PLC 工法桩在富水深基坑支护中的应用

2023-02-27李冰LIBing汝鹏伟RUPengwei

价值工程 2023年4期

李冰LI Bing；汝鹏伟RU Peng-wei

（①阜阳市交通运输综合行政执法支队，阜阳 236000；②阜阳市公路管理服务中心，阜阳 236000）

1 概述

1.1 工程概况

425 省道颍河特大桥位于阜阳市颍东区，桥梁全长1767m，桥梁主桥为（100+180+100）m 双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，桥梁主塔采用钢筋混凝土结构，主塔高出桥面29.7m，其中，主墩之一的31# 主墩承台尺寸为25.6m×20.1m×5m，设计采用C30 混凝土，基础为群桩基础，承台底部设20 根桩基，桩基直径为2.2m，承台位于坝堤斜坡面上，承台基坑开挖尺寸为28.6m×23.1m×19.355m，支护形式采用PLC 钢管桩组合钢板桩支护。颍河特大桥现场位置见图1。

图1 31# 主墩承台现场位置示意图

1.2 工程地质条件

特大桥跨越阜阳颍河，属于淮河水系，水系较发育，31#主墩所在地基土主要包括由粘性土、砂土，和粉土，属晚更新世Q3 时期以来的沉积层，地下水主要由浅部土潜水、中部土层的微承压水及深部砂土层中的承压水组成。工程地质纵断面见图2，主要土层的物理力学指标见表1。

表1 主要土层的物理力学指标

图2 工程地质纵断面图

2 工程特点与难点

①钢板桩围堰基坑施工安全风险大。31#墩深基坑紧邻颍河，承台位于河滩之上，滩地现状呈斜坡状，部分基坑位于河道中，致使一侧围堰须在水中施工，水文、地质情况复杂，基坑支护防渗要求高，基坑施工难度较大。

②PLC 工法桩插打困难。一是施打钢管桩时须严格控制冲击能量及施打次数，否则易造成管桩的端口碎裂。二是插打过程需严格控制钢板桩垂直度。三是由于工法桩长度达25m，对接桩焊接质量和锁扣连接精度要求高。

3 方案设计与关键施工工艺

综合考虑基底翻起、管涌、插打过程的稳定、封底的经济性和现场实际地质情况，经过计算比选，31#承台深基坑施工采用PLC 工法桩（φ820×14mm 钢管组合拉森VI 型钢板桩）支撑支护结构形式，工法桩围堰尺寸23.02m×28.98m，工法组合桩中钢管桩长度28m，钢板桩长度24m，桩顶标高一致。PLC 工法桩围堰顶开挖至封底混凝土底深度为20.055m。组合钢管桩围堰内围檩构造采用型钢和工字钢结构形式，根据结构受力需求分为双拼H700×300 和双拼工56c 两种情况。PLC 工法桩围堰沿竖向共5 道围檩，自上而下第一、三道围檩采用2HW700×300 结构（Q235B），第二、四、五道围檩采用双拼工56C 结构（Q355B），在各组拼围檩型钢内均设有加劲板，同时根据围堰内支撑体系在围檩拐角及中部设置有斜撑连接件和对撑连接件，对撑处设置H488×300×11×18 钢立柱。承台支撑围护结构PLC 工法桩拟采用EP200 型振动锤施打，水刀引孔施工，施打平台采用钻孔桩钢平台及两侧栈桥平台。PLC 工法桩施打完成，顺序安装第一、二、三、四、五道钢围檩及支撑后，对31#基坑进行开挖至基坑底，封底采用混凝土封底并等强，封底完成后拆除第五道支撑并施工承台，承台采取预埋冷却管一次浇筑工艺，然后逐层浇筑混凝土并顺序拆除第四、三、二、一道钢围檩及支撑。

3.1 导向架制作及安装

本工程采用槽钢作为无缝钢管围堰内导梁、导框，并制成围笼。内外导梁间距比钢管有效厚度大8cm～10cm，以利于PLC 工法桩的插打。矩形围笼导梁按设计尺寸直接下料，导梁接头均安排在横撑支点处，接头用夹板螺栓连接。安装导框前，先进行测量定位，导框安装时先打定位桩或做临时施工平台。导框在工厂或现场分段制作，在平台上组装，固定在定位桩上。

3.2 钢管插打引孔

由于本工程钢板桩围堰所在地层地质为粘土，因此采用高压射水引孔插打。高压射水引孔施工步骤如下：

①在一根引孔钢板桩或钢管桩上焊接两根内径20mm 的无缝钢管；

②将引孔桩吊装到指定位置，打开高压水泵开关，在高压水泵的作用下，水管从蓄水箱内抽水，流过高压软管及无缝钢管，经喷嘴口进行高压射水。振动锤进行插打的同时进行高压射水，并根据地质情况调节射水压力，沉入引孔工法桩，见图3、图4；

图3 水刀总成构成图

图4 高压射水引孔水刀示意图

③达到设计深度后，拔出引孔桩，进行相邻引孔桩引孔作业，直至完成整个围堰钢板桩射水成孔作业；

④待引孔作业完成后，进行工法桩施工作业，其过程可同时进行。引孔桩的形状可根据相关钢板桩形状设置，在引孔钢板桩转角处的内侧位置焊接一无缝钢管，利用辅助高压射水组件进行高压输水供给，在引孔桩的喷嘴口处强力喷射切割粘土层，再配合振动锤，便可顺利下沉所述引孔桩，该工序可有效避免引孔桩的不必要的硬性损伤。

3.3 钢板桩施打与合拢

①在插打工法桩前，在围堰上下游导线控制点上设置全站仪观测点，用以控制围堰长、短边方向的钢板桩的施打定位。

②PLC 工法桩采用全围堰先插合拢后，再逐块（组）打入，矩形围堰先插上游边，在下游合拢。

③插打工法桩时，首组就要保持平整，几块插好打稳后即与导框固定，然后继续插打。工法桩起吊后须以人力扶持插入前一块的锁口内，动作要缓慢，防止损坏锁口，插入以后可稍松吊绳，使桩凭自重滑入，或用锤重下压，比较困难时，也可以用滑车组强迫插桩，待插入一定深度并站立稳定后，方可加以锤击。

④履带吊停在钢平台上，侧向施工，便于测量人员观察。挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。

⑤锤下降，开液压口，拉一根钢板桩（或钢管桩）至打桩锤下，锁口涂抹润滑油，并起锤。

⑥待桩尖离开平台面30cm 时，停止上升。锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。上升锤与桩至打桩地点。

⑦工法桩插打时，单桩的锁口内均涂以黄油混合物油膏（重量配合比为∶黄油∶沥青∶干锯末∶干粘土=2:2:2:1），以减少插打时的摩阻力，且插打钢板桩时从第一块就保持平整。

⑧在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，同时在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。

⑨试开打桩锤30 秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至计算标高，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。

⑩板桩至设计高度前40cm 时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。

⑪松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推直至单个承台支护完成。

⑫带有接头的钢板桩应与无接头的桩错开使用，不得已时其接头水平位置至少应上下错开2m 以上。

⑬保证工法桩插打竖直顺利合拢的措施是随时纠偏，不能用拉挤办法强行纠偏，必要时拔起重打，纠正无效时，应特制楔形桩合拢。

4 主要工程经验

本文在阐述该工程方案设计与关键施工工艺时，已就相关工艺、工艺进行了详细描述，过程中积累的工程经验及注意事项可供类似工程借鉴参考，其中拉森钢板桩和锁扣钢管施工关系到施工止水和安全，是本项目深基坑施工中最关键的工序之一。

①采用密扣拉森钢板桩和锁扣钢管，施打前一定要熟悉地质、构筑物的情况，打桩前对钢板桩和钢管逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，并在钢板桩的锁口内涂油脂，严禁不合格的钢板桩和钢管进场使用。

②在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度，斜度严格控制在2%以内，当偏斜过大且不能用上拉方法调整时，要拔起重打。扣件连接紧密且保证开挖后入土不小于1/3桩长，保证钢板桩和钢管顺利合拢，特别是工作基坑的四个角要使用转角钢板桩。

③施工中各围檩及内撑在加工场加工成型，加工时严格按照设计尺寸进行下料，安装前，连接处围檩上的加强缀板须焊接完成，加工完成后，采用运输车运至施工现场进行拼装。内撑平面位置采用坐标定位，误差控制在3cm之内，施工中严格控制各连接部位焊缝质量，尤其是围檩及内支撑接长焊接，必须先母体焊接，再缀板补焊。围檩与钢板桩之间用木块填塞，并用楔形块镶嵌，确保围檩与钢板桩之间密贴填实，保证钢板桩均布受力。使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。

④工法桩是刚性体，轴线方向锁扣相连形成“一面墙”，所以，第一根工法桩的垂直度控制至关重要，轴线方向垂直度要控制在0.5%范围以内。轴线方向垂直度可以通过控制导向架来实现，施工中应尽量考虑采用双层或三层导向架来确保桩身垂直度。PLC 工法桩采用水刀法施工，可以有效的降低在施打钢板桩过程中土对工法桩的侧向压力，减小土对工法桩垂直度的影响。

⑤钢板桩插打完成并做好加固措施后即可抽水，抽水至第一道围檩下1m 后，开始安装第一道围檩及钢支撑，第一道围檩及支撑安装完成后，对基坑进行顺序分层开挖。抽水时检查各点是否顶紧，板桩与导框间木楔是否挤紧，抽水速度不宜过快，要随时观察围堰的变化情况并做出相应处理。当发生锁口渗漏时，用棉絮在内侧嵌塞，同时在漏缝外侧撒大量木屑或谷糠，使其由水流夹带至漏水处自行堵塞。