高压射水技术在钢板桩围堰施工中的应用

赵彪 陈建利

【摘要】由于钢板桩具有施工简单，可重复利用等优点，所以在施工中被广泛应用。但是在

板砂和卵石等地质中，普通的沉桩工艺插打钢板桩却非常困难，进尺慢且对施打设备及钢板

桩损伤较大，经研究分析和实践证明，高压射水沉桩技术能够有效解决上述问题，本文以甘

德尔黄河大桥钢板桩施工为例介绍了这一技术的原理和工艺流程，为类似条件下的钢板桩施

工提供借鉴。

【关键词】高压射水技术、钢板桩围堰、施工工艺

1.工程概况

甘德尔黄河大桥工程由西引桥、主桥、东引桥三部分组成，桥梁总长5110m。其中主桥桥长为760m，孔跨布置为（80+5×120+80）m。大桥处水面宽约780m，水深3.0m。1#～6#墩位于水中，其中6#墩承台底高程为+1060.300m，最大洪水位高程为+1070.000m，施工期正常水位高程为+1068.000m。承台尺寸为13.6m×24.0m，本桥墩所处地质为板结圆砾土。

2.承台基坑开挖支护方案必选

通常承台开挖有挡有水的支护方式有钢板桩围堰、钢套箱围堰等，这两种方式各有优缺点：

2.1 钢板桩围堰

优点：钢板桩是工厂成品，强度、品质、接缝精度等质量有保证，可靠性高，而且具有

较好的耐久性，可重复周转使用。施工方便、工期短等特点也使其在具体工程中得以广泛应

用。

缺点：钢板桩接头防水效果较差，而且钢板桩刚度比地下连续墙小，易引起开挖后挠度

变形较大。钢板桩打拔振动噪声大，容易引起土体移动，引起周围地基较大沉陷。

2.2 钢套箱围堰

优点：整体性较好、刚度和强度大、止水效果好。

缺点：预制过程中，场地需求大，吊装运输工作量大，下沉过程中位置及垂直度控制困

難，施工工期较长，重复使用和回收都很困难。

2.3 方案比对选择

我们经过对以上两种承台基坑开挖支护方案优缺点比对，考虑施工工艺、地质条件、经

济效益等各方面的情况，决定采用钢板桩围堰的承台基坑开挖施工方案。由于该桥址地质为

粗圆砾土板结层，经多次试验，普通施工工艺插打钢板桩非常困难，进尺也较慢，且对插打

设备、钢板桩等损害较大，采用普通插打钢板桩施工工艺很难实现。经研究分析，决定采用

高压射水辅助插打钢板桩施工方案，以有效解决上述问题。

3. 施工方案简述

3.1 施工准备阶段

①材料准备：18m长SKSP-SX27钢板桩、φ80×5mm普通钢管、与钢管相匹配的螺纹套筒、充足的水源、C20混凝土等。

②机械设备准备：50t履带吊、DZ135振动锤、高压水泵、电焊机、抽水泵、长臂挖掘机等。

③现场准备：进场后对粗圆砾板结层防护制定相应的施工方案，并做好适用钢板桩施工

的"三通一平"现场准备工作。

④做好钢板桩插打和基坑开挖的标志，核对无误后施工。

⑤根据图纸提供的地质及主体钻孔灌注桩施工现场渣样情况，制定基础开挖和支护方案。

⑥机具进场，调试运行，检查机械的各种性能指标，确保处于良好状态。

⑦钢板桩进场后，进行检查登记。整修后钢板桩须满足下列技术要求：每组钢板桩的宽度允许偏差为±30mm；锁口内外光洁，并呈一直线；锁口在拼装处的高低偏差均不大于2mm；

锁口拼接处尽量紧密，间隙不大于3mm；全长不得有焊瘤、钢板或其他突出物，保持平滑，

两端均切割整齐，上端按钢板桩需要开圆孔；钢板桩的扭曲及弯曲符合施工技术要求。

3.2 钢板桩施工工艺

3.2.1 钢板桩施工工艺流程

施工准备→施工放样及插打定位桩→安装导向框架→插打钢板桩→抽水→钢板桩内支撑安装→钢板桩围堰封底、抽水→堵漏→承台施工→钢板桩围堰拔除。

3.2.2 施工放样及插打定位桩

插打定位桩之前，现场技术人员根据设计图纸进行测量放样，并做好标记。待设备就位，插打定位桩。

3.2.3 高压射水辅助插打钢板桩

a.高压射水系统制作。

高压水枪头制作：采用φ80×5mm普通钢管，每根钢管的长度根据钢板桩的长度确定，一

般为18m。材料准备好后，将钢管的出水端加工成扁椭圆形，进水端加工成螺纹套筒。高压水枪头制作完，将其上端焊接到钢板桩中央，下端用细钢筋捆绑后将钢筋两端焊接在钢板桩上，焊接要牢固。

b.高压射水钢管与高压水泵相连，如图1所示。

图1 射水辅助插打钢板桩示意图

c. 高压射水辅助插打钢板桩。插打钢板桩时，启动DZ135振动锤往下振动，同时启动高

压水枪射水。通过此施工工艺，能够有效缩短施工周期。为了减少插打时锁口间的摩擦和减

少钢板桩围堰的渗漏，在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏。

3.2.4 高压射水辅助插打钢板桩原理。

高压射水辅助插打钢板桩原理主要有以下两点：

a. 高压射水可以冲散板结在粗圆砾土之间的粘土，给钢板桩入土提供更大的空间。

b. 高压射水射出的水可以在钢板桩与粗圆砾土之间起到润滑作用，从而有效减小摩擦阻

力。原理可以概括为采用高压射水可以加快钢板桩周围土的液化，大大减少钢板桩入土进尺

过程中的阻力，起到润滑剂的作用，从而使得钢板桩在板结粗圆砾土地层顺利插打成为现实。

3.3 基坑开挖与内支撑安装

抽水至第一道内支撑（高程为+1069.000m）以下50cm时，安装第一道内支撑；然后抽水吸泥至第二道内支撑（高程为+1065.500m）以下50cm时，安装第二道内支撑；最后吸泥至第三道内支撑（高程为+1062.750m）以下50cm时，安装第三道内支撑。第三道内支撑安装完毕后，在围堰内回灌水至+1068.000m时进行水下吸泥与水下混凝土封底。封底混凝土采用C20混凝土，封底混凝土厚度为2.0m。

4.经济效益和社会效益分析

高压射水辅助插打钢板桩首先保证机械设备的安全，采用普通施工工艺插打钢板DZ135振动锤很容易损坏，但是采用新的施工工艺对机械设备损伤很小，仅此一项将节约资金10万元有余。其次，保证施工进度，采用普通施工工艺一天仅能插打两三片钢板桩，甚至还完成不了，但是采用新工艺30min插打一根钢板桩，因此将节约工期25d左右，工人工资按每天120元计算，将节约人工工资约2.4万元。更重要的一点是能保证施工工期，对处于控制性工程的施工工点更是如此。高压射水辅助插打钢板桩施工技术具有施工简单，易于施工人员掌握、提高施工效率、有效缩短施工周期等特点，是一种经济合理的施工方法。尤其适用于板结粗圆砾土插打钢板桩施工，在板结粗圆砾土插打钢板桩施工遇到钢板桩进尺困难、对机械设备损害大的条件下，采用高压射水辅助插打钢板桩施工，能优质高效的完成施工任务。

5.结语

内蒙古乌海甘德尔黄河大桥承台基坑开挖采用钢板桩围堰进行基坑支护，并成功运用了

高压射水辅助插打钢板桩的施工工艺。节约了施工成本，缩短了施工周期，提高了现场施工

管理水平，为今后类似基坑开挖施工积累了宝贵的施工经验。