钢板桩引孔施工技术在硬塑土层中的应用

钢板桩引孔施工技术在硬塑土层中的应用

梁跃鑫

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

摘要：钢板桩基坑支护形式是一种常见的基坑支护体系，但是在硬塑土层中施打时常常会存在施打时间长或者钢板桩不能施打至设计桩底标高的现象。本文结合新机场排水箱涵钢板桩引孔的施工案例，从施工技术的特点、工艺原理、操作要点及经济效益、成本等方面出发阐述了硬塑土层条件下钢板桩引孔技术的经济实用、环保以及确保施工工期的优点，为同类型施工提供借鉴，为企业带来良好的经济和社会效益。

关键词：硬塑土层；引孔；施工技术；钢板桩；施工工期；经济效益

引言：随着我国经济的快速发展，各种快捷、有效、环保的建筑工法得到认可和发展，钢板桩由于其结构特殊，强度高，质量轻，隔水性好，施工简便，工期短，耐久性好，可多次重复使用等特点，使得钢板桩支护在工程领域得到了快速发展。钢板桩使用寿命长达20至50年，环保效果显著，施工中取土量和混凝土的使用量可大大减少，土地资源得到有效保护，救灾抢险特别是在防洪、塌方、塌陷、流沙等的救灾抢险中也具有较强的时效性。近年来，钢板桩在地下管廊、排水箱涵、修桥围堰、市政工程、 人工岛、地下隧道防渗墙、大型管道铺设临时沟渠开挖的挡泥板、挡水板、挡砂墙、提岸护岸等方面得到了广泛的应用。

与其他方式施工相比，采用钢板桩施工具有以下特点：（1）、施工简便；（2）快速施工，施工周期明显缩短；（3）在地质改变的情况下，只要改变钢板桩的截面和长度就可以得到相应的施工方案；（4）具有较轻的结构和较强的抗震能力；（5）适应变形能力较大，采用弹性理论能够进行合理的经济设计。钢板桩虽然具有以上优点，但在工程项目中，为了减少钢板桩不必要的硬性损伤，在硬塑土层进行钢板桩施工时一般采用引孔后再进行施打钢板桩。针对硬塑土层中施打钢板桩时会碰到如下问题：施打时间过长、钢板桩施打至一定深度后很难继续打入、强行施打损坏钢板桩及打桩机等，如何省时省力省钱地解决以上问题是目前行业内钢板桩施打的研究重点。

一、工程概况

1.1工程简介

厦门新机场飞行区B区专用排水箱涵（机场北路段）工程项目位于厦门翔安区大嶝岛机场飞行区，项目包含1座排水箱涵、2根雨水支管。排水箱涵起点位于厦门新机场飞行区东北侧，终点位于环嶝路北侧海岸线，总长度约1.2公里，箱涵断面净尺寸为3孔3.6m×2.5m。本次排水箱涵实施范围从起点起（K0+000）至环嶝路红线外南侧（K1+086），总长度约1.086km。基坑支护形式采用钢板桩+φ609的钢管内支撑，钢板桩长度为12m、15m。根据地勘报告显示该项目位于机场北路范围内，该区域已实施水泥搅拌桩，且钢板桩需进入全风化岩层。

1.2现场情况说明

根据现场钢板桩的施工情况，钢板桩施打至标高-6至-8米的位置就很难打入。现场12米钢板桩每根打入时间约为45分钟，个别难打部位每根打入时间都在1小时以上。因此每天施打约20根左右，且部分钢板桩无法打到设计的桩顶标高，如若按此进度则需增加3台插板机否则无法满足施工进度要求。

在2023年1月20日下午参建各方在K0+600～K0+650段对12米钢板桩进行试打两个位置（共试打3根）。第一根桩打入时间约为48分钟，第二、第三根桩在施打至-6.5m即无法沉入，之后又在K0+680～K1+720段对12米钢板桩进行试打两个位置（共试打3根）和K0+350～K0+380段对15米钢板桩进行试打三个位置（共试打3根）；试打情况均较相似：12米钢板桩打入时间较长（需打入、拔出再打入反复试打方能打入）或者施打至-7米左右就施打不下去。

根据现场试桩情况，强行施打易造成桩头破坏以及钢板桩变形，同时易导致打桩机超负荷运转造成桩机损伤（现场已多次出现桩机配件损坏和液压油管爆裂等情况），钢板桩施打不到位易形成安全隐患。

二、方案选择

因该工程工期紧为确保施工进度以及节约成本，确保钢板桩能顺利施打至设计桩顶标高，项目部通过探讨、深化设计、试验设计，开展技术攻关及方案创新，确定了预先在硬塑土层及水泥搅拌桩上进行引孔施工的方案，确保钢板桩在硬塑土层及水泥搅拌桩上的顺利施打。  目前常见的解决土层难插打方法有潜孔锤、水刀、静压植桩机等工艺。

表1  硬质土层钢板桩引孔施工方案分析

为了满足现场施工安全、质量及进度要求，现场一台长螺旋钻机进行引孔，个别位置配备一台旋挖机引孔后再进行钢板桩施工。

三、钢板桩引孔的技术特点

1）在硬质土况下以及水泥搅拌桩上施打钢板桩前进行引孔施工，看似添加一道工序，实则起到“磨刀不误砍柴工”的效果，大大提高了钢板桩施打的效率。

2）虽然钢板桩作为一项符合行业潮流的支护形式，但是由于在过硬土质的施打较为困

难。本技术解决了钢板桩在硬质土况下以及水泥搅拌桩上施打的问题，扩大了钢板桩支护的适用范围；

3）采用此技术能够有效的避免打桩机超负荷运转，从而减小打桩机以及钢板桩损坏的几率，同时避免钢板桩打不到设计桩顶标高的问题，从而避免了安全隐患；

4）钢板桩施打前进行引孔，将钢板桩的位置提前确定，后续钢板桩直接在孔内进行施打，降低了钢板桩施打过程中的定位难度。

5）本技术适用于在硬塑土况下或者水泥搅拌桩上采用钢板桩作为基坑支护而钢板桩施打存在困难的工程。

四、施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程：

硬塑土况下的钢板桩引孔施工工艺：

4.2 引孔的施工操作要点：

1）准备工作

根据施工方案，落实材料和人员，合理安排人材机。进场先进行场地整平工作，查清已完成的搅拌桩的桩头位置。

2）钢板桩施打位置的定位放线

根据设计图纸及现场实际情况，测量放样出钢板桩的施打位置。在需要施打钢板桩的位置上做好标记。

3）引孔定位

将长螺旋钻机移到已做好的记号上，调整桩架的垂直度，要求钻孔时不倾斜、不挪动，既要平整，又要稳固。钻机移位由专人统一指挥，必须对现场情况进行仔细观察后方可移动，平稳安全地进行移位作业。钻探定位后，孔位的复核工作由测量员负责。

4）钻机垂直度校正

长螺旋钻机应保证立柱导向架垂直度偏差在1/250以下，将一个半径为5厘米的铁环焊接在桩架上，在10米高的地方悬挂一根铅锤，用全站仪对钻杆竖直进行校正，使铅锤刚好从铁环的正中央穿过。每次施工前必须对钻杆进行适当调整，使铅锤位于铁圈内，使钻杆垂直度误差控制在0.5%的范围内，施工作业人员应使用吊线锥或使用钻机平台的水平尺，从钻机的正面和侧面两个相互垂直的方向进行垂直检查，及时调整钻机的位置，以确保钻具的垂直。

5）桩长控制标记

长螺旋钻机施工前应在钻杆上做好标记，控制引孔深度不应小于桩底位置或者已施打搅拌桩的桩底标高，待桩长发生变化时，将旧标擦去，重新打上标记后，再进行引孔作业。

6）钻机引孔

引孔采用长螺旋钻机，引孔间距0.8米，引孔深度必须达到搅拌桩的桩底标高或钢板桩设计桩底标高，按顺序依次进行。第一根桩施工时，为了确定在此地层条件下的钻机参数，掌握硬塑土层或者搅拌桩对长螺旋钻机的影响程度，应缓慢进行，待确定参数后方可加快速度依次进行引孔施工。引孔结束至钢板桩的施打的间隔不宜过长，引孔结束后应立即进行。

五、实施的效果分析及效益分析

本工程钢板桩引孔采用长螺旋钻机进行引孔，引孔数量1350孔，单孔长度12至15米，平均引孔工效为60孔/天。长螺旋钻机引孔达到一定数量后，打桩机即可进行钢板桩施打，施工形成流水作业。

表2 钢板桩引孔工艺综合性能对比

5.1 经济效益

1）采用长螺旋引孔技术提高施工速度，保证了工程进度。通过钢板桩施打前进行引孔的方法起到“磨刀不误砍柴工”的效果。钢板桩施工工期由原先的每天施打20根增加至每天可施打60根左右，有效的缩短了钢板桩施工工期。

2）减少机械材料损坏，节约成本

采用长螺旋钻机可以有效的避免钢板桩变形及损坏，确保打桩机能长时间工作，间接节约施工成本45万元。

5.2 其他效益

通过长螺旋钻机的引孔提高了钢板桩施打的速度，解决了钢板桩在硬土中需要反复打拔浪费能源的问题，同时避免了钢板桩在反复打拔过程中以及强行施打过程中产生钢板桩损坏和打桩机超负荷的现象，一定程度上节约了成本，响应了创建节约型工地的号召，同时提高了公司在钢板桩支护施工领域的科技实力和核心竞争力，增强了企业技术实力和技术人才培养储备，进一步增强了公司科技自主创新的能力。

六、结语

通过引孔施工技术在该工程上的应用有效地解决了传统拉森钢板在硬塑土层中施打困难的问题，同时确保的该项目的施工工期，有效的节省的钢板桩施工的成本，为今后类似工程提供了借鉴，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1] 李成伟.拉森钢板桩围堰施工中引孔技术的应用.学术期刊：铁道建筑技术 2014年z1期

[2] 郭鹏.浅谈强风化岩钢板桩施工技术.学术期刊：价值工程 2020年13期.

[3] 鲁颖，陈国主.静压植桩机在超长钢板桩止水帷幕施工中的应用.学术期刊：市政技术 2016年2期

[4]卢明.钢板桩在支护工程中的应用.学术期刊：价值工程 2010年21期