▍摘 要
【摘要】静压植桩技术是在锤击、振动成桩不适用时而衍生，该工艺原理是静压植桩机利用自身的重力和已压入地层的几根桩的抗拔反力来克服新压入桩压入过程中的摩擦力和桩端阻力，不断利用新压入的桩作为后续桩施工的反力和桩机行走的轨道。在城区临近老旧房屋通过采用静压植桩施工技术，有效地保护了施工区域周边老旧房屋，解决了施工场地狭窄、机械振动、噪音大等问题。该工艺适用地质范围广，降低对施工周边环境的影响，工序简单，成本较低，施工精度、效率及质量较高。
【关键词】老旧房屋保护；静压植桩；施工技术
▍0 引 言
打桩机是桩基施工的传统方法，是以冲击、振动等方式将桩贯入地层，此种施工方式需要足够的施工场地，较好的地质条件，周边环境简单等。基于当前桩基的施工缺陷，日本在20世纪70年代研发了静压植桩施工技术，并在1975研发了第1台静压植桩机。静压植桩技术的研发解决了传统植桩工艺的不足，该法适用于各种地层，具有施工对周边环境扰动小、施工噪音低、设备简单、精度高等优点。
通过长期实践，日本运用静压植桩工法开发成熟的对环境友好的压入建设工法（The Press-in Method），不但为日本的都市型发展作出了贡献，同时也应用于了包括我国在内的全球三十余个国家和地区的相关工作。
近年来，由于静压植桩机特有的施工工艺优势，被更高效地运用在各种自然灾害的紧急抢险工程建设、保护海堤或河岸、利用管道钢板桩支撑结构工程建设中，静压植桩工艺也开始达到了娴熟程度，静压植桩机具也更为精炼、更加快捷、更为多样，但在当前的实际应用范围仍较小。
▍1 工程概况
目前笔者公司正进行肇庆市某城区管网改造工程施工，有部分管道位于老旧房屋旁，仅采用明挖法才能施工，所以必须先支护后开挖。钢板桩为常见沟槽开挖支护形式，传统振动、锤击施工工法，噪声大且只适用于砂质黏土、淤泥等软土地基。受地质条件限制，这些施工工法对环境和邻近建筑物影响严重。城区施工时常影响邻近建（构）筑物，施工场地狭窄，施工时又要求降低对周围环境及居民出行的影响，这些都限制振动、锤击工艺的使用。
笔者项目存在多个施工工点均涉及到附近有老旧房屋及旧桥等重要建构筑物，传统钢板桩施工震动可能会造成原有建构筑物破坏，噪音影响居民生活。
▍2 压桩施工方案比选
开挖施工钢板桩支护主要有以下几种施工方式（见表1）。
为了解决临近老旧房屋施工空间有限，减小沉桩对周边老旧房屋的影响，减少施工振动和噪音，适用于各种复杂地层，本工程采用了静压式钢板桩压入施工工艺，有效地解决上述技术难题。
▍3 静压植桩施工工艺原理
静压式钢板桩压入施工工艺原理是静压植桩机利用自身的重力和已压入地层的几根桩的抗拔反力来克服新压入桩压入过程中的摩擦力和桩端阻力，不断利用新压入的桩作为后续桩施工的反力和桩机行走的轨道，其作业过程受力情况如图1所示。静压植桩机从已完成桩上取得反力，在桩顶进行自走作业。这种以完成桩抗拔反力为基础的施工原理可以完成钢桩植入地下的所有工作，即桩的搬运→吊装→压入等作业，全部在完成桩上进行，进行流程相反的作业，完成桩的拆除作业。
图1 静压植桩施工原理
▍4 静压植桩适用的地质和工程条件
静压式钢板桩机适用地质条件广泛，掘进钻头可采用水刀并用压入、旋转切削压入等多种压桩方式，适用于坚硬地层、卵石地层、岩石地层等。
静压式钢板桩压入施工工艺适用的施工条件如下。
1）无振动、低噪音的沟槽支护施工。
2）施工场地狭窄，周边建筑物、构筑物、管线密集区域，近接施工。
3）施工方便、快速、高效，对原地层扰动小。
4）静压植桩机重量轻、机身小，自稳定性高。
5）不能阻断交通，需要无暂设工程施工时。
▍5 静压植桩施工过程控制
5.1静压植桩工艺流程
静压式钢板桩压入施工分两步：初期压入和自走压入。
5.1.1初期压入
施工初期阶段，将静压植桩机平放在桩轴线位置，在机身上放置压重块，利用桩机自身重力及配重块重量依次压入前几根桩，待完成桩具备单根桩的施工反力并能满足桩机行走需求后，静压植桩机自走前移，依次抓住完成桩。施工流程如图2、图3所示。
图3 初期压入步骤
5.1.2自走压入
初期压入完成后，开始进行自走压入的第一根桩。利用完成桩作为反力桩，将第一根桩先压入地层至一定深度，将机身固定夹松开。利用正在压入的桩使机身向前移动一根桩的距离，下降机身，用固定夹在桩上，完成构筑新的反力基础，紧接着将压入桩压入至规定的深度。重复进行将桩压入土层并且使静压植桩机向前运行的过程称为自走。其主要流程如图4、图5所示。
图5 压入工序“自走”
5.2静压植桩工艺要点
5.2.1机械配置
静压植桩机具有整机重量轻、形状小、占地少的特征，利用已经完成的桩作为行走轨道进行自走，根据动力单元及吊车是否在完成桩自走可分为两种不同的配置，如图6、图7所示。
图6 配置一（非GRB配置）
图7 配置二（GRB配置）
5.2.2压桩力计算
静压式钢板桩单桩压力计算见式（1）。
平均压桩力见式（2）。
式中：Pc为压桩力；P′c为平均压桩力；Ps为桩端压入阻力；As为桩横截面面积；Up为桩截面周长；fi为第i层的土的摩阻力值；li为第i层土的厚度。
由于施工过程中地层变化复杂、地质参数取值的平均性、施工过程中土体被挤密引起土体的内摩擦角和黏聚力发生改变，所以需要对影响系数K做相应修正。
fi值可由静力触深指标Ps值进行估算或根据地区经验选定。影响系数K值一般在1.1～1.3，主要受Ps、As值的影响，即视P′c值而定。一般情况见式（3）～（5）。
5.2.3曲线施工和转角施工
为满足曲线形桩施工需求，静压植桩机对夹头和上机身设置有旋转功能、固定夹左右移动功能，实际施工时根据曲线桩型的曲率、植入的长度选择合适的静压植桩机。
除能进行曲线形施工外，静压植桩机也能完成直角转角桩施工，植桩机可以在前进方向的垂直方向的两侧（合计4支）连续压入或者拔出两支桩。在静压植桩机原来的位置，可以压入至拐角后的第二支钢板桩（L2.R2），作为转换方向时的反力桩，与前进方向相反的一侧也可以最多压入2支。这样即使在施工区域狭窄时，也可实现转角施工，如图8所示。
图8 曲线施工和转角施工
5.2.4贯入自动控制
1）先进的科学管理系统。自动操纵系统：静压植桩机可以预先根据地层类型、桩的长度、施工周边环境等因素，设置最合适的压入拔出行程、最大压力等参数，输入既定参数后，自动操纵系统将会进行最有效率的施工作业。
压入管理系统：压入工法的原理是利用静力将桩压入地中。静压植桩机内置电脑，施工时可随时测得静压力、桩体表面摩擦力、桩端阻力、压入深度、压入时间等数据，可以根据压入桩的实际状态进行合理的调整。
2）独特全面的贯入系统。针对不同地层，采用不同的贯入系统，如单独压入、水刀并用压入、坚硬地质压入，以及旋转切削压入，具体如图9所示。
为适用各种地层及复杂的施工要求，开发了复合式静压桩机，具备单独压入、水刀并用压入、坚硬地层压入的施工功能，仅使用一台复合静压桩机就能应对各种复杂施工环境，如图10所示。
图10 复合式静压桩机
此外，还有旋转压入的工法，如图11所示。旋转式自动压入功法施工技术原理是静压植桩机利用已经旋转压入地层的桩做为新旋转压入桩的抗旋转力，桩机上增加自动旋转装置将桩旋转压入地层，桩机在完成桩顶部施工后一边自走一边旋转将桩压入地层。
图11 旋转压入工法的原理
▍6 结 语
近年来管网铺设施工项目愈发增多，在老旧城区采用支护明挖法施工管道具有造价低、施工质量高、施工速度快等优点，成为最常见的管道铺设方法之一。然而支护结构利用传统的锤击、振动施工方法已经不能完全满足扰动小、噪音小、复杂地质等因素的制约，静压植桩作为新的沉桩工艺，已经解决了传统压桩方法存在的不足，能够满足各种施工需要。本文通过对临近老旧房屋静压植桩技术的工艺原理、适用条件、施工流程等多方面分析，细致地阐述了静压植桩核心技术，可供其他同类型项目参考。
来源：《工程质量》
作者：秦毅
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