唐　金

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙　411004)



钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究

唐金

(湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙411004)

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。

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，且无法在卵石、砾石、基岩等坚硬地层中有效使用[1-4]。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[5]研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[6]分析了静压桩机在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[7]在大量静压桩的实践应用基础上，提出了静压桩适用的承载力估算的经验公式。但静压植桩技术在桥梁工程中的应用还较少[8-10]，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。

1　工程概况

资江特大桥是沪昆客专长昆湖南段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1 941 m。桥墩18号～21号为水中墩，承台底位于河床底岩面，桩基采用直径2 m的钻孔灌注桩。勘察报告显示，河床覆盖层主要为砂卵石，厚1 m～5 m，下伏基岩为石灰岩。水中墩承台均采用钢板桩围堰，施工工艺采用坚硬地质静压植桩工法。

围堰平面尺寸为19.2 m×27.2 m，钢板桩单根长度为12 m，桩顶标高均为+182.0 m，围堰内共设置上下两层支撑。钢板桩围堰布置如图1所示。

2　静压植桩工法

常规沉桩设备在钢板桩插打进入基岩时，特别是对于坚硬地质情况，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，节约了成本，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。

3　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、岩石等多种地层，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。钻头按直径不同共分为680 mm，580 mm，540 mm，380 mm四类，按钻头形式不同分为两叶、三叶及折叠三类。

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。最终确定钻头选型方案如下：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680 mm或540 mm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，多采用540 mm的三叶式钻头。380 mm两叶式和580 mm折叠式钻头在压桩时再次引孔使用。

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进速度。各土层钻头选取如下(见图2)：

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

2)在回填土石(σ=250 kPa)中，宜采用大钻头(680 mm)，一次钻孔成型。扭矩选择在24 kN·m～26 kN·m时钻进速度最快(8.5 m/h～8.7 m/h)。

3)在原河床砾石(σ=300 kPa)中，宜采用大钻头(680 mm)，一次钻孔成型。扭矩选择在24 kN·m～26 kN·m时钻进速度最快(6.8 m/h～7 m/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(2.6 m/h～2.8 m/h)。

5)由于在钻入岩石时采用680+540钻头无法钻进，所以选择540+380钻头，从扭矩—速度图中可以得知在大砾石(σ=1 200 kPa)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300 kPa时，扭矩在24 kN·m～26 kN·m钻进速度最快；当承载力大于300 kPa时，由于地层过硬，高扭矩无法钻进，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)。

表1　不同地层工作参数

图5为承载力与钻进速度关系曲线，由图5可知，承载力越大，钻进速度越慢，当承载力达到300 kPa时，钻进速率迅速减小，并趋向于0。利用指数函数y=aexp(-x/b)+c对二者关系进行拟合，得到了较好的拟合精度(R2=0.994)，拟合关系式为：

y=56.1exp(-x/123.3)+1.5。

4　结语

1)静压植桩技术能保证钢板桩穿透卵石土、砂砾石、基岩等特殊地层，在顺利完成工期的同时还给企业、社会带来了良好的经济效应，在资江特大桥工程得到了较好的应用效果。

2)扭矩与钻进速度整体呈正相关关系，但承载力过大时，高扭矩工作并不能带来高钻进速度；承载力与钻进速度呈指数关系函数。

3)静压植桩机适用于地质复杂，下伏基岩面极不平整等恶劣地区作业。施工中可通过选择不同的钻头组合、扭矩和钻速实现在坚硬地质条件下作业，具有较大的推广应用价值。

[1]张骏.超长钢板桩围堰合理内支撑施工方案[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2012(2):19-24.

[2]李皖宁.海河大桥钢板桩围堰设计施工关键技术研究[D].邯郸：河北工程大学,2013.

[3]杨光.蕉门水道特大桥及其深水承台钢板桩围堰施工项目管理研究[D].西安：西安建筑科技大学,2014.

[4]韩跃国,陈永勇,皮海波.永修大桥主墩钢板桩围堰设计与施工[J].铁道标准设计,2008(5):74-77.

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[6]张扬,汪耀武,高厚荣.某工程静压桩机施工陷机处理措施[J].施工技术,2010(S1):59-60.

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[10]陈国主.静压植桩机在钢管桩支护工程中的应用[J].市政技术,2012(5):7-8.

Whist press piling technology in the application of steel plate pile cofferdam of bridge

Tang Jin

(HunanRoad&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Changsha411004,China)

Taking the Zijiang super large bridge engineering as the basis, this paper introduced the construction technology of steel sheet pile cofferdam static pressure method, from the bit type selection, torque and drilling speed relationship two aspects, discussed the working parameters of pile planted machine, conducive to promoting the popularization and application of the method.

steel sheet pile, static pressure planted pile, cofferdam, torque, bearing capacity

1009-6825(2016)19-0146-02

2016-04-24

唐金(1984- )，男，硕士，工程师

TU473.1

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