粘土质砾层围堰钢板桩引孔施工技术研究

粘土质砾层围堰钢板桩引孔施工技术研究

夏兵兵 ,程志华,邓辉红

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004

摘  要：钢板桩作为深基坑支护和围护结构的一种施工工艺，在深基坑开挖及围堰施工中得到了日益广泛的应用，特别是在淤泥质土、杂填土等不良地质条件下具有较好的优势。本工程钢板桩主要用于围堰，持力层为黏土质砾，上部为淤泥质土及杂填土，较普通钢板桩施工工艺施打困难，在保证安全施工的条件下保证支护结构施工工期，采用了长螺旋引孔施工工艺。

关键词：围堰；钢板桩；引孔

1 工程概况

八里湖赛城湖控制枢纽工程场址位于九江市阎家渡，永安堤和城防堤交界处，为河湖相冲积地貌，长江冲积I级阶地。站（闸）址位于新开河出口上游890m处，新开河在场址上游被八赛隔堤一分为二，左侧河道为赛城湖入江河段，右侧河段为八里湖入江河段，两河在场址下游40m处汇聚为一处流入长江，站址及河道两岸高程为22.45〜24.63m，河床高程4.50〜12.10m,拟建泵站处新开河河床高程7.72〜9.35m。

围堰工程分纵向围堰和横向围堰，纵向围堰位于八赛隔堤右侧，分上下有两段，纵向围堰采用双排15米拉森Ⅳ型钢板桩围堰。

据地质测绘及钻探揭露查明，场地地层分布第四系全新统冲积层的粉质粘土、淤泥质粘土，第四系上更新统冲积粘土质砾层及第三系砾岩等。场地地层岩性自上而下分述如下：

（1）第四系全新统冲积层(alQ4）：由粉质粘土与局部淤泥质粘土组成：

1）粉质粘土：分布于地基表层，灰、灰黄色，可塑〜硬可塑状，标贯试验2 次，N=12〜17击。上游围堰处层厚8.50〜9.90m，层底高程3.46〜1.97m。

2）淤泥质粘土：深灰、灰黑色，具异味，软塑状，夹0.1〜0.2m薄层粉细砂夹层，揭露于钻孔TK301、TK302,伏于粉质粘土层之下，层位不连续，厚度不均，上游围堰处层厚2.20〜3.40m，层底高程0.13〜1.26m,下游围堰未揭露。

（2）第四系上更新统冲积层(alQ3):岩性为粘土质砾，含砾石50〜60%，次圆状，粘土胶结，紫红色，岩芯呈粘土柱状，硬塑状，分布于上下游围堰全程，层厚5.10〜19.50m,层底高程-6.83〜-4.97m。

（3）第三系(E):岩性为砾岩，上部呈全、强风化，下部弱风化状，深灰色夹紫红色，砾质结构，泥钙质胶结。在场址广为分布。

下游纵向围堰堰基上部普遍分布第四系上更新统冲积层粘土质砾，呈可塑〜硬塑状，具中等压缩性，弱透水性，物理力学性质良好，承载力良好，厚度较厚，层厚11.7m。表层粘土质砾物理力学性质良好，可作为堰基持力层。

据地质测绘及钻探揭露查明，纵向钢板桩围堰基础位于粉质粘土层、粘土质砾层当中，具弱透水性，力学性质较好，承载力较高，均作为围堰堰基持力层，其承载力可满足上部荷载要求。

双排15米拉森Ⅳ型钢板桩围堰布置横断面如图1-1所示。

图1.1-1双排拉森钢板桩围堰布置横断面图

根据业主、施工、监理单位联合在上、下游对12米长拉森钢板桩进行试打两个位置，内排外排各试打1根。每根桩打入时间约为20分钟，内排试桩从高程14.00开始打入，12米长拉森钢板桩施打入土7.5米左右无法沉入；外排试桩12米长拉森钢板桩从水面施打下去5米左右无法沉入。两根12米长拉森钢板桩打入后桩顶高程在18.50左右，桩底高程在6.50左右，无法达到设计要求。根据现场试桩情况，如果强行施打将会造成桩头损坏，桩身整体变形过大；打桩机超负荷运转造成桩机损伤（如出现桩机配件损坏和液压油管爆裂等情况），形成安全隐患，也对施工质量造成不良影响。

为了满足现场施工安全、质量及进度要求，采用一台长螺旋钻机配合引孔后才能进行15米拉森钢板桩施工。

2 主要施工方法

2.1工艺流程

2.2施工顺序

（1）引孔准备工作

根据现场情况，外排钢板桩轴线在边坡与水面交汇处，长螺旋钻机不具备引孔工作作业面，需要在外排钢板桩轴线往内1m处打一排9米拉森钢板桩，在9米拉森钢板桩施打完成后，用土方回填出一个工作作业面用于长螺旋钻机引孔和外排15米拉森钢板桩的施打。在9米钢板桩墙内侧6m处用3根9米拉森钢板桩打点安装钢拉杆拉撑，钢拉杆间距4m。9米钢板桩在15米钢板桩施打完成后即可拔除。施打9米拉森钢板桩、土方回填工作面如图1.1-2所示。

图1.1-29m拉森钢板桩施打、土方回填平面图

（2）拉森钢板桩施工

拉森SP-Ⅳ型钢板桩是用采用打拔桩机将拉森钢板桩打入土内，形成一道钢板墙的基坑围护结构。拉森钢板桩施工顺序：钢板桩检验→板桩定位放线→施打9米钢板桩及回填土方→引孔机引孔→施打15米钢板桩→拔除9米钢板桩→安装拉杆→回填土→拔桩前、基坑内充水至内外平衡→清除堰体表层及拉杆处的回填料→拆除钢拉杆→拔除15米钢板桩。

2.3工艺方法

2.3.1拉森钢板桩施工

（1）新型拉森Ⅳ型钢板桩示意图及主要参数

图2.2-1新型拉森Ⅳ型钢板桩示意图及主要参数

（2）打桩及引孔机械

主机采用打拔桩机，稳定性好，行走方便，便于每根桩矫正。桩锤采用45千瓦振动锤以振动体上下震动而使板桩沉入土内贯入效果好。引孔机采用长螺旋钻机，直径Φ400mm的钻杆。板桩围护施工采用测量定位逐根打入的施工方法。在遇到管线影响的区域采用跳过该区域的方法预留接桩条件。管线影响区域将位置标明。

（3）引孔

1）钻机就位

钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

2）钻孔

调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机器钻进、出土，达到控制深度后停钻、提钻。

（4）钢板桩的检验及校正

对进场的钢板桩按出厂标准进行检验，应对外观质量进行检验，包括长度、宽度、厚度、高度等是否复核设计要求，有无表面缺陷，端头矩形比，垂直度和锁扣形状等。钢板桩逐根进行检查，检查锁口和桩身的平整度，对于锁口已坏切无法修正的桩身扭曲变形的应弃之不用。

（5）拉森桩的打设和拔桩

1）打设前的准备工作

引孔施工完成后，将拉森桩的施工区域再用白灰线洒出。钢板桩堆放场地要求平整坚实堆高不超过1.2m。

2）钢板桩打设

用打桩机将钢板桩放至插桩位置，插桩时锁口对准。每一流水段落的第一块钢板桩作为定位桩。应先沿钢板桩的行进方向反向倾斜8°左右，再开动振动锤，利用振动力把桩沉至离地面1m左右停止。防止施工打第二根桩时因摩擦过度而把第一根桩带入土中。然后吊第二根、第三根逐步打入。钢板桩桩位允许偏差垂直围檩中心线允许偏差100+0.01Hmm沿围檩中心线允许偏差150+0.01Hmm。其中H为原地面标高与桩顶标高的距离。

钢板桩施打就位后，钢拉杆应在回填土前进行安装，拉杆的安装应符合要求，拉杆的螺母应全部旋紧，旋紧后外露的螺纹长度不应小于2~3个丝扣。钢拉杆安装应顺直，采用三次张紧法，先用旋紧螺母或张紧器初步调整拉杆长度，再用扭力扳手逐根进行二次张紧，在回填土高程接近拉杆设计高程时，应采用扭力扳手再次对拉杆的拉力进行第三次张紧，使各拉杆受力均匀。拉杆螺母最终紧固后，外露的螺纹长度应不少于2~3个丝扣。拉杆安装的允许偏差：拉杆间距±100mm，拉杆高程±50mm。

3）拔桩方法

采用打拔桩机振动锤进行振动拔桩，振动拔桩是利用振动锤对板桩施加振动力扰动土体，破坏其与板桩间的摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出。这种方法效率高，操作简便。

4）拔桩顺序

拔桩的开始点一般都是从端部开始，必要时还可以间隔拔出，拔桩顺序一般与打桩顺序相反。拔桩时可先用振动锤将板桩锁口振活以减少土的阻力，然后边振边拔，对较难拔出的板桩可先用振动锤将桩振打下100~300mm，然后再用振动锤交替振打、振拔。有时为及时回填拔桩后的土孔在拔桩至基础底板略高时暂停拔桩用振动锤震动几分钟尽量让土孔填实一部分。

2.3.2土工布、土工膜施工

钢板桩完成之后，对钢板桩之间土方进行开挖，开挖至设计高程，进行土工布铺设，土工布自上而下铺设，搭接宽度不小于1m。

2.4施工要点图片

3 质量控制

（1）施工前根据设计图纸、施工方案和作业指导书进行三级安全技术交底。施工过程中，注意严格按照工艺流程进行施工，上道工序没有检查验收，不得进行下步施工。

（2）施工前必须对场地标高进行复测，施工时用水准仪测量，确保板桩桩顶的标高准确。施工放线时必须根据围护结构尺寸并考虑垂直施工误差，水平施工误差。

（3）在引孔及打桩就位后校正垂直度，确保引孔及板桩垂直并确保板桩之间较好的咬合，特别注意基坑围护形状的不规则对桩间的就位更应准确。

（4）板桩打好后及时固定以防止板桩移位。

（5）在整个基础施工期间，在挖土、吊运、绑扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业过程中严禁碰撞支撑禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不得在支撑上搁置重物。

4 安全措施

（1）作好现场调查，开工前对地下管线详细调查，组织相关管线单位召开施工启动会。

（2）对人员进行安全教育，进入工地时必须佩戴安全防护用品，所有施工人员必须听从指挥。

（3）施工现场设安全员，施工作业区设安全标志，防止无关人员进入施工现场。

（4）施工现场平整密实，确保施工顺利安全进行。

（5）严禁非作业人员进入施工场地。在吊车、桩机大臂半径范围以内，机械正在作业时，施工人员应远离。吊车要按其性能要求工作不得超负荷工作，定期进行检查、维修和保养。

（6）施工用电使用380V三相五线制配电系统。电缆线路必须埋地或架空敷设，避免机械损伤和介质腐蚀。

（7）每台电力设备必须确保“一机一箱一漏一闸”。电箱、开关箱内的电箱内的电器设备必须完好，停用设备拉闸断电，锁好开关箱。

5 环保措施

（1）根据既有场地的实情况合理地进行布置，设施设备按现场布置图规定设置堆放。

（2）场内道路作硬化处理确保畅通、平坦、整洁现场出入口设立冲洗池对出入场车辆进行冲洗。

（3）材料堆码布局合理、安全、整洁，堆放整齐，标设准确清晰，现场做到随用随清。

（4）文明施工是减少对周边居民、交通等的干扰的根本性措施，尽可能减少施工过程中的环境噪音、扬尘污染、减少对周边居民、交通和环境的影响。

（5）运输车辆进出的主干道应定期洒水清扫，保持车辆出入口路面清洁以减少由于车辆行驶引起的地面扬尘污染。

（6）不得用高音喇叭及鸣哨进行生产指挥，在施工作业过程中禁止从高空抛掷钢材、铁器等施工材料及工具而造成人为噪声。

（7）认真落实市标准化工地施工“六个百分之百”要求。

6 资源投入情况

6.1投入的人力资源情况

6.2投入的设备资源情况

7 总结

钢板桩长螺旋引孔施工工艺是通过在地基承载力较高的黏土地层先通过引孔机械引孔后再进行钢板桩施打。原地基承载力较高的黏土地层在经过引孔后，可以使钢板桩施打区域原承载力较高的原土地层松散，使后续的钢板桩顺利施打至设计高程，提高钢板桩成桩效率。围堰采用双排钢板桩，间距5m，单根桩宽400mm，钢板桩打设深度15m，长度共约132.9m，根据设计地质报告持力层为粘土质砾，地基承载力260kpa。从施工效果来看安全质量可控，环保文明施工满足要求，具有很好的应用前景。

参考文献：

[1]钟雷.拉森钢板桩在基坑中的应用[J].中国水运（下半月）,2019,19(8).

[2]唐健屹.浅论拉森钢板桩在基坑围护施工中的应用[J].建筑知识(学术刊),2013,320-321.

[3]宋军.深水低桩承台钢板桩围堰设计与施工技术[J].铁道建筑技术,2015,(5):35-38.

[4]方均坪.浅析长螺旋钻机取土引孔配合静压预制管桩施工技术[J].江西建材,2017,(11):57,59.

[5]王志坚.深基坑拉森钢板桩与锚索结合施工技术[J].山西建筑,2014,40(30):107-108.

第一作者：夏兵兵，1984年2月，男，土家族，湖南石门，大学本科，高级工程师，研究方向：水环境治理、水利水电工程。

第二作者：程志华，1989年11月，男，汉族，江西上饶，大学本科，工程师，研究方向：水环境治理。

第三作者：邓辉红，1971年12月，男，汉族，湖南望城，大学本科，高级工程师，研究方向：水环境治理、水利水电工程。