卵石覆盖基岩地质条件下钢板桩围堰引孔施工技术分析

王小强，海大鹏，田为，暨仕瑀，吕政

（中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000；重庆交通大学，重庆 400000）

0 前言

在水中深基坑的施工中，钢板桩围堰因其使用范围广泛、使用效果好、可重复利用等特点而被广泛应用。然而普通的钢板桩围堰的施工具有一定的局限性，目前钢板桩围堰结构一般适用于砂类土、半干性粘土、较软的全风化岩层。对于较硬的弱、中风化岩层及大粒径卵石层地层，如直接插打钢板桩，会造成钢板桩因地质较硬无法插打进入且钢板桩变形较大，进而影响围堰止水效果[1]。除此之外，对于卵石覆盖基岩的地层，钢板桩要打入基岩，面临着难以打入、无法实施的困难。因此钢板桩围堰引孔技术的提出成为了突破这一问题的关键。本文以一实际工程为例，详细介绍钢板桩围堰引孔施工流程，及其与其他施工方法的对比及特点。

1 工程概况

致江路岷江大桥位于新建致江路之上，上跨岷江，起点连接嘉定北路方向，终点接S305方向。桥梁起点里程K0+297.480，终点里程 K0+978.060，桥梁全长680.58m。主桥左右分修，单幅桥梁下部结构包含一个中主墩（11号墩），两个边主墩（10号、12号墩），均位于水中。10号墩承台厚 4.5m，横向宽19.4m，纵向宽度12.6m，基础为11×φ 2.2m三排钻孔灌注桩。

主桥桥墩位于岷江河内，桥墩所处位置地基土上部局部分布为第四系全新统冲洪积细砂等，向下为第四系全新统冲洪积卵石层，下伏白垩系下统夹关组砂岩，无断层和裂隙密集带通过，无下卧软弱夹层。经地质勘察资料表明：10#墩承台处河床标高为353.3m,下卧卵石层厚约 2.5-3.0m,基岩标高为 350.8m。钢板桩需插打入岩层，岩层为中风化和微风化砂岩，强度高。基岩裂隙水，下伏基岩风化带裂隙中存在少量基岩裂隙水，其透水性、富水性差。

主桥10#墩钢板桩围堰平面尺寸为45.9×17.1m，基坑开挖深度8.634m，钢板桩长12m；钢板桩围堰设计图如下图所示。

10#墩钢板桩围堰平面布置图

2 钢板桩旋挖引孔技术介绍

下面以该工程为例，详细介绍钢板桩旋挖引孔技术。

2.1 填土筑岛施工

筑岛填料为碎石土。水下部分施工采用倾填法，一次性填出水面，采用振动压路机在进行振动碾压，以消除一部分的沉降量，然后分层填筑至设计标高。

2.2 卵石换填

当第一次筑岛超过现状水面标高1m后，进行卵石换填施工，用挖机对围堰根部5m宽度范围内挖取卵石。开挖前先根据围堰图纸放出开挖边线，边线确定后，将范围内采用挖掘机配合自卸汽车从高至低逐步往下开挖，开挖后的边坡，做到顺直、无滑坡。开挖时从上游便道处开始向下游挖除施工，一次性开挖至基岩标高，边挖边向下游填筑平台。挖出的卵石随自卸车运出承台范围外。挖除卵石后用碎石土进行换填。换填完成后再进行第二次筑岛施工，将平台填筑至预定标高。

2.3 旋挖钻引孔

平台填筑完成后采用旋挖钻成槽，桩与桩之间相互咬合排列，桩径250㎝，相互咬合长度125㎝。施工顺序：先施工A序桩，再施工B序桩，需切割A序桩部分而形成咬合结构。由于施工筑岛平台土质较软，且浸水，易踏孔，为保证施工工期及质量，旋挖成孔时，先下长7.5m，直径 3.1m 的大护筒进行土体支护，小护筒直径2.7m随旋挖取土深度持续跟进到岩层顶部。桩的施工要严格按照单桩施工工艺流程作业，确保垂直精度满足钢板桩施工要求。

2.4 黏土回填

连续成孔5-10根后，采用外运的优质黏土逐段进行成型孔进行回填，黏土各项性能指标符合土力学规范要求，分1-2m一层进行回填，并采用长臂挖机进行辅助夯实，回填时，确保不触碰孔顶周边松散土体，严禁混入不合格土体。

2.5 插打钢板桩

钢板桩施工必须遵守常规的“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的控制原则，从上游开始由两侧向下游处合龙。钢板桩围堰的插打采用90t振动锤进行插打施工。正式插打施工时，先对插打位置进行放样定位，钢板桩插打施工时，根据放样位置逐一进行插打施工，确保插打位置准确，深度满足要求。当钢板桩插打施工仅剩最后几根合拢时，需先插后打，并对钢板桩位置进行调整及矫正，确保围堰顺利合拢。

2.6 围堰内开挖、支护

基坑竖向分层开挖，并遵循先支撑、后开挖的原则，圈梁及内支撑安装与基坑施工紧密结合。

3 旋挖引孔法与现有方法的特点与对比

针对卵石覆盖基岩的地层除上节中讲到的采用钢板桩旋挖引孔方法外，人们在工程实践中提出了几种不同的解决方法。现有的方法分别有采用专用带锯齿钢板桩加高压水枪法：逆作式围堰开挖换填法；采用冲击钻引孔换填法。

3.1 旋挖引孔方法

施工方法：采用旋挖引孔法的施工过程上节已经介绍，这里不再赘述。

特点：

①该方法适用范围广泛，引孔工艺可以使钢板桩围堰也能在卵石和硬质基岩上插打，由于采用了先筑岛再开挖的工艺，使得该方法可以运用于深水急流的水域，受到水深、流速方面的限制较少；

②该方法施工难度不大，得益于开挖前修筑了施工便道与人工岛施工平台，使得一些大型施工器械可以入场，大大提高了施工的效率，减小了施工的难度；

③该方法由于引孔开挖后及时回填高质量黏土，使得钢板桩围堰的防水性能加强，另外回填的黏土也可使钢板桩插打顺利，不会产生对钢板桩的损坏；

④采用旋挖的工艺有效地避免了对周围土体的扰动，也减少了施工的噪音。

3.2 带锯齿钢板桩加高压水枪方法

施工方法：采取对钢板桩桩头进行处理和高压水枪进行引孔。高压水枪采用专用钢板桩内焊接2根钢管，一根气管一根水管，分别通过压缩空气和高压水进行引孔。利用压缩空气和高压水同时汇入形成急速冲切力，达到将卵石冲散的目的，以便于钢板桩打入[2-3]。

特点：

①该方法施工较为方便，引孔开挖与钢板桩的插打在同一步骤完成，节省了施工时间；

②使用高压水枪与带锯齿钢板桩结合在处理小粒径碎石、卵石时效果显著，能够有效地节省费用；

各施工方法对比

③该方法开挖时对地层扰动较小，但如果遭遇较大孤石或全风化以下基岩则无能为力；

④由于该方法施工需要特殊的设备，故可能存在无法借到合适的设备的情况。

3.3 逆作式围堰开挖换填法

施工方法：利用旱季河水流量、流速小的有利时机，填土筑岛，利用长臂挖掘机在钢板桩四周一定范围内挖槽将水下卵石挖除并换填黏土。最后打入钢板桩[4]。

特点：

①该方法施工简单，成本低廉，无需引孔的施工，且施工完成后止水效果较为不错；

②该方法如果在开挖时遇到较大的水流，可能会将人工岛形成的土围堰冲毁。因此该方法只适用于水流流速较小的水域，在水流较急的水域难以应用。

3.4 冲击钻引孔法

施工方法：冲击钻引孔,即在拉森钢板桩施工前在桩位原位进行冲击钻孔施工孔至设计标高,引孔的孔径根据围堰的尺寸及拉森钢板桩的型号确定（引孔的直径过大不利于后续回填止水,过小影响拉森钢板桩的施工）。

冲击钻引孔施工主要流程：人工筑岛→测量放点→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→检查成孔质量→回填黏土→拔出护筒→检查质量[5]。

特点：

①冲击钻具有很好的钻孔性能，对较硬的地层都可以有效地进行钻孔作业，适用于硬度较高的岩层、风化的岩层以及各种硬脆的地质环境中；

②冲击钻对于施工技术有一定要求，在引孔施工中，冲击钻容易塌孔，孔位重叠部分冲击钻成孔困难（一边软一边硬，容易偏孔）；

③该方法开挖时对地层扰动较大，且施工时有较大的噪音，对于在城市内施工的工程来说较为不利。如遇坚固基岩层，则成孔时间可能较长，拖慢施工进度。

3.5 各方法对比

根据以上的总结，结合查阅国内相似条件下的施工方案，可以分别从适用性、经济性、便易性、施工安全性、结构开挖后稳定性这5个方面进行对比。

4 结语

在卵石覆盖基岩地质条件下，采用旋挖引孔的方法可以有效地解决钢板桩插打困难，难以深入基岩的问题。与目前其他方法相比，具有适用性好，不惧急流冲刷，安全性好，成本较低，止水效果好等优势，具有较好的研究价值和推广价值。