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旋入式静压植桩机首次应用于隧道支护工程

来自日本技研的钢管桩静压植桩工法黑科技

关于 GIKEN

日本株式会社技研制作所（简称：日本技研）研发的静压植桩机是一种新型的液压式压拔桩机，由于其施工无振动、无噪音及成桩工艺的多样性，广泛适用于各类都市特殊复杂环境的市政工程施工。基于静压植桩机设备使用而形成的静压植桩工法在日本的应用已有40多年的历史，各型静压植桩机设备及工艺技术水平也在不断完善和提高，在各类工程施工领域中都得到了广泛的应用。静压植桩工法近年来引入中国市场，开始在作业环境复杂严苛的市政工程等工程施工领域逐步推广应用。

旋入式静压植桩工法是日本技研开发的最先进的施工工艺，在日本被广泛应用在防灾、救灾、旧海堤河堤加固、铁路公路边坡改造等特殊施工工况。以旋入式静压植桩工艺为基础的植入结构，为特殊工况下的土体支护工程施工提供了一个崭新的解决方案。近期，海口市文明东越江通道项目的隧道支护工程施工成功应用了旋入式静压植桩工法，这也是该工法在国内隧道支护工程中的首次成功应用。

一

旋入式静压植桩工法简介

首先，简单介绍一下旋入式静压植桩工法原理。传统桩工设备采用动能原理，通过冲击、振动进行施工。而静压植桩工法采用静力原理，通过液压力将桩材压入地中。静压植桩机利用反力原理，通过夹住数根已经压入地下的桩材（完成桩）来获取反力，利用静载荷将下一根桩材压入地中。旋入式静压植桩工法是在确保常规静压植桩工法优势的前提下，增加了设备的旋转功能，进而克服各种更加苛刻的工况。

旋入式静压植桩工法可对应不同地质状况。除传统的松软土质及卵石、抛石、岩石等坚硬地质以外，在旧海堤河堤加固改造工程中，可以直接旋转贯穿既有混凝土护岸，实现钢管桩施工。可施工钢管桩型号为钢管桩直径600～2500mm，钢管板桩（锁口形式）直径600～2000mm。

旋入式静压植桩工法原理

二

工程概况

工程名称：海口市文明东越江通道项目。

工程地点：海南省海口市。

该工程是海南省首条过江隧道，为海南省江东新区建设的重要交通枢纽。通道全长4380m，其中隧道全长2720m，接线道路全长1660m。另外，项目在滨江西路设置地下互通立交匝道，匝道全长约2274m。该项目属于EPC项目，由上海市隧道工程轨道交通设计研究院设计，上海城建市政工程（集团）有限公司施工。上海城建市政工程（集团）有限公司承建该项目的D匝道围护构筑工程。该工程为钢管桩支护结构，施工长度为50m，使用直径1000mm的钢管桩，长度为26m、28m两种，共计43根。钢管桩施工采用了日本技研研发的旋入式静压植桩工法，使用的施工设备为日本技研F401-G1200型旋入式静压植桩机。

工程项目地理位置示意图

钢管桩旋入式静压植桩施工部位示意图

三

施工难点

1）钢管桩支护结构紧邻施工便道，施工车辆往来频繁。若使用传统设备进行钢管桩施工，作业占地面积大，且需要更大面积的泥浆池来满足泥浆置换需求，钢管桩施工作业时，必然要影响到施工便道的车辆通行；

2）地质含砂砾层及黏土层，相对较硬。若采用传统的钢管桩施工工艺，施工效率低，每天两班施工效率大约在1.0～1.5根左右，施工工期难以得到保证；

3）传统桩机设备通过置换成孔，需消耗大量的水资源，在置换过程中，也会产生大量的泥浆，必须在施工现场布设泥浆池。特别是投入多台设备同时施工时，设置整体集中泥浆池需要占用巨大的施工现场临设面积；

4）钢管桩施工作业现场，重载施工车辆来往频繁，施工作业安全隐患较大，必须保障钢管桩施工设备的作业安全性，确保不发生设备倾倒施工。

钢管桩施工现场实景图

四

工法选用

工程承建单位从工程施工质量、效率、安全以及施工现场条件等方面综合考虑，对钢管桩支护结构的施工工法进行了方案比选，确定采用钢管旋入式静压植桩工法进行钢管桩施工。应用该工法，具有以下几方面的显著优势：

1）在施工直径1m钢管桩时，施工占地面积小，仅仅需要设备自身宽度，可确保紧邻的施工便道的正常安全使用；

2）应用旋入式静压植桩机进行钢管桩施工，静压植桩机紧紧夹住数根已经压入地面的钢管桩材，设备作业安全性高，没有倾倒的危险，保证了来往频繁施工车辆的安全，也确保了工程安全顺利的进行；

3）静压植桩机与水系统联动，直接将钢管桩材贯入地面。水系统提供的水源仅仅起润滑作用，且并非置换土体，不会产生大量的泥浆，无需大型处理泥浆池，进而将对土体的扰动控制在最小；

4）旋入式静压植桩工法，可对应各种地质状况。单台静压植桩机在该工程施工效率最高达到3～4根/台班，为传统桩机设备的3倍。

作业中的旋入式静压植桩机

钢管桩成桩效果实景

五

施工流程

前三根桩植桩前，采用特制反力架对植桩机进行固定及配重，以实现设备的精准定位：

反力架安装完毕后，进行设备的拼装施工。设备压桩部分可分为上机身、下机身及夹头三大部分。

在液压油缸的辅助下，上下机身之间可以沿植桩前后方向相对移动，夹头及上机身之间能沿竖直方向相对移动。

设备调试完毕，就可以进行压桩施工了。确定桩位后，需在相应位置挖出1~2m深的沟槽，以降低桩内润滑泥浆的水位，方便植桩施工。

水刀润滑系统安装完毕后，将整根钢管桩一次性吊装就位。

植桩过程中，设备可根据地层情况进行桩身的自动压入，大大提高了植桩效率。自动植桩时，现场只需根据桩身垂直度调整桩身姿态，其余工作均由设备自动完成。

使用两台经纬仪，从两个相互垂直的方向对钢管桩的就位垂直度进行实时监测，并反馈给机器操作人员。这样一来，我们就保证了成桩垂直度可控。

垂直度监测一直持续到钢管桩下沉到足够深度为止。钢管桩入土至足够深度后，浅部的导洞将起到导向作用，引导后续桩身精确沉入。

与此同时，采用激光定位装置对桩底钢管桩偏心度、椭圆度进行监测，以保证成桩位置的精确。

六

评价效果

旋入式静压植桩工法在海口文明东越江通道项目中初试牛刀，不仅成桩精度高，还刷新了单班打入4根28m长钢管桩的记录。与传统植桩机械相比，该工程所采用的旋入钢管静压植桩机能适应各种地层，具有施工场地适应性强、施工效率高、环境影响小的显著优势。该工法结合技研静压植桩机GRB系统（Giken Reaction Base System）的使用更能将无栈道水上钢管桩施工成为现实。该工程应用案例充分体现了静压植桩工法所具有的环保型、安全性、快速性、经济性和文化性的五大特点。

文章来源：《市政技术》

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编辑整理：项敏

扩展阅读：

静压植入工法介绍（钢板桩）
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从20世纪60年代开始，随着日本经济进入高速发展期，各类基础设施工程建设中桩基工程施工所带来的的振动和噪音等建设公害问题引起了社会各界的高度关注。为此，日本政府相继颁布了公害防治基本法(1967年)、噪音管制法(1968年)以及振动管制法(1976年)。为有效解决桩基工程施工所造成的振动和噪音等建设公害问题，日本技研制作所于1975年成功研制开发出了无振动、无噪音的液压式压拔桩机，即静压植桩机。目前，日本技研制作所研发生产的静压植桩机已形成了系列化产品，可适用各种不同的地质和环境工况条件，在日本及世界各国得到了广泛应用。

日本技研静压植桩机施工技术近年来已引入我国，在解决各种特殊复杂施工环境下桩基工程施工及施工环保问题方面发挥了独特的作用，产生了良好的社会效益。