CN116695684A - 一种钢板桩及钢板桩支护次生病害防治施工方法 - Google Patents

Abstract

一种钢板桩及钢板桩支护次生病害防治施工方法，涉及采用钢板桩进行支护的深基坑施工领域，该钢板桩包括主体钢板以及设置在主体钢板内侧面的注砂管和注水管，注砂管和注水管均沿主体钢板的长度方向设置，主体钢板的内侧面并位于其下部设置有混合室，注砂管和注水管的下端均与混合室连通，混合室具有供水、砂混合后排出的出料口以及能够控制出料口打开或关闭的止逆组件。本发明可有效抑制拔桩后引起的地面沉降和位移现象，保证基坑周围的建(构)筑物、地下管线和其他市政设施的安全和正常使用，尤其能够解决较差地质条件下深沟槽开挖采用钢板桩支护引起的较大变形和不均匀沉降等次生病害。

Description

一种钢板桩及钢板桩支护次生病害防治施工方法

技术领域

本发明涉及采用钢板桩进行支护的深基坑施工领域，具体的说是一种钢板桩及钢板桩支护次生病害防治施工方法。

背景技术

钢板桩作为一种基坑支护结构，因其可回收利用、环境污染小、施工效率高等特点而被广泛地应用到城市建设工程中。

在实际应用中的基坑回填后，则需拔除板桩，以便重复使用。目前拔桩后的土孔回填材料主要采用回灌砂子，当管道所处位置地质情况较差时，也可采用注入水泥砂浆。

目前普遍存在由于钢拔桩的振动影响，以及钢拔桩带土过多引起地面沉降和位移，给周围结构和道路带来很大危害，并影响临近原有建筑物、构筑物或地下管线的安全。根据设计方案钢板桩拔除后留下的土孔采用灌砂处理，但往往因较差的地层因钢板桩的振动导致土孔已经堵塞或者坍塌，沙子根本无法回灌。周边道路在车辆荷载及振动下向沟槽滑移，造成路面沉降开裂。因此如何防治或降低钢板桩施工造成的病害是亟需解决的问题。

现有技术中，申请号为202210488499.X的中国发明专利，公开了一种可拆卸、拔桩过程可同步注浆的钢板桩及其使用方法，其包括主体钢板，主体钢板侧面焊接有用于注浆的注浆通道，在使用时，将注浆管沿注浆通道通至桩尖位置，启动拔桩设备，上拔一定高度后启动注浆泵，在浆体冲击作用下下盖板打开，主体钢板上升的同时能够及时填补拔桩产生的孔洞。

但是，由于拔桩过程产生的振动会造成拔桩后的孔洞被泥土填充，尤其是在淤泥质土的工况环境下，淤泥质土受到振动后液化流动，进而填充至钢板桩拔出后的孔洞内，孔洞内灌注的砂浆在初期没有强度，会发生流动，因此砂浆会受到下部液化后淤泥质土的挤压而上返，孔洞不易被填充密实；并且，在现有技术的这种注浆方法中，需要将浆料提前混合完成，并对混合好的浆料持续搅拌以防止其提前凝固，连续拔桩的过程持续时间较长，耗能较多，并且还会出现配置的浆料量与拔桩时的需求量不匹配，造成浆料浪费，或停工等待再次配料而影响生产效率。

发明内容

本发明旨在提供一种钢板桩及钢板桩支护次生病害防治施工方法，以解决如何防治或降低钢板桩施工造成病害的问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种钢板桩，包括主体钢板以及设置在主体钢板内侧面的注砂管和注水管，注砂管和注水管均沿主体钢板的长度方向设置，主体钢板的内侧面并位于其下部设置有混合室，注砂管和注水管的下端均与混合室连通，混合室具有供水、砂混合后排出的出料口以及能够控制出料口打开或关闭的止逆组件。

作为上述技术方案的进一步优化，止逆组件包括挡板和能够控制挡板打开或关闭出料口的控制单元。

作为上述技术方案的进一步优化，挡板的上端转动连接在混合室的侧壁并位于出料口上方，控制单元包括转轴和设置在转轴上的档杆，转轴和档杆之间连接有扭簧，档杆在扭簧的扭力作用下能够将挡板封堵在出料口，且混合室内物料外排的冲击力能够克服扭簧的扭力并推动挡板外移，以打开出料口。

作为上述技术方案的进一步优化，挡板的下端转动连接在混合室的侧壁并位于出料口下方，控制单元为连接在挡板内侧的拉绳，拉绳的末端由注砂管或注水管伸出后固定在主体钢板上。

作为上述技术方案的进一步优化，混合室为上大下小的楔形。

作为上述技术方案的进一步优化，注砂管和注水管呈V形分布。

作为上述技术方案的进一步优化，注砂管的进砂口和注水管的进水口均低于主体钢板的上边沿。

作为上述技术方案的进一步优化，主体钢板的横截面为梯形，包括主钢板和相对设置在主钢板两侧的侧钢板，注砂管和注水管均设置在主钢板上。

一种基于上述钢板桩的钢板桩支护次生病害防治施工方法，包括以下步骤，

S1:将钢板桩的注砂管和注水管分别连接干式喷砂机和上水泵；

S2:先向上提升钢板桩，再启动干式喷砂机和上水泵，砂、水进入混合室进行混和，混合后的砂水混合物经振动液化从而经下方的出料口喷出，并填充在拔出钢板桩后的孔洞内；

S3:对钢板桩拔出后的孔洞顶部采用砂土压实。

作为上述技术方案的进一步优化，步骤S2中，通过振动打桩机向上提升钢板桩20～40cm后，先打开干式喷砂机向注砂管内送风，保持风压0.1-0.2MPa并向注砂管内送砂，再按照水压比风压高0.1MPa，水砂比0.8:1进行喷射。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明可有效抑制拔桩后引起的地面沉降和位移现象，保证基坑周围的建(构)筑物、地下管线和其他市政设施的安全和正常使用，尤其能够解决较差地质条件下深沟槽开挖采用钢板桩支护引起的较大变形和不均匀沉降等次生病害。

本发明的施工方法主要是在拔桩过程中采取强冲砂措施实现病害防治，采用在钢板桩上增加注砂管和注水管，在正常拔桩的过程中，将砂料和水分别通过钢板桩上的注砂管和水管同时注入，借助振动打桩机拔桩时产生的强振动，结合砂石振动液化的原理，利用水震法和振冲法相结合，将水和砂混合后在打桩机拔桩产生的强振动作用下达到密实效果，从而保证拔桩后孔洞的密实，有效抑制侧向土压力的的释放，针对性解决拔桩后的孔洞引起沉降开裂问题。

本发明中填充拔桩后孔洞的的原材料主要为分开存放的砂子和水，相较于加工后的砂浆在成本及现场存放上占据优势，砂子和水在使用过程中按需配比，也避免了砂浆配置量没有恰好满足施工需求而造成的资源浪费或影响拔桩作业的进度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为控制单元为转轴和档杆时，挡板封堵出料口时的结构示意图；

图3为控制单元为转轴和档杆时，出料口打开时的结构示意图；

图4为控制单元为拉绳时，挡板封堵出料口时的结构示意图；

图5为控制单元为拉绳时，出料口打开时的结构示意图；

图6为注水管和注砂管低于主体钢板上边沿的结构示意图；

图7为混合室为竖向管道时的结构示意图；

图8为钢板桩在使用状态的结构示意图；

附图标记：1、主体钢板，101、主钢板，102、侧钢板，2、注水管，3、注砂管，4、混合室，5、止逆组件，501、转动件，502、挡板，503、档杆，504、转轴，505、护板，507、拉绳，6、出料口，7、干式喷砂机，8、上水泵，9、振动打桩机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。

如图1、图6所示，本发明公开了一种钢板桩，包括主体钢板1以及设置在主体钢板1内侧面的注砂管3和注水管2。

主体钢板1的整体为长条形，横截面为梯形，包括主钢板101和相对设置在主钢板101两侧的侧钢板102。

注砂管3和注水管2均设置在主体钢板1的凹槽内，并固定在主钢板101上。注砂管3和注水管2沿主体钢板1的长度方向自上而下延伸，注砂管3和注水管2的下端均与混合室4连通，混合室4具有供水、砂混合后排出的出料口6以及能够控制出料口6打开或关闭的止逆组件5。

注砂管3和注水管2呈V形分布。注砂管3和注水管2的下端交汇于混合室4顶部的进料口，注砂管3内的砂料和注水管2内的水能够在进料口处碰撞混合，以提高水、砂的混合效果。

混合室4的外形轮廓为上大下小的楔形。混合室4相背于主钢板101的一面为斜面，斜面上开设出料口6，从进料口到出料口6形成弧形的流道。水、砂共同经进料口流入流道内，再从出料口6排出。

此外，如图7所示，混合室4也可以设置为在注砂管3和注水管2下端的竖向管道，注砂管3和注水管2均交汇在竖向管道的进料口，竖向管道的下端设置有出料口，出料口处设置止逆组件5。

止逆组件5包括挡板502和能够控制挡板502打开或关闭出料口6的控制单元。

如图2、图3所示，挡板502的上端转动连接在混合室4的侧壁并位于出料口6上方，具体的，挡板502的上端通过转动件501转动连接在混合室4的侧壁外侧，该侧壁形成混合室4相背于主钢板101的斜面。转动件501为转轴、铰链或合页，以使挡板502能够绕转动件501转动，打开或封堵出料口6即可。本实施例中挡板502与混合室4之间通过合页连接，合页的具体安装方式为现有技术，在此不再赘述。

控制单元包括转轴504和设置在转轴504上的档杆503，转轴504和档杆503之间连接有扭簧(图中未示出)，档杆503在扭簧的扭力作用下能够将挡板502封堵在出料口6，且混合室4内物料外排的冲击力能够克服扭簧的扭力并推动挡板502外移，以打开出料口6。具体的，混合室侧壁上设置有安装座，档杆503的下端开设有通孔，且转轴504穿过档杆的通孔支撑在安装座上，转轴504上套设有扭簧，扭簧的一端固定在档杆503上，另一端固定在混合室4的侧壁。在打桩过程中，扭簧的扭力带动档杆503上端压紧在挡板502上，通过挡板502将出料口6封堵，避免泥土从出料口6进入混合室4内造成混合室4、注砂管3或注水管2堵塞，在拔桩过程中，通过向注砂管3和注水管2通入相应的物料，物料外排的冲击力克服扭簧的扭力打开出料口6，以将物料填充至拔桩产生的孔洞内。

混合室4的侧壁上还是设有护板505，护板505位于转轴504的下方，护板505可以在打桩的过程中对转轴504和其上的扭簧、档杆503进行保护，减少土层对扭簧和转轴504的冲击。在使用过程中也可以将扭簧的一端固定在档杆503上，另一端固定在护板505上。

作为止逆组件5的另一种设置方式，如图4、图5所示，挡板502的下端转动连接在混合室4的侧壁并位于出料口6下方，控制单元为连接在挡板502内侧的拉绳507。具体的，挡板502的下端通过转动件501连接在混合室4的侧壁，转动件501为合页，可以理解的是，转动件501也可以为转轴或铰链。挡板502朝向出料口6的一侧为其内侧，在挡板502的内侧固定有拉绳507，拉绳507为钢丝绳。拉绳507的另一端从混合室4伸出后由注砂管3或注水管2伸出，并固定在主体钢板1上。主体钢板1的凹槽内设置有用于固定拉绳507的固定柱(图中未示出)，固定柱靠近注砂管3和注水管2的上端设置，以避免固定柱在打桩过程中进入土层内。

通过拉紧拉绳507可以使挡板502封堵出料口6，在拔桩时，松开拉绳507，混合室4内的物料冲击挡板502以打开出料口6，从而将物料填充在拔桩产生的孔洞内。

拉绳507的长度大于主体钢板1的长度，以使松开拉绳507后，拉绳507远离挡板502的一端依然能够绑定在固定柱上，避免拉绳507落入注砂管3或注水管2对后期的重复利用造成不便。

如图6所示，注砂管3的进砂口和注水管2的进水口均低于主体钢板1的上边沿。可以便于钢板打桩机的夹具夹持钢板桩。

本发明还公开了一种钢板桩支护次生病害防治施工方法，包括以下步骤，

S1:将钢板桩的注砂管3和注水管2分别连接干式喷砂机7和上水泵8；如图8所示为钢板桩连接干式喷砂机7和上水泵8后的示意图。

S2:先向上提升钢板桩，再启动干式喷砂机7和上水泵8，砂、水进入混合室4进行混和，混合后的砂水混合物经振动液化从而经下方的出料口6喷出，并填充在拔出钢板桩后的孔洞内；

通过振动打桩机9向上提升钢板桩20～40cm，先打开干式喷砂机7向注砂管3内送风，保持风压0.1-0.2MPa并向注砂管3内送砂，再按照水压比风压高0.1MPa，水砂比0.8:1进行喷射；根据土工试验，选定砂的堆积密度在1.36～1.60g/cm³范围，孔隙率在42％～47％之间，注水量应保证注入干砂处于饱和状态，确定水砂比(体积比)为0.8:1。

拔桩速度根据不同施工场地进行试验确定，一般控制在2cm/s～1.5cm/s，在此速度下能够确保砂和水能及时填充拔桩后的空隙，同时充分利用拔桩的震动效果使砂密实。

S3:对钢板桩拔出后的孔洞顶部采用砂土压实。

本发明以珠海前山河综合整治二期工程为工程实例，通过对华宇路污水管道的钢板桩进行施工研究，钢板桩支护次生灾害防治施工技术可有效减少钢板桩拔桩后对周边地层的影响，减少对现有路面的破坏，施工完成后钢板桩拔除的空隙回填密实，大大降低了路面沉降的风险，施工效益显著，通过工程实践证明，该技术具有可操作性、实用性。

具体施工过程如下：

施工工艺流程包括：施工准备→测量放线→施打灌砂型钢板桩→沟槽开挖、管道安装→沟槽回填施工→边灌砂边震动拔桩→施工完成。

施工准备：

(1)施工前对作业人员进行安全技术交底，明确作业程序、作业分工、作业中可能存在的危险因素及采取的防护措施等。

(2)在施工前对施工范围内的管线采用人工挖探槽和探底雷达结合的方式进行探测，查明施工区域内地下管线的埋设情况。

(3)根据土孔的体积适量储备回填粗砂，确保喷射机运行正常。

(4)在作业部位张贴危险告知牌，警示作业人员存在的危害因素，警告周围无关人员远离危险作业部位。

(5)确定喷射水砂比

首先根据土工试验，确定砂的堆积密度在1.36～1.60g/cm³范围，孔隙率在42％～47％之间。注水量应保证注入干砂处于饱和状态，确定水砂比(体积比)为0.8:1。

(6)正式施工前应进行试喷试验，确定拔桩速度，确保砂和水能及时填充拔桩后的空隙，同时充分利用拔桩的震动效果使砂密实。

测量放线：

(1)首先核定永久性控制点，建立坐标控制网，精度应符合要求。

(2)严格按施工图及井位坐标先定出沟槽轴线，再根据图纸设计要求放出基槽的开挖线。

(3)施工中管沟纵断面的高程控制，采用基底设置高程控制桩，控制桩间距为10m，在桩上部标注高程。

施打灌砂型钢板桩

(1)采用本发明的钢板桩，注砂管3和注水管2分别为φ4cm的钢管，出料口6的直径为5cm。在钢板桩上部，注砂管3和注水管2略低于主体钢板1上沿以便于钢板桩机夹具夹桩。两钢管呈V形布置，在钢板桩的底部两根管交叉在一起通入楔形槽内，楔形槽和钢板桩的下沿齐平。

(2)钢板桩打拔采用振动打桩机9施打。打桩前对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的普通板桩，并确保注砂管入口和注水管入口是否通畅，不合格的钢板桩待修整后方可使用。在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。

(3)钢板桩施打采用屏风式逐根打入法施工。屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸，打入精度高，易于实现封闭合拢。施工时，将10～20根钢板桩成排***导架内，使它呈屏风状，然后再施打。通常将屏风墙两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度，并严格控制垂直度，用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。

沟槽开挖

(1)沟槽开挖采用后退法开挖，分台阶进行，在开挖过程中遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的施工原则。开挖时由一台反铲挖掘机进行开挖，开挖时力求做到随挖随运，开挖过程中应与支撑相互配合，挖掘机挖土后必须及时支撑，防止槽壁失稳而导致沟槽坍塌。

(2)挖掘机以及自卸汽车由专人指挥至指定地点就位施工，装土过程中，自卸汽车、挖掘机工作半径范围内严禁人员靠近。安排专人加强对自卸汽车的监管力度，严格把控，坚决杜绝自卸汽车超高、超载装运。

(3)管道安装采用人工配合吊车将管道吊至管沟内。吊装时，钢丝绳与铸铁管接触处用废旧橡胶垫隔以保护铸铁管和防腐层。管道安装采用自下游向上游进行下管，并控制管道的中线和高程。管道安装将插口顺水流方向，承口逆水流方向，由低点向高点依次安装，管道安装采用人工调整。

沟槽回填施工

(1)管道在密闭性试验合格后，沟槽应及时进行回填，回填料采用石屑，回填分层夯实。

(2)回填前应先将基底的建筑垃圾、积水、淤泥和杂物清理干净。管道基础顶至管顶0.5m范围内必须采用人工回填、夯实。管道两侧回填同时进行，两侧高差不得超过0.3m，并要注意管道腋角部位的夯实质量。

(3)管顶500mm以上部位回填时可采用机械从管道轴线两侧同时回填、夯实或碾压。

边灌砂边振动拔桩

(1)喷射砂料选用粗砂，砂料在运输、存放过程中应防止雨淋，保证砂料的干燥。装入喷射机前应过筛，防治大石块等杂物混入堵塞喷管。

(2)拔桩开始提升30cm后开始启动喷射砂料和注水。喷射开始时，应先送风，后开机注砂给料，保持风压0.1-0.2MPa,水压应比风压高0.1MPa左右，按照水砂比0.8:1进行喷射。喷射时向干式喷砂机供料应连续均匀，机械运转正常时，干式喷砂机内应保持足够的存料。喷射工作完毕或因故中断喷射时，将注砂管3内的积料清除干净。结束时应待注砂管3内砂料喷射完成后再关闭风。

(3)喷射砂土时，灌水也应与其同时进行。槽内留下的干砂与水混合后在高压气流的作用下从出料口6排出，混合体快速填充在在钢板桩的孔洞内。

(5)为了保证钢板桩的拔桩施工采用跳桩法拔除，完成一根桩的拔除后间隔一根进行拔除，跳桩法拔除可使砂土回填更加密实，并有效减少相邻钢板桩拔出的影响。

(6)拔出的钢板桩需进行进砂管和进水管的清理，以便于周转使用。

(7)对钢板桩拔除顶部的砂土进行再次压实。

施工注意事项

(1)钢板桩的打拔采用后退打拔法，避免重型钢板桩桩基对路基结构的影响。

(2)挖机挖土时铺垫钢板增加受力面积，减少开挖过程对沟槽基础的扰动。

(3)喷射过程中，如发生堵管、停风停电等故障时，应立即关闭水门，处理堵管时采用敲击法输通料管。

(4)喷砂机进气口密封良好，防止漏风吹起粉尘，施工过程中因排气会沿着钢板桩的间隙排放，钢板桩间隙铺盖安全网防止砂土飞扬。

本发明是采用在钢板桩上增加注砂管3和注水管2，在钢板桩底部合并至一起，并安装止逆组件5，防止钢板桩施打时泥土的涌入，沟槽回填施工完成后，在正常拔桩的过程中，通过本发明钢板桩上的注砂管3和注水管2将砂和水同时注入，将水和砂混合后利用振动效果进行液化，从而流入钢板桩留下的空隙，采用跳桩法进行拔出钢板桩施工，可以有效减少相邻钢板桩拔出的影响，本技术主要依靠在原本施工工艺上，结合砂石振动液化的原理，针对性解决拔桩后留空隙的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢板桩，其特征在于：包括主体钢板(1)以及设置在主体钢板(1)内侧面的注砂管(3)和注水管(2)，注砂管(3)和注水管(2)均沿主体钢板(1)的长度方向设置，主体钢板(1)的内侧面并位于其下部设置有混合室(4)，注砂管(3)和注水管(2)的下端均与混合室(4)连通，混合室(4)具有供水、砂混合后排出的出料口(6)以及能够控制出料口(6)打开或关闭的止逆组件(5)。

2.根据权利要求1所述的一种钢板桩，其特征在于，止逆组件(5)包括挡板(502)和能够控制挡板(502)打开或关闭出料口(6)的控制单元。

3.根据权利要求2所述的一种钢板桩，其特征在于，挡板(502)的上端转动连接在混合室(4)的侧壁并位于出料口(6)上方，控制单元包括转轴(504)和设置在转轴(504)上的档杆(503)，转轴(504)和档杆(503)之间连接有扭簧，档杆(503)在扭簧的扭力作用下能够将挡板(502)封堵在出料口(6)，且混合室(4)内物料外排的冲击力能够克服扭簧的扭力并推动挡板(502)外移，以打开出料口(6)。

4.根据权利要求2所述的一种钢板桩，其特征在于，挡板(502)的下端转动连接在混合室(4)的侧壁并位于出料口(6)下方，控制单元为连接在挡板(502)内侧的拉绳(507)，拉绳(507)的末端由注砂管(3)或注水管(2)伸出后固定在主体钢板(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种钢板桩，其特征在于，混合室(4)为上大下小的楔形。

6.根据权利要求1所述的一种钢板桩，其特征在于，注砂管(3)和注水管(2)呈V形分布。

7.根据权利要求1所述的一种钢板桩，其特征在于，注砂管(3)的进砂口和注水管(2)的进水口均低于主体钢板(1)的上边沿。

8.根据权利要求1所述的一种钢板桩，其特征在于，主体钢板(1)的横截面为梯形，包括主钢板(101)和相对设置在主钢板(101)两侧的侧钢板(102)，注砂管(3)和注水管(2)均设置在主钢板(101)上。

9.一种基于权利要求1所述钢板桩的钢板桩支护次生病害防治施工方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1:将钢板桩的注砂管(3)和注水管(2)分别连接干式喷砂机(7)和上水泵(8)；

S2:先向上提升钢板桩，再启动干式喷砂机(7)和上水泵(8)，砂、水进入混合室(4)进行混和，混合后的砂水混合物经振动液化从而经下方的出料口(6)喷出，并填充在拔出钢板桩后的孔洞内；

S3:对钢板桩拔出后的孔洞顶部采用砂土压实。

10.根据权利要求9所述的一种钢板桩的钢板桩支护次生病害防治施工方法，其特征在于，步骤S2中，通过振动打桩机(9)向上提升钢板桩20～40cm后，先打开干式喷砂机(7)向注砂管(3)内送风，保持风压0.1-0.2MPa并向注砂管(3)内送砂，再按照水压比风压高0.1MPa，水砂比0.8:1进行喷射。