钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2022年05月02日 15:39:14
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

‍▍摘要

摘要：以资江特大桥工程为依托，介绍了钢板桩围堰静压植桩法的施工技术，从钻头选型、扭矩与钻速关系两方面，对植桩机的工作参数作了探讨，有利于促进该工法的推广应用。

关键词：钢板桩、静压植桩、围堰、扭矩、承载力

▍0 引言

传统的钢板桩主要采用压入法施工，施工噪声大，且无法再在卵石、砾石、基岩等坚硬地层中有效使用。基于传统振动及锤击工法的以上缺点。日本最先研发了第一台无振动，无噪声的静压植桩机。并投入工程中使用。随后经过对植桩机的不断改进。该方法逐渐在工程中推广。王实武硏究了静压桩机在工程应用中出现的主要问题，并进行了改进研究；张扬分析了静压桩机基础工程中施工过程出现的陷机问题，提出了相应的解决方法；林本海在大量静压桩的实践应用基础上，提出了静压桩适用的承栽力估算的经验公式。但静压植桩技术在桥梁工程中的应用还较少。本文以资江特大桥工程为依托，研究了该技术在桥梁围堰工程中的应用。

▍工程概况

资江特大桥是沪昆客专总昆湖南段CKTJ-IV标的组成部分，项目区段为横跨资江，水流湍急。主桥采用长420 m的预应力连续箱梁，桥梁总长1941m。桥墩18号~21号为水中墩，承台底位于河床底岩面，桩基釆用直径2m的钻孔灌注桩。勘察报吿显示，河床覆盖层主要为砂卵石。厚1m-5 m，下伏基岩为石灰岩。水中墩承台均釆用钢板桩围堰。施工工艺采用克服坚硬地质静压植桩工法。

围堰平面尺寸为19.2m✖27.2m，钢板桩单根长度为12m，桩顶标席均为+182.0m，围堰内共设置上下两层支撑，钢板桩围堰布置如图I所示。

▍静压植桩工法

常规沉桩设备在钢板桩插打进入基岩时，特别是于坚硬地质情况，施工比较困难，同时也存在许多问题，如刃脚变形和插入端封闭等。而19号、20号墩位于资江主河道，开挖深度相对较大，水深较深，水流速度快。砂卵石层较厚，采用坚硬地质钢板桩围堰方案保证围堰与钻孔桩同步施工，节约成本，加快了进度。参考国内同类工程的经验，静压植桩法归结有以下特点：

1）静压植桩工艺要求工作空间小，能确保围堰与主体结构同步施工，有力地保证了工期：

2）施工噪声小，对周边建筑物基本无影响，有利于环境保护。适合在城市核心区域采用；

3）能有效解决钢板桩穿过卵石土、砂砾层后插入基岩的技术难点

4）相对其他形式方案，施工成本低。

▍植桩机工作参数选择

3.1钻头选型

本工程地质情况复杂，钢板桩插打过程中需穿越粘土、片石、粘土与片石混合层、砂砾石、岩石等多种池层，因此不同地质情况下钻头选型是确保钻孔顺利完成的关键步骤，是提高钻孔工效的重要手段。钻头按口径不同共分为680mm，580mm，540mm，380mm四类，按钻头形式不同分为两叶、三及折叠三类。

利用岩石力学参数法对待钻粘土地层、含砾石地层、岩石层进行分类，通过分析影响钻头钻速及磨损的主要岩石力学性质指标。如岩石可钻性、抗压强度、内摩擦角等。结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型。最终确定钻头选单方案如下：当地层以粘土、细粒砂砾石为主时，预钻多采用大直径两叶钻头，如680mm或540mm的二叶式钻头，以提高钻孔工效。需要入岩或遇到大粒径卵石、片石时。多釆用540mm的三叶式钻头。380mm两叶式和580mm折瓮式钻头在压耕时再次引孔使用。

3.2不同地质情况下扭矩与钻速关系研究

通过对19号墩的19根桩进行植桩全过程记录，剔除个别特例，选取能代表大多数的10根桩进行数据分析。

经过实践在钻机能够钻进的情况下，选择大钻头一次钻进可以大大提高钻道速度。各土层钻头迭取如（见图2）：

1）在回填土(σ=90kPa)中，静压植桩机钻孔压桩宜采用大钻头680mm，一次钻孔成型。扭矩选择在24kN·m-26kN·m时钻进速度最快（28.6m/h~29 m/h）。

2）在回填土石（σ=250kPa）中，宜采用大钻头（680 mm），—次钻孔成型。扭矩选择在24kN•m~26kN•m时钻进速度最快（8.5 m/h~8.7 m/h）。

3）在原河床砾石（σ=300kPa＞中，宜釆用大钻头（680 mm），一次钻孔成型。扭矩选择在24 kN·m~26kN·m时钻进速度最快（6.8 m/h~7m/h）。

4）在大砾石（σ=650 kPa）中，宜采用大钻头（680 mm）配合小钻头（540 mm），扭矩选择在22 kN•m~23 kN•m时钻进速度最快（6m/h~2.8m/h）。

5）由于在钻入岩石时采用（680+540钻头头无法钻进，所以选择540+380钻头，从扭矩一速度图中可以得知在大砾石（σ=1200kPa）中，扭矩选择在21 kN•m~22 kN•m时钻进速度最快（0.66 m/h~0.76 m/h）。

从图3可以看出，在常规地质条件下，单根桩施工时间约为3 h。

第五根钢板桩速度统计见图4。

由图2可知，扭矩与钻速整体呈正增长关系，且岩土体承载力越大，钻速增长速率越大。当承载力小于300kPa时，扭距在24 kN•m~26 kN•m钻进速度最快；当承薮力大于300 kPa时，由于地层过硬，髙扭矩无法钻进，扭矩在21 kN•m~22 kN•m钻进速度最快。通过以上扭矩-速度图可以得到在不同地层的最佳工作参数（见表1）。