付 伟

上海城建市政工程（集团）有限公司 上海 200065

1 基坑围护施工工艺简介

上海传统的基坑围护施工工艺主要有：钻孔灌注桩＋高压旋喷桩止水帷幕、沉井施工工艺、地下连续墙施工＋旋喷桩止水、SMW工法桩等。对于周边建筑物及环境影响敏感的地区，上述工艺无法满足基坑工程的要求。

为解决上述难题，引进了旋转静压钢管桩工法，该工艺是通过静压植入桩的压桩机构以已完成的管桩与土体的摩擦力和反力架提供的反作用力而将桩压入土中的沉桩工艺[1]。由于这种方法具有无噪声、无振动、无冲击力、无污染、施工设备小、围护止水性能好、施工工期短等优点，可适用于各种不同的地质和环境工况条件，尤其是在河堤上、近距离保护桩、复杂地层及低净空等情况下具有非常大的推广价值和应用前景。

2 旋转静压钢管桩工艺介绍

静压植桩机采用的是通过夹住数根已经压入地面的桩（完成桩），将其拔出阻力作为反力，利用静载荷将下一根桩压入地面的压入机理（图1）。日本技研制作所研发的静压植桩机在全球首次成功地将该原理付诸实用。利用与地球成为一体化的反力，实现了小型化机器同样可以发挥强大能力的目的。

静压植桩机是一种自走液压式压拔桩机，无振动、无噪声，机体轻小，易于在狭窄地段或超低空间地段施工，广泛适用于各类复杂环境的预制桩施工。在水刀或螺旋钻的辅助下，更能适用于多种地质条件。

图1 静压植桩机的压入机理

静压植桩机在第1、2、3根施工时，因没有完成桩，需通过反作用基座提供反力，将钢管桩施工完成。反作用基座主要通过钢板桩或者使用配重提供反力。

3 试验施工概况

3.1 试验钢管桩工程简述

静压桩植入桩施工包括旋转压入和静压植入2种，减阻系统主要包括水刀、水润滑系统，本次使用水润滑旋转压入施工，共计试验施工4根钢管桩，钢管桩外径1 m，壁厚14 mm，桩间距1 200 mm，第1根桩长6 m，第2根桩长10 m，第3根桩长10 m，第4根桩长36 m。

3.2 试验钢管桩桩长设计

国外工程中，钢管桩初期压入时，通常利用已实施的钢板桩提供反力，本次试验优化了该工艺，通过渐进式的钢管桩长设计，逐步提供最大反作用力。

根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定钢管桩单桩竖向极限承载力标准值时，可按式（1）计算：

式中：Quk——单桩竖向极限承载力特征值；

Qsk——单桩总极限侧阻力特征值；Qpk——单桩总极限端阻力特征值；qsik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值；

qsk——桩极限端阻力标准值；

u——桩身周长；

λp——桩端土塞效应系数；

Ap——桩端面积；

li——桩穿越第i层土的厚度；

hb——桩端进入持力层深度。

当hb/d（d为钢管桩外径）＜5时，λp=0.16hb/d；

当hb/d≥5时，λp=0.8。

反作用基座配重：

式中：W1——反作用力基座配重，取2.0的安全系数；

Q′uk——施工桩桩侧摩阻力；

W2——设备自重；

Q′uki——已成型桩桩侧摩阻力。

通过上述公式可计算出不适用润滑系统下，需要反作用力基座提供配重及确定试验施工桩长。

根据地质勘察报告，通过计算确定试验桩各桩长，不考虑水润滑系统减阻效果。第1根试验桩长6 m，反作用力基座需要配重27.8 t；第2根桩长10 m，反作用基座需要配重20 t。第3根施工桩长10 m，反作用基座需要提供20 t；前3根已完成的钢管桩提供的总反力已远远大于设备自身的最大静压力（200 t），第4根最大施工长度设定为36 m。

4 施工流程

场地平整、硬化→定位放线→沟槽开挖→钢管桩运至现场→钢管桩起吊初定→设置反力配重（或者钢板桩施工）→钢管桩设备安装→实施规定数量的压入作业→撤除反力配重→完成初期压入→植桩机自走前移→夹持已植入桩→钢管桩起吊初定→沉桩至指定标高

5 钢管桩分段焊接

5.1 焊接工艺方法

钢管桩接桩采用环向直焊缝全焊透连接，焊接坡口45°。焊接材料与母材等强。焊接时两人对称施焊，并采取措施减小焊接变形，接桩焊接前应先确认桩顶是否损坏或变形，如变形应进行修复。坡口上的浮锈及污物应清除干净，接桩时上下节桩段保持对直。

正确掌握焊接电流和施焊速度，焊接厚度应均匀，根部间断焊缝，手工焊为6～8 mm，半自动焊为4～5 mm。本次钢管桩焊接分3层进行，焊接时间控制不短于20 min。焊缝冷却控制采用红外线探测仪，焊接接头自然冷却后才可继续沉桩。

5.2 焊接质量控制要求

1）本工程所采用的钢管桩应满足SY/T 5040—2012《桩用焊接钢管》相关技术要求的直缝管或螺旋焊管。当焊管接长时，对接缝两侧的纵向接缝应错开150 cm以上。

2）管节对接时，采用带内衬环的V形坡口单面焊。上节桩的坡口角度采用45°，下节桩不开坡口。封底焊时宜用小直径的焊条或焊丝施焊。每层焊缝焊完后应清除熔渣并进行外观检查，如有缺陷应及时铲除。

3）钢管桩接桩焊接采用带内衬环的V形坡口单面焊，采用多层焊，焊接质量等级不低于二级。为减少变形和内应力，管节对口焊接时宜对称施焊。

4）焊接完成后，所有拼装辅助装置、残留的焊瘤和熔渣需清理干净。

5）所有焊缝均需进行外观检查。焊缝金属紧密、焊道均匀，焊缝金属与母材过渡平顺，不得有裂缝、未融合、未焊透、焊瘤和烧穿等缺陷。

第1根钢管桩施工完成后，以同样的方法施工第2根钢管桩。

6 钢管桩压入施工对周边土体扰动监测

在本次施工时，在36 m桩两侧布置沉降监测点5个，距离分别为：距离桩中心2.5、4.5 m两侧各2个，共4个；8 m单侧1个（图2）。

图2 施工现场沉降观测点布置

5个深层垂直位移监测点布设时穿透现有路面结构硬壳层，沉降标杆采用φ25 mm螺纹钢标杆，螺纹钢标杆深入原状土60 cm以上，沉降标杆外侧采用内径大于13 cm的金属套管保护。保护套管内的螺纹钢标杆间隙用黄砂回填。金属套管顶部设置管盖，管盖安装须稳固，与原地面齐平；为确保测量精度，螺纹钢标杆顶部应在管盖下20 cm。完成沉降及水平位移测点的埋设后，在测点附近的硬质地坪上用红色油漆进行标识，如标识位置距测点有一定距离，应在标识处同时标识出距测点的方向和距离。对于地面下埋设的测点，应采用具有一定强度和刚度的保护盖进行保护，为防止盖子孔隙长期在施工场地裸露堵塞，应定期清理垃圾，确保其有一定的自由度。

由监测数据（图3）可得出，在F401静压植入钢管桩施工期间，周边土体最大变化为下沉5 mm且无明显沉降或隆起趋势，考虑到测量误差，得出钢管桩施工对周边土体扰动小的结论，可在沉降要求高的市区内或建筑物密集等区域内施工。

7 地层适应性

钢管桩通过静压旋转切削的方式成桩，在钢管桩底部配置刀头，钢管桩内壁配置水刀，可很好地适应各类地层。上海土质强度低，所以成桩速度较快（1 m/min），且不会有挤土效应，对周边环境变形控制较好。

图3 地面沉降变化曲线

8 结语

静压植桩机是依靠已经完成的钢管桩作为反力来施工后续钢管桩，设备较小，与目前上海地区常用的围护施工工艺（钻孔桩、搅拌桩、地下连续墙等）有较大区别，它能实现无扰动的成桩，且现场无噪声、无振动、无污染、施工工期短。该设备可拔除钢管桩，实现资源综合利用，为后续F401静压植入钢管桩在国内的推广起到推动作用。