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旋入式静压植桩机首次应用于隧道支护工程

    日本株式会社技研制作所(简称:日本技研)研发的静压植桩机是一种新型的液压式压拔桩机,具有施工无振动、无噪音及成桩工艺多样性的独特技术优势。基于静压植桩机设备应用而形成的静压植桩工法在日本的应用已有40多年的历史,各型静压植桩机设备及工艺技术水平也在不断完善和提高,在各类工程施工领域中都得到了广泛的应用。静压植桩工法近年来引入中国市场,开始在作业环境复杂严苛的市政工程等工程施工领域逐步推广应用。

    旋入式静压植桩工法是日本技研开发的最先进的静压植桩施工工艺,在日本被广泛应用在防灾、救灾、旧海堤河堤加固、铁路公路边坡改造等特殊施工工况。以旋入式静压植桩工艺为基础的植入结构,为特殊工况下的土体支护工程施工提供了一个崭新的解决方案。

    近期,海口市文明东越江通道项目的隧道支护工程施工成功应用了旋入式静压植桩工法,这也是该工法在国内隧道支护工程中的首次成功应用。

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旋入式静压植桩机工作原理图

    旋入式静压植桩工法原理

    首先,简单介绍一下旋入式静压植桩工法原理。传统桩工设备采用动能原理,通过冲击、振动进行施工。而静压植桩工法采用静力原理,通过液压力将桩材压入地中。静压植桩机利用反力原理,通过夹住数根已经压入地下的桩材(完成桩)来获取反力,利用静载荷将下一根桩材压入地中。旋入式静压植桩工法是在确保常规静压植桩工法优势的前提下,增加了设备的旋转功能,进而克服各种更加苛刻的工况。

    旋入式静压植桩工法可对应不同地质状况。除传统的松软土质及卵石、抛石、岩石等坚硬地质以外,在旧海堤河堤加固改造工程中,可以直接旋转贯穿既有混凝土护岸,实现钢管桩施工。可施工钢管桩型号为钢管桩直径600~2 500 mm,钢管板桩(锁口形式)直径600~2 000 mm。

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    支护工程应用案例介绍

    工程概况 工程名称:海口市文明东越江通道项目。工程地点:海南省海口市。该工程是海南省首条过江隧道,为海南省江东新区建设的重要交通枢纽。通道全长4 380 m,其中隧道全长2 720 m,接线道路全长1 660 m。另外,项目在滨江西路设置地下互通立交匝道,匝道全长约2 274 m。该项目属于EPC项目,由上海市隧道工程轨道交通设计研究院设计,上海城建市政工程(集团)有限公司施工。上海城建市政工程(集团)有限公司承建该项目的D匝道围护构筑工程。该工程为钢管桩支护结构,施工长度为50 m,使用直径1 000 mm的钢管桩,长度为26 m和28 m两种,共计43根。钢管桩施工采用了日本技研研发的旋入式静压植桩工法,使用日本技研F401-G1200型旋入式静压植桩机。

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旋入式静压植桩机施工作业场景

    施工难点 1)钢管桩支护结构紧邻施工便道,施工车辆往来频繁。若使用传统设备进行钢管桩施工,作业占地面积大,且需要更大面积的泥浆池来满足泥浆置换需求,钢管桩施工作业时,必然要影响到施工便道的车辆通行;2)地质含砂砾层及黏土层,相对较硬。若采用传统的钢管桩施工工艺,施工效率低,每天两班施工效率大约在1.0~1.5根左右,施工工期难以得到保证;3)传统桩机设备通过置换成孔,需消耗大量的水资源,在置换过程中,也会产生大量的泥浆,必须在施工现场布设泥浆池。特别是投入多台设备同时施工时,设置整体集中泥浆池需要占用巨大的施工现场临设面积;4)钢管桩施工作业现场,重载施工车辆来往频繁,施工作业安全隐患较大,必须保障钢管桩施工设备的作业安全性,确保不发生设备倾倒施工。

    工法选用 工程承建单位从工程施工质量、效率、安全以及施工现场条件等方面综合考虑,对钢管桩支护结构的施工工法进行了方案比选,确定采用旋入式静压植桩工法进行钢管桩施工。应用该工法,具有以下几方面的显著优势:1)在施工直径1 m钢管桩时,施工占地面积小,仅仅需要设备自身宽度,可确保紧邻的施工便道的正常安全使用;2)应用旋入式静压植桩机进行钢管桩施工,静压植桩机紧紧夹住数根已经压入地面的钢管桩材,设备作业安全性高,没有倾倒的危险,保证了来往频繁施工车辆的安全,也确保了工程安全顺利的进行;3)静压植桩机与水系统联动,直接将钢管桩材贯入地面。水系统提供的水源仅仅起润滑作用,且并非置换土体,不会产生大量的泥浆,无需大型处理泥浆池,进而将对土体的扰动控制在最小;4)旋入式静压植桩工法,可对应各种地质状况。单台静压植桩机在该工程施工效率最高达到3~4根/台班,为传统桩机设备的3倍。

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旋入式静压植桩机施工钢管桩成桩效果

    效果评价 旋入式静压植桩工法在海口文明东越江通道项目中初试牛刀,不仅成桩精度高,还刷新了单班打入4根28 m长钢管桩的记录。与传统植桩机械相比,该工程所采用的旋入钢管静压植桩机能适应各种地层,具有施工场地适应性强、施工效率高、环境影响小的显著优势。该工法结合技研静压植桩机GRB系统(Giken Reaction Base System)的使用更能将无栈道水上钢管桩施工成为现实。该工程应用案例充分体现了静压植桩工法所具有的环保性、安全性、快速性、经济性和文化性的五大特点。 

    (通讯员 陈国主 王赟翔

    注:本文刊载于《市政技术》2019年第4期,第4、5页。