工作者提供参考。

关键词:钢板桩引孔；围堰工艺；硬岩地层；应用

0.引言

钢板桩引孔围堰属于工程项目当中应用相对普遍的一种围堰形式，其优势突出，在于强度较高，可以有效应用在机械插打施工项目中，刚性支撑作用突出、使用范围广泛，可以有效应用于较硬岩地层。另外，在施工中防水性能也比较好，可以重复性的应用，同时具备较高的支撑性功能。对此，本文探讨钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用，希望能够为相关工作者提供参考。

1.钢板桩引孔围堰工艺设计

以某水文站项目为例，其水文观测井位于离岸约20m的河道岸坡上。土层参数方面，筑岛填土层顶标高4.7m、层底标高1.52m，杂填土层顶标高1.52m、层底标高-0.68m，碎裂状强风化凝灰熔岩层顶标高-0.68m、层底标高-1.76m，下部为中风化凝灰熔岩层。在工程特征方面，岩石的抗压强度在79.75到80.52MPa，挡水位4.02m、基坑开挖的深度5.68m。通过分析，认为该项目如果采用拉森钢板桩施工措施，存在较高的施工难度，变形量比较大同时止水效果比较差，无法满足施工要求。认为钢板桩引孔围堰工艺的施工价值较高，具备低成本、高功效以及工期短的施工优势。

为完成水位井施工，采用钢板桩引孔围堰确保干地施工。钢板桩主要承载静水压力以及土压力，因为土属于饱和水状态，所以可以不考虑土的粘聚力。中风化岩地层采用地基承载力替代被动土压力强度值，同时不计算主动土压力^[1]。基坑顶采用均匀荷载进行计算，转化成为土层厚。工程压力计算方面不考虑水渗流效应的水土分算法，也就是钢板桩承载孔隙水的压力、有效主动土的压力以及有效被动土的压力。因为钢板桩引孔围堰的入土深度比较高，围檩上端可以获得内支撑的保护作用，下端因为遭受土体的嵌固支承作用，但是因为内支撑对于钢板桩围檩属于弹性支撑，并不是刚性支撑，所以在施工中只需要计算出钢板桩作用在圈梁的反力，这一反力的作用在内支撑上可以计算出钢板桩和内支撑连接位置的最大位移，只需要明确钢板桩的内力与应力便可以保障施工整体效益。

2.钢板桩引孔围堰工艺应用

钢板桩引孔围堰的钢板桩选型方面，按照地质条件以及受力特征的考虑，采用拉伸IV型的钢板桩，材质以SY295为主，单根的长度为9m。围堰的顶层高程5.0m，高出筑岛30cm，进入基坑底以下的中风化凝灰熔岩1.0m以上，基坑开挖的底高程-0.68m，基坑深度5.68m。

按照受力的分析结果，钢板桩引孔围堰中的内围檩的支撑布置方面，围堰设计一道水平内围檩进行支撑，距离钢板桩顶部0.5m位置设置一道。围檩周边以包围形式施工，围檩和钢支撑采用I36a工字钢，。钢支撑和围檩的连接可采用焊接或螺栓连接。节点处支撑和围檩的翼缘和腹板连接应加焊劲板，加劲板的厚度不小于10mm，焊缝高度不小于6mm。

在具体引孔施工工艺与方法方面：1、旋挖钻引孔。因为基底底部处于风化基岩当中，可以应用钢板桩直接进行插打，通过试打方式处理，不能直接打入预定的深度。围檩无法满足抗洪水冲击、水以及土的压力要求时，可以应用钻机引孔方式进行施工。为了进一步降低施工周期，优化挖钻机的型号选取。首先，采用钻机在钢板桩的围檩位置上施工引导孔，引导孔的深度为9m，开挖到桩底的标高为-4.0m。引导孔采用分序跳打成孔方式施工，孔径为0.6m^[3]。每一个孔之间保持0.4m的间距，确保成孔的连续性与规范性；其次，在为了预防已经施工的孔洞内填料塌孔，需要在相邻的序孔交界位置打入钢板桩进行阻挡；再次，对于引导孔施工过程中需要应用振动锤与长护筒进行配合施工，保障孔内闭水效果。尽可能应用干挖施工工艺，在成孔之后，需要及时应用粉碎的中风化岩层钻渣或采用碎石、黏土混合料进行回填施工；最后，引导孔施工基本完成之后，需要确保钢板桩施工满足场地的基础条件要求，之后便可以进行钢板桩施打。

在围堰施工流程方面：1、土石方筑岛完成后，对筑岛平台进行清理整平形成施工平台；2、根据相应的顺序插打钢板桩并到合拢，基坑内土方开挖至支撑底以下0.5m，设置牛腿后施工围檩及钢支撑。钢板桩要密扣，保证钢板桩顺利合拢；特别是基坑的四个角要使用转角钢板桩。内支撑完成之后便可以开挖基坑。在基坑开挖到一定深度之后，可以按照板桩的变形情况以及止水的效果，必要情况下可以对板桩嵌岩部位引导孔内侧填料并进行注浆加固施工，保障钢板桩嵌岩方面的施工止水效果，同时满足围檩的变形受力效果；3、钢板桩引孔围堰在挖土施工期间，需要到达水文观测井底高程-5.2m位置，按照设计情况做好基坑的施工验收；4、土方开挖过程应采取措施防止施工机械碰撞或碾压支撑、围护结构等。5、基坑形成后，及时进行基础和主体结构施工，在施工过程中随时检查坑壁的稳定情况。基坑边线2m范围内不允许堆载，基坑顶部做施工栏杆，栏杆上挂安全网，夜间要设警戒标志。6、土方开始开挖后,场地内保证有一台挖土机可以随时调用,如发现开挖后,坡顶位移呈增大趋势且不收敛,立即用挖土机挖土向坡脚回填反压,直至位移稳定再采取加固措施而后再继续开挖。平时备好砂袋,一旦发现位移增大不稳定时,可用砂袋回填反压。7、围堰的拆除在主体施工完成后进行，其中，拆撑在基坑外侧筑岛土石方拆除至基坑内外高差在2.0m以内进行（筑岛土石方拆除至1.32m高程以下）。8、专人负责对基坑和周边环境进行安全巡视，若发现异常现象、位移达到预警值、超标准洪水位等异常情况应立即启动应急预案并及时查明原因。9、对基坑的坡顶水平位移和竖向位移、深层水平位移、地下水位、周边地表竖向位移、倾斜和水平位移进行监测。若发现异常现象或位移达到预警值时，应立即启动应急预案并及时查明原因。

施工效果方面钢板桩引孔围堰工艺的施工价值主要体现在三个方面：1、安全性。在开挖施工过程中，钢板桩引孔围堰的止水效果非常理想，基坑当中无任何漏水的表现。土石方可以在无水环境之下开挖，作业的便捷性较高。因为钢板桩有效嵌入基岩，所以变形量比较小。在上述项目当中对变形数据进行检测，最终发现变形量仅为5mm，安全性较高。2、工期短。钢板桩引孔围堰工艺的整个施工工期都比较短，在引孔与打设钢板桩方面施工时间仅为10d，内支撑与开挖的施工时间为10d，整个施工周期为20d，施工速度快，相对于预计的施工时间提前了约10d；3、经济性。钢板桩引孔围堰工艺中钢板桩与内支撑在水文观测井施工之后可以及时进行拔出，所以施工成本相对较低，基坑在无水的条件之下开挖的速度与质量也得到了显著提升，整个施工效益较高。

3.总结

综上所述，钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用价值显著，在施工过程中需要先应用钻机引孔再进行回填土施工，之后再开展钢板桩施工。钢板桩引孔围堰工艺的合理应用具备较高的实践性价值，在具体施工中具备施工速度快、不受洪水冲刷影响、安全风险较少以及成本较低等优势，止水的效果突出，可以在今后较硬岩地层施工项目中普及应用。

【参考文献】

[1]夏炼.钢板桩围堰力学性能影响因素研究[J].甘肃科学学报，2019，31(3)：144-145.

[2]万延阳.钢板桩围堰在深水基础施工中的探讨[J].江西建材，2018，23(9)：233-234.

[3]潘黎，王立晨，王侃睿.上海市水利工程单排钢板桩围堰标准化可行性分析[J].四川建材，2019，14(7):163-164.

作者简介:吴斌辉(1986.07)，男，汉族，福建省宁德市人，中级工程师，本科学历，研究方向：水利水电工程施工组织设计、概预算。