静压植桩技术在水环境综合整治工程中的应用

张晓雷

［摘  要］为保障施工现场达到安全文明环保要求，静压植桩技术在各个领域得到了广泛的应用。静压植桩技术具有噪声小、振动频率低、绿色环保及操作简单等优点，可有效解决传统振动打桩机振动大、噪声大、扰民等问题。以安徽省滁州市天长市高邮湖水环境综合整治工程PPP项目为例，在古铜龙河河道清淤施工阶段，对临近房屋、建筑集中区域，采用静压植桩技术进行钢板桩边坡支护，取得了良好的效果。主要针对静压植桩的基本原理及应用成效进行简要分析和阐述，为此项技术在水环境综合整治工程的应用提供参考。

［关键词］静压植桩；钢板桩；水环境综合整治；技术应用

随着人们对安全文明施工的重视度提升，施工技术的绿色环保性成为工程考虑的重要因素。在基坑开挖的钢板桩支护阶段，新兴的静压植桩技术因其具有噪声小、振动小等优点，在土木工程、水利工程、市政工程等领域中得到了广泛应用。静压植桩技术在日本及欧美国家已有40多年的应用历史，其技术水平和施工工艺已十分成熟，但此技术在国内推广时间不长，对静压植桩技术的应用研究还处于发展阶段。本文以安徽省滁州市天长市高邮湖水环境综合整治工程PPP项目古铜龙河整治工程（以下简称“本工程”）为例，结合施工现状环境，采用静压植桩技术与传统振动植桩技术比选的方式，对静压植桩技术的先进性和应用效果等内容进行研究，为该项技术在水环境综合整治工程中的应用提供一定的理论基础和科学依据。

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本工程位于天长市铜城镇政府北侧老城区中心区域，主要包括河道清淤、水系连通、生态岸线建设和沿河污水管网铺设等施工内容。其中河底高程为4.5~3.7 m（1985年国家高程基准），清淤长度为1 275 m，总清淤方量约为2 580 m3；水系连通工程主要通过埋设超过200 m的管涵，实现S204省道两侧古铜龙河段的连通；生态岸线建设范围为古铜龙河两岸，主要包括混凝土挡墙、草皮护坡建设及污水管网铺设。

根据古铜龙河地勘报告数据，主要地层为粘性土，虽无砂土强透水层分布，但河沟水系沉积的淤泥层厚度较大，一般与岸坡地质结构关联性较大，对岸坡稳定性影响较大。此外，工程施工地段环境错综复杂，居民生活区域集中在古铜龙河岸两侧，部分房屋甚至直接位于河道内，其中普济桥还是安徽省重点文物保护单位，这也大幅提高了本工程的施工难度。在基坑开挖的过程中，为保证周围居民的人身财产安全，保障临近建筑以及土质结构的安全稳定，经实地验证及多种植桩方案的比选，本工程采用静压植桩技术植入U形钢板桩可以很好地解决本工程的施工难题。古铜龙河整治工程平面如图1所示。

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基于传统振动打桩机施工环境要求高、振动频率大、噪声大等缺点，日本在1975年研制开发出世界首台静压植桩机，并投入到实际应用当中，如今静压植桩技术发展迅速，在各个施工领域，尤其是施工环境复杂的市政工程当中应用十分广泛。

静压植桩机基本由液压缸、上机身、滑动座、机座、反力桩、固定桩、压入桩、夹头架以及夹头等结构组成。静压植桩机的基本原理与传统打桩机完全不一样，传统振动打桩机主要是通过动能转换原理，采用撞击、振动等方式，将钢板桩植入土内，而静压植桩机是利用已植入的钢板桩反作用力，采用液压静负荷的方式将下根钢板桩压入土内。施工原理如图2所示。

静压植桩机的主要施工工序分为2大部分：

第一部分初期压入，在钢板桩植入地面的初期阶段，将重力设施置于反力底座两侧，通过重块的反作用力将第一根钢板桩植入设计高程；

第二部分自走压入，以第一根钢板桩作为压入桩，将上机身固定在压入桩上，利用拔出压入桩的反作用力植入下一根钢板桩，如此反复的植桩工艺称为自走压入。

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3.1施工难点

（1）环保要求高。本工程的施工区域离居民生活区较近，部分作业面甚至紧挨着居民房屋，在施工时必须降低对附近建筑的损坏程度及施工现场的噪声污染，保障周边建筑的完整性和工程的文明环保性，满足文明环保施工要求。

（2）工期短。工程需3个月时间完成古铜龙河的挡土墙混凝土浇筑工作，此外，施工作业面分布相对分散，这要求每个施工环节之间做到高效率的无缝衔接，使用传统施工工艺难以满足本工程的工期要求。

（3）土质较硬。在钢板桩施工的试验阶段，采用孔径为20cm的引孔机进行地质检查，发现淤泥底层存在一定量的硬质黄粘土，可能是由于地勘缺乏加密钻探，在钻探点之间存在的硬质土加大了施工难度。传统的植桩技术很难达到设计要求，所以本工程的钢板桩施工对技术水平要求比较高。

3.2施工机型

为达到安全文明环保施工的标准化要求，保证工程在工期内保质保量的完成，本工程经过传统振动锤植桩技术及静压植桩技术多角度对比，综合多方面因素考虑，在挡墙基础开挖阶段采用GIKEN SA100型静压植桩机（SILENT PILER）植入长度为9m的U形钢板桩（宽度为400 mm）进行基坑支护。该型号的静压植桩机最大压入力可达到800 kN，最大起拔力可达到900 kN，并可与水刀技术搭配使用，采用桩端附近安装高压喷水管，有效破解硬质土层，满足古铜龙河现状土质的施工环境，可以高效完成钢板桩支护作业。传统振动植桩机及静压植桩机施工现场作业如图3所示。

3.3成效分析

本工程在挡土墙基础开挖阶段，在居民生活集中区域利用静压植桩机植入钢板桩进行支护，效果如图4所示。该项技术的应用，在施工阶段取得了很好的效果，与传统振动植桩技术相比较，静压植桩技术优势明显，现总结如下。

（1）无噪声污染。振动植桩机作业期间，距离设备3m处采用噪声计测定环境噪声值为125dB，严重影响居民生活，而使用静压植桩机作业期间，环境噪声值为65dB，不影响正常谈话，不会给居民工作和生活带来不良影响，施工地段无噪声污染，符合文明环保施工要求。

（2）无明显振动。振动植桩机作业时，距离设备5m处有明显振感，对土层结构破坏巨大，而在静压植桩机作业时，在距离设备3m处的地面上放置1枚硬币，硬币在1min的时间位移0.3cm，表明在植桩过程中，地面振动频率低，对周围建筑无破坏力，有效保护了居民生活集中区域的房屋。

（3）适用各种土质。针对本工程作业面的部分硬质土，在静压植桩过程中，采用水刀技术相结合，在钢板桩的前端安装高压水喷射管，利用水压增大钢板桩压入力度的同时，也可软化硬质土层，高效率地完成植桩施工，这是传统植桩技术达不到的效果。

（4）适用条件广。由于河道作业面狭窄，施工便道仅有4 m宽，对机械设备要求高。静压植桩机体积小，且设备较轻，在施工范围受限的状态下，可顺利完成钢板桩植入作业，所以静压植桩机适用条件广，尤其适用于施工环境复杂的工程。

（5）止水效果突出。植入地面的钢板桩之间的锁口咬合度高，在基坑作业时，没有发现明显的渗漏，表明该技术植入的钢板桩止水效果显著，即使在地下水位较高的施工区域，也保证了基坑干燥的作业环境，大幅提高了工程效率及工程质量。

（6）安全性高。在植入第一根钢板桩后，静压植桩机采用自走压入的方式植入下一根钢板桩，使得在作业过程中，钢板桩联合成一个整体，并且钢板桩上部由起重机和上机身牢牢固定，最大限度地降低了钢板桩的滑落概率，从而保证了人员及设备的安全。

（7）作业效率高。本工程钢板桩设计总长度为839m，采用静压植桩机植入宽度为400mm的钢板桩，每日可完成30m的工作量，20余日即可完成，静压植桩技术保质保量的完成。

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静压植桩技术很好地解决了古铜龙河施工环境复杂的问题，并对周围居民正常生活及房屋结构没有造成影响，满足工程的环保性、安全性、快速性、经济性及文化性要求。本文对静压植桩技术在水环境工程中的应用进行总结，促进安全文明施工标准化的发展，对该项技术在类似工程中的推广应用具有重要的意义。