圍堰施工中引孔技術的應用范文

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《鐵道建筑技術雜志》2014年第S1期

1拉森鋼板樁圍堰總體設計及常規引孔方法

1．1圍堰設計168m連續梁主墩(37#～42#墩)基礎均采用鋼板樁圍堰施工，鋼板樁采用拉森Ⅳ型，樁長設計為15m，根據開挖深度設置3道圍囹內支撐，圍囹支撐桿件為45a工字鋼和630螺旋鋼管。圍堰尺寸為承臺尺寸每邊加寬2m，37#、38#、41#、42#墩鋼板樁輪廓中心尺寸為33．7m×23．1m，39#、40#墩鋼板 樁輪廓中心尺寸為39m×28．4m。對于黃河漫灘區內的承臺37#、38#墩開挖深度12．2m，39#、40#墩開挖深度12．5m，地表無明水，地下水位較高(原地面以下1m左右)，可直接進行鋼板樁圍堰作業。對于黃河主河槽內的承臺41#墩開挖深度10．6m，水深0～3．6m;42#墩開挖深度9．6m，水深0～6．2m。利用黃河枯水期，先筑島圍堰提供作業平臺，然后進行鋼板樁圍堰施工。37#～42#墩地表存在明水或豐富的地下水，表層3～9m為粉土、粉砂，遇水成流塑狀，σ0=80～100kPa，鋼板樁較容易插打。表層以下為砂巖夾泥巖，較堅硬，σ0=300～500kPa，鋼板樁無法用震動錘直接打入。主墩承臺底設計入巖2．5～5m，為了保證基坑開挖安全，鋼板樁底部必須入巖5～8m，然而如何解決鋼板樁插打入巖的問題是整個鋼板樁圍堰施工成敗的關鍵，所以在鋼板樁插打以前必須先進行引孔。

1．2現行常規引孔方法(1)目前國內鋼板樁圍堰施工常用的引孔方法有“潛孔錘”和“水刀”。“潛孔錘”是空氣壓縮破碎錘和螺旋鉆桿相結合的一種引孔鉆機，靠破碎錘掘進、螺旋鉆桿出渣，適用于無水或水少情況下的堅硬地層，尤其是堅硬的巖石效率更高。對于我們現場表層3～9m的粉土、粉砂，而且水量豐富的情況，潛孔錘無法正常工作，破碎錘會被流塑狀的粉砂和粉土包裹而失去功效。現場試驗結果也是如此。“水刀”是在鋼板樁底部安裝一個特制的高壓水槍，利用高壓水流提供牽引，鋼板樁跟進插入。“水刀”適用于淺埋地層，一般不超過12m，對于黏性土效率較高，堅硬的巖層效率極低，而且容易出現折斷的意外情況。我們現場遇到的泥巖和砂巖以及埋深情況不適合采用“水刀”。(2)目前國外較先進的鋼板樁引孔設備有日本研發的“靜壓植樁機”，該設備是螺旋鉆桿結合特制合金鉆頭，同時配合一定的靜壓力達到引孔的目的。它的主機身直接安裝在已插打的鋼板樁頂部，可以自動走行，適應各種復雜的自然條件，對于軟巖效率相對較高，但是比傳統引孔工藝成本要高很多。目前國內數量極少，租賃或購買的費用十分昂貴，經過設備廠家專業人士測算，我們現場鋼板樁圍堰的地質條件和規模，一個基坑的引孔費用在260～320萬元，引孔施工周期50～75d。無論是成本投入還是施工周期均不能滿足現場施工要求。

2旋挖鉆引孔工藝

到底有沒有一種高效而且成本投入相對較低的引孔方法?答案是肯定的，那就是旋挖鉆引孔工藝。將旋挖鉆運用到鋼板樁圍堰引孔中，在國內還是首次，沒有成功的經驗可以借鑒。我們也是邊研究邊現場實踐，最后總結逐步完善形成一套完整的旋挖鉆引孔工藝。

2．1引孔總體設計我們使用的鋼板樁為拉森Ⅳ型，“U”型結構，寬40cm、高17cm、長15m，采用直徑100cm和125cm的旋挖鉆機交替引孔，所引孔的中心線與鋼板樁圍堰輪廓的中心線保持一致，相聯兩孔的中心間距70cm，引孔深度比鋼板樁底部高20～40cm，未引的余下20～40cm，利用120振動錘強行插打，確保鋼板樁底部與巖層的緊密結合，提高整體的穩定性和止水效果，每個引孔之間咬合42．6cm。旋挖鉆引完的孔位用黏土回填密實，以便鋼板樁的插打。

2．2現場引孔施工(1)測量放樣，在兩端插打木樁確定引孔中心線，然后在木樁上系好施工線，每隔70cm系一個彩條節，以此控制每個引孔的中心位置。奇數代表直徑100cm的孔，偶數代表直徑125cm的咬合孔。(2)利用泥漿護壁，開始引孔施工。每個邊先施工奇數直徑100cm的孔，然后再施工偶數直徑125cm的咬合孔，最后形成連續的整體，利用水準點控制引孔深度。(3)引孔回填，每個邊全部引完后用原土及時回填，注意邊回填邊用泥漿泵排漿，防止泥漿外溢，回填完畢即可開始鋼板樁的插打作業。

2．3施工控制要點(1)每個引孔中心位置必須控制準確，保證相聯孔之間的咬合尺寸滿足要求，確保形成連續的整體。(2)為了提高引孔效率，現場不埋設鋼護筒，根據現場土質情況確定泥漿比重，必要時加入少量的纖維，保證護壁效果、防止孔壁坍塌。(3)選擇功率較大、鉆桿較粗的旋挖鉆機引孔，避免鉆桿變形偏位，影響孔洞垂直度。(4)采用“跳樁法”引孔，即先施工奇數直徑100cm的孔，然后再施工偶數直徑125cm的咬合孔，防止偏孔。如果按順序一個接一個咬合引孔，會出現孔位嚴重偏位的情況，因為已經引完的一側松軟，未引的一側巖層堅硬，鉆頭所受阻力不均勻，會向阻力較小的(已經引完的松軟一側)方位偏移，達不到預期的引孔效果，現場實踐也驗證了這一點。(5)引孔的深度控制在鋼板樁底部標高以上20～40cm，未引的余下20～40cm，利用120振動錘強行插打，確保鋼板樁底部與巖層的緊密結合，提高整體的穩定性和止水效果。因為引完后回填的原土較松軟，不夠密實，特別是孔位底部，存在透水的風險，尤其是在黃河主河道內的基坑，安全風險更大。采用這種方法現場施工效果不錯，水中41#、42#墩均未出現鋼板樁底部透水情況，止水效果良好。

3效益分析

通過對表3的數據分析:(1)與國內常規引孔工藝對比，旋挖鉆引孔適用的地質條件更廣泛，周期更短，成本費用更低。(2)與國外引孔技術“靜壓植樁機”對比，旋挖鉆引孔不適合堅硬的巖石，適用范圍相對小一些，但在較軟～中等硬度的地質條件下優勢特別明顯，周期短、費用低廉。綜上所述，旋挖鉆引孔效率高、成本低，適用的地質條件較廣泛，具有良好的經濟效益和社會效益，應用前景廣泛。

4結束語

旋挖鉆引孔技術在本項目拉森鋼板樁圍堰施工中的應用是一個全新的嘗試，將現場取得的一些經驗進行總結，拿出來跟大家分享，希望能給大家在今后的鋼板樁圍堰施工中提供一些幫助。

作者：李成偉單位：中鐵十一局集團第四工程有限公司