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钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究

拉森钢板桩·静压植入工法 2022年5月1日 项敏 78



摘 要


摘要: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。

关键词:钢板桩、静压植桩、围堰、扭矩、承载力


0 引 言


传统的钢板桩要采用压入法施工,施工噪声大,且无法再在卵石、砾石、基岩等坚硬地层中有效使用。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。王实硏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;张扬分析了静压桩机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;林本海在大量静压桩的实践应用基础上,提出了静压桩适用的承栽力估算的经验公式。但静压植桩技术在桥梁工程中的应用还较少。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。


工程概况


资江特大桥是沪昆客专总昆湖南段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1941m。桥墩18号~21号为水中墩,承台底位于河床底岩面,桩基釆用直径2m的钻孔灌注桩。勘察报吿显示,河床覆盖层主要为砂卵石。厚1m-5 m,下伏基岩为石灰岩。水中墩承台均釆用钢板桩围堰。施工工艺采用克服坚硬地质静压植桩工法。


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

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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。


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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、岩石等多种池层,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骤,是提高钻孔工效的重要手段。钻头按口径不同共分为680mm,580mm,540mm,380mm四类,按钻头形式不同分为两叶、三及折叠三类。


钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究


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。最终确定钻头选单方案如下:当地层以粘、细粒砂砾石为主时,预钻多采用大直径两叶钻头,如680mm或540mm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。多釆用540mm的三叶式钻头。380mm两叶式和580mm折瓮式钻头在压耕时再次引孔使用。



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道速度。各土层钻头迭取如(见图2):

钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究


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


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


3)在原河床砾石(σ=300kPa>中,宜釆用大钻头(680 mm),一次钻孔成型。扭矩选择在24 kN·m~26kN·m时钻进速度最快(6.8 m/h~7m/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(6m/h~2.8m/h)。


5)由于在钻入岩石时采用(680+540钻头头无法钻进,所以选择540+380钻头,从扭矩一速度图中可以得知在大砾石(σ=1200kPa)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。

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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300kPa时,扭距在24 kN•m~26 kN•m钻进速度最快;当承薮力大于300 kPa时,由于地层过硬,髙扭矩无法钻进,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数(见表1)。

钢板桩围堰静压植桩法施工技术及参数研究

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300kPa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R20.994,拟合关系式为:

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结 语


1)静压植桩技术能保证钢板桩穿透卵石土、沙砾石、基岩等特殊地层,在顺利完成工期的同时还给企业、社会帯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,下伏岩而极不平等恶劣地区作业。施工中可通过选择不同的头组合、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。


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来源:《山西建筑》

作者:唐金
编辑整理:项 敏

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扩展阅读
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克服坚硬地质工法
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工法概要

利用独自开发的除芯理论,在确保压入优越性的前提下,实现了对N值大于50 的坚硬地质的压入施工

克服坚硬地质工法是确保了压入工法优越性的辅助压入工法。其为利用边钻掘边压入的「除芯理论」,在N值大于50的坚硬地质中进行施工的工法。


克服坚硬地质工法的特长

  • 实现了对N值大于50的坚硬地质的压入

实现了在利用传统工法施工困难的混有卵石的砂砾层•岩盘等N值超过50的坚硬地质的压入施工。


  • 实现水上 •倾斜地段等严峻条件下的施工

施工系统的小型化,最适合在水上•倾斜地段等严岭条件下的施工。

并且,无需暂设栈桥等。


  • 抑制排士施工

利用独自开发的「除芯理论」可将钻掘的范国控制在最小限度,所以抑制了排士量,不会破坏周边地基。


  • 令没有倾倒的危险,实现高度安全施工

因为静压植桩机为牢牢抓住完成桩的构造,所以没有倾倒的危险

并且,螺旋钻与桩由独自的固定装置固定,保持高度的安全性。


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部分应用案例

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