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静压植桩机在坚硬地质的应用

2021-07-09 王工 阅读 1326
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近年来,采用静压植桩机打拔钢板桩、钢管桩及型钢的技术已经在国内外得到广泛应用并产生了良好的社会效益。其优势在于设备小型化、施工环保、无振动、低噪音,能在狭小空间或顶部受限等复杂施工环境下进行桩基础工程施工。

 

一、静压植桩机压入机理

 

传统打桩设备主要分为振动和冲击两种类型,常见的有电动振动锤、液压振动锤、落锤打桩机、汽锤打桩机等,而静压植桩机应用了与传统打桩机完全不同的贯入机理,其原理是通过夹住数根已经植入地下的桩,利用拔出阻力作为反力,同时利用静荷载将下一根桩压入地下。该工法实现了小型化设备同样可以发挥强大压入能力的目的,经过数年发展,该工艺已成功应用在包括我国在内的多个国家的工程项目中。

 

静压植桩机压入原理图

 

▲ 静压植桩机压入机理

 

二、静压植桩机压入法可根据地质条件选择

 

根据不同地质条件可选择不同的植桩压入工法,对于标准贯入较小的软弱土层可采用“单独压入法”,对于标准贯入较大的地层,则采用“高压水刀并用压入”,对于N值大于50的坚硬地质,可采用边钻掘边压入的“除芯压入”工法或“预掘压入”工法。

 

不同静压植桩机压入工法

 

▲ 不同压入工法施工示意图

 

本文着重先容在坚硬地质条件下静压植桩机的压入工艺,坚硬地质又以标准贯入数值75为界,可分为“除芯压入”工法和“预掘压入”工法。

 

1.静压植桩机压入法之芯压入(砂质土·粘土N<75)

 

静压植桩机“除芯压入”工法对应的地质情况

 

 ▲ 除芯压入对应地质情况

 

根据“除芯理论”,首先用螺旋钻进行最小限度的钻掘,使地下处于空心状态,然后在拔出螺旋钻的同时压入钢板桩。该工法排土量少,不会破坏周边地基,从而实现构筑具有极强支撑力的完成桩。  

 

静压植桩机“除芯压入”法示意图图片

 

▲ “除芯压入”工法示意图

 

2.静压植桩机压入法之预掘压入(岩盘及砂质土·粘土N≥75)

 

针对岩层施工,传统引孔工艺一般先对岩层进行较大直径的预掘,然后在孔内回填砂,最后将桩打入。但是,这样会花费较多的费用并延长工期。而静压植桩机可实现使用一台设备对岩层进行最小限度的预掘并将桩压入,施工效率更高。并且,预掘是以完成桩的锁口为导标,所以可实现高精度的钻掘。

 

静压植桩机“预掘压入”法示意图

 

▲“预掘压入”工法示意图

 

“预掘压入”比“除芯压入”更能适应较硬地质,但针对碎石土地层,基于螺旋除芯理论的压入工法均有最大砾径小于20cm的要求。

 

三、静压植桩机压入工法的应用实例分析

 

1.静压植桩机压入工法案例的工程概述

 

东西城市轴线沱江大道某大桥项目位于四川省简阳市石桥镇,为主跨280m的空间双索面单塔斜拉桥。大桥主墩采用25根直径3.0m的群桩基础,桩基横桥向5排,桩间距7.5m,纵桥向5排,桩间距6m。承台为矩形,高5m,平面尺寸36m×30m。

 

静压植桩机压入法案例效果图

 

▲ 某江特大桥效果图

 

大桥主墩位于沱江北岸侧,承台范围一半在岸上,一半在水中。为保证主墩基础连续施工,在非汛期对主墩基础施工场地进行筑岛,形成主塔基础施工全陆地作业条件。

 

2.静压植桩机压入工法案例中的钢围堰设计:

 

围堰设计采用SP-IVw型(600×210)拉森钢板桩,桩长18m。底层、中层圈梁型号为2HN1000×300,底层、中层内支撑采用图片钢管,顶层圈梁型号为2HN700×300,顶层内支撑采用图片钢管。围堰范围内土层主要有砂层、卵石层及中风化砂岩、泥岩,设计断面图如下:

静压植桩机压入法投入工程中19#主墩钢围堰设计图

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▲ 19#主墩钢围堰设计图

 

该桥主墩承台钢板桩围堰由我司承接施工,项目采用日本技研株式会社研制的全新一代机型F201A静压植桩机,该机型同时具备单独压入、水刀并用压入及预掘压入3种施工工况,大大提高了项目施工效率。

 

3.静压植桩机压入法案例的施工先容:

 

根据现场地质情况,钢板桩底部进入稍密卵石层及中风化砂岩9m,需采用F201A静压植桩机的除芯压入或预掘压入工法。根据现场试桩情况,大部分地层可直接采用“除芯工法”直接进行岩层破碎和压入,无法压入的则先进行预掘然后替换成除芯压入钻头进行钢板桩的压入。

 

静压植桩机压入法的除芯钻头

 

▲ 除芯钻头

 

静压植桩机压入法的预掘钻头

 

▲ 欲掘钻头图片

 

传统的旋挖引孔工艺针对卵石地层需采用全护筒跟进法,钻进后回填砂土再拔除护筒,最后依靠机械手或振动锤进行振动沉桩。该工法面临护筒下沉、拔起困难同时要处理大量钻渣及准备大量回填的砂土。而静压植桩机施工不仅能克服该类坚硬地层,而且钻掘被控制在最小限度范围内,排土量少,不会扰乱周边地层,可迅速构筑强大支撑力的完成桩,同时缩短工期、节约成本。除芯压入施工见下图:

 

静压植桩机配合螺旋钻进行钢板桩压入

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▲ 配合螺旋钻进行钢板桩压入

 

当每打入2~3根钢板桩后需进行夹板前移,整个前移过程仅需2~3分钟即可完成:

 

静压植桩机打桩后的夹板前移展示图片

 

▲ 夹板前移

 

针对需要先进行预掘的地层,施工过程中涉及到钻头替换,及预掘到底后提出预掘钻头替换成压入钻头,然后直接压入钢板桩,整个替换过程仅需15分钟,施工高效。

 

静压植桩机钻头更换

 

静压植桩机钻头更换

 

▲作业人员进行钻头更换

 

目前该工法已成功应用于多个坚硬地质条件下的桥梁承台钢围堰中,随着社会的进步及工艺要求的提高,该工法应用前景将更加广阔。

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