静压植桩技术在桥梁钢板桩围堰中的应用
由 项敏 13818186389 撰写
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▍摘 要
摘要：静压植桩机是20世纪70年代日本技研研制的无振动、无噪音的液压式压拔桩机，采用静力压拔原理，克服了施工场地的限制和地质条件的约束，一般多用于房建和市政工程的支护桩施工。文章结合工程实例介绍静压植桩技术在桥梁工程钢板桩围堰中的应用，该技术可解决振动沉桩因地质原因难以打入的问题，成桩质量可靠，在桥梁工程中具有良好的推广前景。钢板桩作为支护结构在桥梁基础工程施工中已得到广泛应用，其传统的施工技术一般为冲击法和振动法两种。但这两种工法只适应较软弱的地层，同时需要大量的停放施工机械的场地，并带来强烈噪音和振动，施工中的安全风险也很大。静压植桩施工采用静力压拔原理，具有无振动、无噪声的优点，同时对施工场地的要求较低，能够适用于较为坚硬的土层条件。目前该技术在桥梁工程中的应用较少，本文结合安徽省S103省道杭埠河特大桥工程实例，探讨静压植桩技术在桥梁钢板桩围堰的应用。杭埠河特大桥位于安徽省肥西县，桥梁总长1581m，其中25#、26#主墩位于水中，采用钢板桩围堰作为围护结构进行主墩承台、墩柱施工。主域承台平面尺寸为29.1mx16.6m，钢板桩围护范图32.4m x 19.8m。桥位区地貌单元属河漫滩，地面标高在4.00m-14.00m之间。上覆土层第一层为填筑土，第2-6层为第四系全新统冲积层，下伏基岩为白垩系上统张桥组泥质粉砂岩。26#墩河床以下：粉质粘土0.6m厚，粘土2.8m厚，细砂4.4m,中砂7m厚。钢板桩桩顶高程为-6.5m左右.钢板桩桩底将进入中砂层。地基各土层参数如表1所示。结合工程地质情况，综合考虑钢板桩施工的进度及对当地居民的影响，本项目采用静压植桩法将钢板压入土体。为使钢板桩顺利下沉，根据实际地质条件，结合标贯N值（中砂层，N值 30-50），本项目采用水刀配合静压植桩机并用法施工钢板桩。
静压植桩机工艺原理如图1所示，通过夹住数根已打入土体的钢板桩，利用已打入土中的桩产生的拔岀抵抗力作为反力（包括压入桩表面与土体间的表面摩擦抵抗力、锁口间抵抗力），将钢板桩压入土体。钢板桩由吊机插入压桩夹头，压桩夹头起导向作用，静压植桩机由液压缸将钢板桩一根接一根地压至设计高程。在压入第一根桩之前需将反力重块置于反作用力基座的两侧。利用水刀并用压入可以有效的减轻贯入抵统力。桩端附近安装的喚射嘴通过喷射高压水，増强土粒子间的空原水压力，并创造土粒子可以轻松移动的临时状态。同时，向地面涌出的高压水降低了桩表面与土体的摩擦，并可防止土体进入锁扣内部发生压密。桩压入到锁定深度后，收回喷水嘴和水刀管。喷射水的流量和压力可以根据施工情况进行调整,将对地基的影响控制在最小范围。现场安排机械操作手2人、电焊工2人、辅助工6人及施.匚负责人测量员、安全员各1人，配置静压植桩机、履带吊、挖掘机、电焊机、水刀动力装置、水泵、泥浆泵、发电机等设备及全站仪、水准仪。施工区域内供水、供电、临时设施满足桩基施工要求，道路平整畅通；做好机械、运输车辆及各种辅助设备的的维修检和进场工作，准备好安全应急措施。因钢板桩在装卸、运输过程会出现撞伤、弯扭及锁扣变形等现象，因此，钢板桩在插打前有必要对其进行变形检查。采用50T履带吊车作为起吊设备，配合静压植桩机施工。用全站仅将第一片钢板桩位置进行放样，用履带吊车将静压植桩机就位，并在钢板桩施工前进方向的另一端放置1台激光发射仪，用于钢板桩施工导向及定位。初期压桩见图3，在前几根桩基压入时，没有足够的反力桩供植桩机使用，靠植桩机本身重量无法抵挡压入时土体与桩体、钢板桩锁口间的摩擦力等产生的贯入抵抗力，必须在反作用力基座两侧放置反重力块(本项目采用未施工的钢板桩作为反重力块)，利用其总的重量作为反力压入第一支桩。之后每次完成压入作用之后，使静压植桩机自走前移，依次抓住植入的完成桩，当机身完全移到初期反力桩上后撤除反力重块与反作用力基座，完成初期压入。自走压桩见图4，将压力桩压至规定深度后，使上机身向前移动，架设下一支钢板桩，开始压入作业，当正在压入的桩的支土撑力可以充分支撑静压植桩机的重量时，将抓住反力桩的固定夹打开，在夹住压力桩的状态下，使上机身上升后，将基座向前移动到下一反力桩的位置，然后下降至反力桩上，在确认调整水平基后，关闭固定夹，完成构筑新的反力系统，然后将压入桩压至设计深度。静压植桩机可以在相同位置在与前进方向构成直角的左右方向连续压入2支钢板桩，可以压入至拐角后的第二支钢板桩作为转换方向时的反力桩。
钢板桩施工常见的问题主要为桩顶高程偏差、轴线偏位、桩身倾斜，针对静压植桩施工特点，采取的控制措施如下。桩顶高程偏差会影响静压植桩机作业，可采取以下措施控制:①在钢板桩轴线附件桩顶部设置高程标记，施工过程中用水平尺及高程标记进行控制;③初期压入时桩压入过程中修正桩的角度非常困难，因此就位时应安装准确，第一根钢板桩打入地下时必须确保位置及垂直度，必要时需拔出重压;④钢板桩通过聚焦于前一根桩的前锁口上的激光束定位，在打桩过程中操作人员通过水平尺测量正在施打的钢板桩垂直度，若有偏差通过调整压桩夹头的垂直度及位置。②压桩过程中加大垂直度检测频率，用仪器对每根桩随时；③打桩过程中经常上下活动钢板桩，钢板桩打入一定深度后提升一定高度再往下打，反复几次，以减少钢板桩下部的偏转和弯曲；静压植桩技术在杭埠河特大桥工程中得到了成功应用。该技术具有噪音小、无振动、节约施工空间的特点，减少了对周边环境的影响，符合环境保护和绿色节能施工的要求；静压植桩方法可以在使用振冲方法难以下沉的土层中顺利进行钢板桩施工，可有效解决施工难题；静压植桩法较常规的振动锤施工有进度快、对桩体破坏小、精度髙等优点；结合静压植桩匸艺特点，采取相应的控制措施，能够有效保证钢板桩围堰的施工质量。总之，静压植桩技术突破了传统施工方法受到的地质、环境等条件约束，具有独特的优势，钢板桩作为围护结构的适用范围较广。因此，采用静压植桩技术施工钢板桩围护结构具有较大的推广使用价值。- 压入的原理是利用静载荷将桩压入地面，在施工的时候不会发生振动，噪音，所以不会影响附近居民的日常生活。
- 静压植桩机及其周边设备系统是利用抓住已压入地面的桩而进行压入施工的，所以在原理上不存在机械倾倒的危险性。
- 利用油压方式将桩牢牢地抓住后进行压入作业，即使是超长的桩材施工，也可以灵活自如的控制，而不会使其碰撞到邻近的建筑物上。
- 利用无线电遥控的方式来操纵静压植桩机，即使是在恶劣的施工环境下，也可以保证作业人员及周边环境的安全。
- 由于静压植桩机机体轻小，施工工序简单，如果同时使用多套设备，能够缩短工期。
- 无论是在环境管制严格的区域还是夜间,施工都不会受到时间段的限制。
- 由于设备轻量小型，所以压入施工工法可以将工程影响范围降低到最小，轻减交通堵塞，影响地区经济活动。
- 无需设置作业用栈桥，工程用便道，以及相关联的打桩附带设备等，所以可以大幅消减工程费用。
- 由于可以正确自如地控制压入桩，复杂的施工环境也能构筑高精度地结构物。
静压植桩机通过夹紧已经压入地中的完成桩（称为“反力桩”）来获得反作用力。然后，以反力桩为基础，静压植桩机通过静载荷将桩压入地中。高压水刀并用压入可以增加桩端周围的间隙水压，并创造土粒子可以轻松移动的临时状态。同时，上行水流可减少桩的表面摩擦，并且通过冲洗锁口中的土体来减少锁口间抵抗。因此，水刀并用压入可减小贯入阻力，辅助完成压入施工。“除芯理论”在技研的压入原理的基础上结合螺旋钻并用工法，从而成功实现了在坚硬地质条件下的压桩作业，并且不会影响压入工法的优势。压入钢板桩时，以更小的钻掘范围，满足减轻贯入阻力的需求，完成桩材的压入施工。因此，采用克服坚硬地质工法进行施工时，钢板桩可获得较大的支持力。
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