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静压植桩机在钢板桩止水帷幕施工中的应用

105 2018-01-02 15:24:50

基坑施工的安全很大程度上取决于对地下水的控制,因此止水帷幕作为控制地下水的主要措施在基坑工程中具有举足轻重的地位。

水泥搅拌桩因其施工方便、造价低、适应性强,且能达到一般的止水要求而被广泛应用于基坑止水截水。然而,水泥搅拌桩常常因地质、设计、施工等原因造成止水帷幕失效,而造成整个基坑支护体系失效,导致重大安全生事故。而利用超长钢板桩作为支护止水帷幕,止水效果明显可靠,与水泥搅拌桩等传统的支护止水体系相比,具有显著的综合优势。

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水泥搅拌桩止水帷幕失效后的基坑涌水状况


       以下介绍一个建筑物深基坑原设计水泥搅拌桩止水帷幕体系失效后,应用静压法进行超长钢板桩止水帷幕应急抢险施工的典型案例。该基坑止水帷幕抢险工程由广东首汇蓝天工程科技有限公司承建施工,应用的设备为日本技研制作所研制的静压植桩机。


工程项目简介

     广东省某研究院生产研发大楼,位于广州市萝岗经济开发区。基坑周长约320m,面积约6400m2,开挖深度:西侧约17.5m、东侧约13.5m。基坑原支护体系设计方案如下:支护桩:Ø1200@1400的钻孔灌注桩;止水帷幕:单排Ø1000@750水泥搅拌桩止水帷幕,进入相对不透水层粉质粘土;支撑体系:两道混凝土角支撑。

        在实际施工过程中,当第二道内支撑浇筑完成后,北侧基坑开挖至设计标高,发现西北角有多处持续漏水,且混有少量细砂,浇筑完垫层继续开挖南侧时,南侧中部突现涌水点,持续大量涌水,基坑出现险情。

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基坑施工平面布置图


抢险方案确定


        经过反复的技术方案研究论证,为确保基坑止水帷幕结构的止水效果,专家一致推荐采用18~24m长Ⅳw钢板桩止水帷幕作为该项目的抢险措施。


施工作业难点


       采用钢板桩止水帷幕作为该工程抢险方案,实施过程中面临以下几方面的施工难点。

       1)周边环境复杂恶劣。① 基坑北侧、西侧和南侧有高压电缆沟和供水管线,最近距离基坑支护桩边线约2.2m;② 基坑南北两侧紧邻预应力管桩的多层建筑物,距离基坑边线最近约4.7m;③ 基坑已开挖约10m,局部已开挖至设计标高,坑内无法提供施工作业面;④ 钢板桩轴线一边贴近搅拌桩一边贴近管沟;⑤由于地层砂土流失严重,部分区域已塌陷。

       2)施工地质条件恶劣。①钢板桩终桩设计深度位于硬塑花岗岩残积土或全、强风化花岗岩中,且孤石发育;② 基坑南侧地下已与附近河涌形成暗河,砂层流失严重,且土层中含有大量建筑垃圾;③ 钢板桩紧贴搅拌桩外侧进行施工,收尾钢板桩需切入搅拌桩内部,压桩难度大;④ 钢板桩设计桩长18~24m,作为止水帷幕需确保钢板桩锁口连接具有连续性,因此施工精度要求很高,而传统的施工工艺无法满足要求。

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静压植桩机在不同地层条件下的施工工艺示意图


施工设备选型


       为有效克服上述施工作业难点,在诸多钢板桩施工工艺及设备遴选的基础上,最终确定采用静压工法进行钢板桩止水帷幕施工作业,选用的设备为日本技研制作所研制的带螺旋钻的F201型静压植桩机。

        工法原理  静压植桩机应用了与各类传统型打桩机完全不同的桩基贯入工艺机理。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”。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于实用,成功实现了小型化机器同样可以发挥强大能力的目的,并形成了技术成熟可靠的环保型压入工法(The Press-in Method)。多年来,该工法对日本及世界各国的都市化进程做出了卓越贡献。

        实际工程应用中,要根据地质条件来选定最适当的压入工法及相应的设备型号。一般情况下,对于标准贯入试验N 值为25 以下比较软弱的地层,可仅利用静载荷压入,即“单独压入法”;当N 值超过25 时,采用高压射水的“水刀并用压入法”或者“螺旋钻装置并用压入法”。

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静压植桩机压桩施工作业现场


       工法特点  1)无振动、无噪音,不会对周边建(构)筑物、居民生活等造成影响;2)采用新一代的控制系统,借助先进的信息化技术,可自动认知施工时的机械姿势,合理控制各动作的负荷,并且通过红外导标对静压植桩机施工钢板桩进行精确指引作业,实现智能化控制和高精度压桩;3)由于机身轻量,机型小,对施工场地作业面要求小,可实现狭窄空间施工作业;4)可实现坚硬地质的压入:视地质情况采用带螺旋钻的除芯压入或预掘压入,实现在砂砾层、卵石层等坚硬地质和含有钢筋混凝土等地下障碍物的地层中的压入;5)安全性高,时效性强。


施工流程及要点


       工艺流程  静压钢板桩施工工艺流程为:场地准备→测量放线→开挖沟槽→静压钢板桩。

       场地准备  做好初始压入及辅助履带吊和汽车吊的工作面保证,需要占用道路的,须提前做好交通疏散问题,对已有电缆或其他设施的,需做好保护工作。

       测量放线  根据设计,进行钢板桩中心线、拐角点、起止点等测控点测设。每日开工前,通过全站仪在静压植桩机前进方向前方约10m、5m处分别架设红外线导标点及校准点,通过红外导标对静压植桩机施工钢板桩进行精确指引作业,并做好钢板桩精度复核工作。

       开挖沟槽  由于该项目采用带螺旋钻的除芯压入和预掘压入,而按设计要求钢板桩桩顶标高低于冠梁标高10cm,以便后期基坑施工,为此应沿钢板桩轴线开挖一条2.0m(宽)×0.5m(深)沟槽供静压植桩机压桩施工。

       接桩及角桩 国内Ⅳw钢板桩市场单根标准长度主要为15m和18m,为了满足该项目要求,对现有15m或18m钢板桩需进行焊接加长。

       为了确保钢板桩锁口连接具有连续性,因此转角部位的钢板桩需作特殊处理,以保证良好的防水效果。

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静压植桩机狭小空间施工作业现场


质量安全保证措施


       质量保证措施  1)测控点测设时需对控制点坐标数据进行复核。静压工法通过专用镭射校准仪对静压植桩机施工钢板桩进行精确指引作业,同时为保证施工精度,须做好钢板桩精度复核工作;2)对于钢板桩,一般有材质检验和外观检验,以便对不合要求的钢板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。

        安全保证措施  1)严格按照机械设备操作规程进行操作。2)安全教育到位率100%,严格遵守施工现场的安全管理制度。3)按照施工安全措施的相关要求,施工现场严格执行各项安全操作防护措施。 

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基坑静压钢板桩止水帷幕止水效果良好


钢板桩围幕止水效果


       按照抢险方案设计要求,采用静压植桩机完成钢板桩止水帷幕施工后,抽干基坑内的积水,并进行土方开挖,发现基坑侧壁无明显渗漏,原涌水点已不再涌水,保障了基坑及周边建(构)筑物的安全,为底板的浇筑提供了干燥的施工作业环境。


钢板桩止水帷幕优势


        静压钢板桩止水帷幕结构的优势主要体现在以下几方面。

        1)集支护桩和止水帷幕于一体,综合优势明显。

        2)施工速度快,综合造价低。钢板桩可回收循环利用。

        3)钢板桩之间锁口互相咬合,密封止水效果好。

        4)静压施工无振动、无噪音,并可在狭窄空间中作业,实现绿色环保安全施工,符合国家节能环保的建筑业产业政策导向。

        5)可进行高精度、超长钢板桩桩施工。

        6)适用性广,可在各种地质条件下施工。


        静压植桩机在该工程施工中的成功应用,为我国在静压钢板桩方面积累了宝贵的理论知识和实践经验,同时也表明静压钢板桩支护止水帷幕与泥搅拌桩止水帷幕等类似的工程结构相比较,具有其独特的优势和应用前景。

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