高压水刀引孔技术的施工应用

2019-03-14李长春卢小凤曹廷廷曹守强

安徽建筑 2019年4期

李长春，卢小凤，曹廷廷，曹守强

（安徽省路港工程有限责任公司，安徽合肥 230011）

0 前言

根据以往施工经验施工钢管桩，依靠振动锤并利用汽车吊配合将钢管桩振动入土。当遇钢管桩桩身较长、桩径较大、地质较硬等情况时，经常遇到因受到土的摩擦力较大而使钢管桩难以打入或者打入深度不够的技术难题。此种情况虽可采用较大型振动锤配合较大型汽车吊进行施工，但钢管桩施工多为靠近岸边或者直接在水中施工，故受地域因素影响较大。

钢管桩打设施工难度大的主要问题在于钢管桩与土体间的摩擦力不断增大，使得钢管桩打设施工越打越难。解决这一难题的关键就在于减少钢管桩与土体间的摩擦力，钢管桩高压水刀引孔法就能实现这一要求。钢管桩高压水刀引孔施工技术简单方便，当钢管桩打设施工受阻时，只需先用水刀法引孔，即可使钢管桩打设施工继续进行，无需增加或者更换任何机械设备。此工艺不仅提高了施工进度，降低施工难度，且对周边构筑物及其他设施的安全无任何影响，安全环保，施工过程中对临近施工点无影响，施工手续简单,节约成本。

1 技术特点

1.1 水刀制作简单

水刀制作只需1根钢管桩作为水刀喷射系统的固定柱，2台高压水泵、数根水流传输管及数个喷嘴作为水刀喷射系统，由固定柱及喷射系统共同组成高压水刀。

1.2 施工过程简单

水刀施工时可进行任意曲线的切割和打孔，灵活方便；无需大量劳动力，配备1台汽车吊、1台振动锤及10人左右即可完成工序作业。

1.3 适应能力强

该工法水刀施工时可通过高压水泵的压力来控制水枪的切割力度，无需加装其他辅助设备。针对不同的地质土层适应范围广，适应能力强。

1.4 施工质量易控

施工中由汽车吊起吊后，利用水刀结构自身的重量，即可达到引孔的垂直度要求。水刀喷嘴处的高压水集中、均匀，引孔后的孔径容易控制。

2 工艺原理及结构组成

当钢管桩因为地质、自身长度、自身直径等原因造成桩体与土体摩擦力变大而打设不下去时，利用高压水枪与钢管桩结合在一起，一起打入地下，利用高压水切割土体，从而冲散地质层，使得钢管桩与土体间摩擦力减小。高压水刀形成的关键在于高压泵，从油泵出来的低压油推动增压器的大活塞，使其往复运动。大活塞的运动方向由换向阀自动控制，由水泵打出低压水，进入增压器的低压水被小活塞增压后，压力升高。由于高压水是经过增压器不断往复压缩后产生的，而增压器的活塞又需要换向，因而从喷嘴所发出的水射流压力是脉动的，高压推送水的急速射出，进而可以形成水刀。由形成的水刀冲散地质层，达到扩孔、引孔的效果。

3 结构组成

钢管桩高压水刀由钢管桩固定柱及水刀喷射系统组成。①固定柱结构：在钢管桩主体四周焊接无缝钢管7根，其中1根在底部插入至柱体内侧中心位置；顶部高度距钢管桩顶部约1m，距底部约20cm，并在每根无缝钢管的底部连接喷头；喷头与钢管的连接可采用焊接式或者螺丝旋扣式；固定柱长度与施工钢管桩相同。②输水系统结构：两台高压水泵，将水流加压通过钢丝橡胶管连接到钢管桩水刀装置，通过无缝钢管向下输送水流，经喷头喷出；启动高压水泵，水压值达到0.8MPa。其中6个无缝钢管连接水刀上方储水装置，另外一个插入至柱体内侧的无缝钢管直接与一台高压水泵连接。

4 工艺流程

场地平整→测量放样→打桩机就位→搭设导向架→钢管桩运至现场→桩身检查→高压水泵、无缝钢管、橡胶管、喷嘴等材料准备→制作水刀→水刀测试→机械就位→起吊水刀→开启高压泵、打设水刀→引孔后起吊钢管桩就位→钢管桩锁扣清理→桩身垂直度校正→震动沉桩至设计高程→异形桩纠位。

5 操作要点

5.1 进场材料的检验

检查包括钢管桩表面缺陷、长度、直径、壁厚、平整度以及锁口形状、有无杂物等内容。

5.2 导向架打设

根据已经批复的控制点和水准点，对照设计图纸，放样出钢管桩施工的轴线，以此为依据定出钢管桩施工导向架轴线，并打设、安装导向架。

5.3 水刀的通水试验

水刀制作完成后，必须进行水刀的通水试验。通过试验判断输水装置是否密闭、畅通，高压水泵是否能达到所需水压，喷嘴处的喷水方向是否合理等。

5.4 自检、监控

施工中严格控制桩身的垂直度及入土深度，安排专人负责高压水泵的启停及压力值监控，出现异样情况，立即停止施工。待异样情况产生的原因找到并解决后，方可继续进行施工。

6 施工方法

水刀法施工时，在土体上与已入土的钢管桩锁扣对应的位置进行引孔；施工中，首先利用汽车吊将钢管桩水刀系统吊至指定位置，利用已入土的钢管桩作为定位，将水刀与其相扣，下落至地面50cm左右，启动水刀装置，利用高压水流切割该位置土壤并随水流翻出。在钢管桩水刀下沉过程中，因钢管桩与钢管桩之间的锁扣连接存在较大的摩擦阻力；在钢管桩水刀不能利用自重下沉时，利用高频振动锤夹住水刀顶端预留位置，向下振打水刀。待钢管桩下沉至设计高程时，将水刀系统与已入土完成的钢管桩分离，起吊钢管桩水刀系统并放置指定位置，完成此次钢管桩引孔作业。

最后将要施打的钢管桩经汽车吊吊起放置于已完成引孔的钢管桩孔中，配合高频振动打桩机，将此根钢管桩下沉至指定高程，从而完成此次钢管桩施打。