浅谈静压植桩施工技术

浅谈静压植桩施工技术

寇安祥

中国电建市政建设集团有限公司山东德州253000

摘要：随着科学先进技术在建筑行业中的应用，我国近些年也引进了先进施工技术来提高工作效率和减少施工难度，尤其在城市化进展加快，城市建设中对交通、安全、环保等的要求在不断提高，对工程施工的难度增大和环保要求的提升。

即引进于日本静压植桩机来降低施工难度、减少对环境的污染。静压植桩机是一种新型的液压式压拔桩机，由于其施工噪音小及成桩工艺多样性，广泛适用于各类市政工程施工。该施工充分发挥静压植桩压入原理的优越性，施工不产生振动、噪声，符合环保要求；工法作业安全性高，可确保来往车辆的安全；多台机器同时施工，无需搭设栈桥，减少施工占道空间的同时也降低了工程成本，压入工法克服坚硬地质，体现了技术创新的文化性。同时静压植桩机施工技术在解决城市施工空间狭窄和各种特殊复杂施工环境、抢险救灾、施工环保要求等方面发挥着独特的作用。

首先了解一下静压植桩机的构造及工作原理及应用：

一、静压植桩机构造：

静压植桩机的构造简单，主要由压入桩、静压植桩主机、动力单元、吊装设备。（如下图所示）

1）压入桩：压入桩桩材一般为钢板桩、钢管桩、混凝土桩等。

2）静压植桩机：是靠液压动力系统实现压拔施工作业。

3）吊装设备：是根据工作现场实际情况选择自走式吊车和轮胎式吊车。

二、静压植桩机主要工作原理

静压植桩机压入机理：压入施工时将反力桩的拔出抵抗力和静压植桩机主体的重量作为绝对反力，利用静载荷将压入桩压入地下的施工方法。反力桩的拔出抵抗力由反力桩和地基的表面摩擦抵抗、反力桩的重量以及完成桩与反力锁口间抵抗构成。绝对反力大部分是由反力桩的拔出抵抗力所产生的。

迄今为止，被基础业界称为专业操作人员是依靠经验来进行打桩作业的，但是由于受到周边环境、地基等各种因素的影响，致使压入桩的作业会持续受到很大的制约。在这种情况下要成功压入施工，不能像过去一样偏重于经验，而是要彻底地理解压入施工理论，并在实际作业中遵循此理论。

具体理论要点有以下几个方面：

1、为了与地球成为一体，反力基础必须要强、宽、深、多，从而确保足够的绝对反力，即静压桩与地球成为一体，所以可以确保获得强大的能量来完成施工作业。

2、作用于压力桩上的力的方向，需与反力桩的延伸线成交叉状态。作用于桩上的压入力不仅沿着轴向将压入桩贯入地中，而且还传递到其他部位，导致其变成妨碍压入施工作业的阻碍力，为了消除这些阻碍压入施工的负面因素，保持完成桩的垂直性，在压入施工过程中需要有意识的将作用于压入桩的力维持在一定方向，有效的利用分力作用。

3、导向区的构筑与维持

预测压入桩的桩端到达完成法线时的方向，构造导向区，并维持其状态。导向区方向预测的判断依据如下：1>桩的材质、形状、规格和长度；2>地质条件和施工条件；3>完成桩的贯入位置；4>预测压入桩的贯入方向，要保持方向的同时消除钢板桩之间的相互作用力。

4、压入力的控制

压入力尽可能越小越好，不可以施加多余的压入力于压力桩上，压力过大会产生锁扣间抵抗和表面摩擦抵抗增大、压入桩产生弯曲和扭曲、桩端脱离完成法线。

5、压入速度的控制

有效控制压入速度，发挥高速压入的作用，促进压入桩的贯入力。压入速度和效果应该根据桩的种类和地质条件及施工环境控制压入速度。

6、压入施工地质的确认

根据勘测报告分析地质状况，来确定不同的压入方法，主要方法有单独压力法、水刀并用压入、克服坚硬地质工法。

7、选择最佳高品质的桩材

8、实施压入桩的压拔作业

为了实现压入桩自身安定，防止压入桩的位移，使压入力集中于轴方向，桩端能够正确的达到完成法线，需要对压入桩实施压拔作业，以消除压入施工的摩擦阻力。

9、施工区域的推测

压入桩进入地中的角度与贯入方向需沿着导向区，将桩端和导向区的下端延伸至推测区，最后成功完成法线压入施工的要求。

三、静压植桩机工法概括

通常根据地质条件和标准贯入实验N值的不同所选用的工法也不同，如图所示：分为单独压入（0<N<25）、水刀并用压入(25<N<50)、克服坚硬地层工法(50<N)。

压入的优越性在于无振动、无噪音，不会发生倾倒，机身轻、小，在确认桩的支撑力的同时进行施工。下面将着重介绍一下克服坚硬地层工法（除芯理论-压入和螺旋钻装置联动）。

1、克服坚硬地质工法的特点：

1）实现了利用传统工法施工困难的混有卵石的砂砾层、岩石层等N值大于50的坚硬地质的压入施工。

2）由于施工系统的小型化，最适合在水上、倾斜地段等严峻条件下施工，且无需搭设栈桥和便道。

3）利用独自研发的（除芯理论）可将钻掘的范围控制在最小限度，抑制排土量，不会破坏周边地基。

4）静压植桩机为牢牢抓住完成桩的构造，所以没有倾斜的危险并且螺旋钻与桩由独自的固定装置固定，保持高度安全性。

2、静压植桩机螺旋钻设备主要有螺旋钻、螺旋钻装置、螺旋钻套管、钻杆、钻头、螺旋钻套管防护罩等。

3、钻掘原理

1）对中：通过钻头的导向钻尖确定钻孔的位置。

2）定孔：通过砖头的外侧钻尖确定钻孔的的范围。

3）切削：钻头外侧的钻尖，对钻孔的中心到周边的区域进行切削。

4）抹平：将钻头切削下来的土、石挤向钻孔外侧对孔壁进行抹平。

5）提升：被钻头切削的土石、通过螺旋钻杆叶片排出。

4、克服坚硬地质工法（螺旋钻除芯理论）相对比全套管旋挖置换沙桩打设钢板桩、钻孔置换沙桩法打设钢板桩法等其他压入方法优越性：钻孔面积小；将钢板桩架设于静压植桩内，利用螺旋钻装置在钻掘的同时将钢板桩压入工序简单能缩短工期；节省费用；不会产生噪音、振动；适合狭窄地段、倾斜地段施工；且施工精度高的特点。

四、静压植桩机在实际工程中的应用

1、2002年4月，日本静冈县静冈市交通繁忙的日本1号国道静海绕城公路，由于与其他道路交汇导致车辆行驶速度降低甚至拥堵。为此将既有静海绕城公路改建为4车道高架桥，缓解交通拥堵状况。该工程使用钢板桩用于高架桥桥墩基坑挡土墙的支护。地质条件为含有300-500mm卵石砂砾层，土质非常坚硬。

2、2011年8月在日本发生的最高9.0级地震后，距离震源较近的宫城县有279处河川堤防发生沉降和溃堤，造成一部分河岸堤防决口，多贺城市市区几乎全部受灾，该工程的目的是对受损的砂押川堤防工程结构进行应急抢修，构筑钢板桩止水墙一恢复期堤防功能。

3、2017年9月，深圳市茅洲河水环境整治管网工程中，在住宅区、学校、医院等场所附近施工时，为减少噪音危害、减少对道路占地面积引进静压植桩工程技术。

根据以上案例，钢板桩施工采用了静压植桩机技术的“克服坚硬地质压入工法”，该工法所选用的静压植桩机体积小、质量轻，适用在有限的作业空间内进行施工。施工时静压植桩机通过夹住数根已经压入地面的桩材获得反力，没有倾倒的危险，在不影响现有交通流量的前提下，确保安全施工。还可以数台机器同时进行施工可以大幅缩短工期。由于排土量少，不会扰动周边底层，所以能够迅速构筑具有强大支持力的完成桩。应用静压植桩机进行钢板桩施工，充分体现了安全性、环保性、快速性、经济性、文化性相互协调的建设原则。可见，静压植桩工程技术在应对特殊施工环境和工况有良好适应性，在提高施工速度、环境保护、工程造价等方面的综合性能及社会效益十分显著。