0 引言

近年来，钢板桩在我国基坑工程中的应用越来越广泛，主要因其具有强度高、隔水性能好、可多次重复使用等优势，广泛用于黏土、回填土等地层，但在强风化泥岩、砂岩及粉细砂层中很难施打，强行施打将会导致桩头破坏和桩身弯曲变形。通常做法是预先对桩位引孔，回填改性粘性土后插入钢板桩^[1]。目前国内常用的引孔设备有螺旋钻机、水刀和旋挖钻机^[2-6]等。本文主要介绍了三种钢板桩引孔施工技术，并结合钢板桩引孔沉桩实例分析了这三种钢板桩引孔施工技术在不同地质条件下的引孔效率、适用性与经济性，为类似基坑工程提供借鉴经验。

1 螺旋钻机引孔施工技术

1.1 螺旋钻机

螺旋钻引孔机属于打桩机属具，依靠挖掘机动力驱动，实现钢板桩施工中引孔作业，从而解决施工中沉桩困难或效率低的问题。设备由动力头、钻杆、换向控制等装置组成。

图1 螺旋钻机

螺旋钻机引孔施工要点：（1）场地要求：场地整平，引孔前桩机站位需要做到水平，避免桩机倾斜而影响螺旋杆的垂直度造成偏孔。（2）引孔前控制：引孔前校正螺旋杆的垂直度，提前标出引孔位置，避免两孔距离过近造成塌孔或串孔，孔距不小于20cm。（3）引孔过程控制：在引孔过程中桩机对螺旋杆的下压力不要过大，保证钻杆垂直缓慢进入，桩机下压力过大会引起钻杆倾斜造成引孔失败。（4）引孔长度要求：由于螺旋钻头属于打桩机属具，常规打桩机最大打桩高度为18m，因此若钢板桩长度大于18m，采用螺旋钻不适用，可考虑采用桩架式螺旋钻。

螺旋钻机引孔施工适用的土层：黏土或以黏土为主土层，黏聚力c（固结不排水抗剪强度）在20kPa~50kPa范围内；砂土或以砂土为主土层，标准贯入度N在31~50范围内；圆砾、角砾、卵石等土层，重型动力触探N_63.5在10~30范围内；以及全风化岩层为主的地层，单轴饱和抗压强度≤5MPa的极软岩；以上土层采用螺旋钻进行引孔的效率和效果较好；

1.2 螺旋钻机引孔施工案例

本项目为莱荣高铁海阳站地下泵房工程项目，位于山东省烟台市海阳市西大滩。本项目共需开挖两个基坑，1号基坑和2号基坑开挖深度分别为6.9米和7.3米，开挖面积分别为270.08m²和390.72m²，基坑等级为二级，基坑平面图和剖面图如图2所示。本项目的地质条件为填土、粉质粘土、全风化砂岩、强风化砂岩，土层的物理力学参数如表1所示，地下水位埋深1.5m，环境条件为一般复杂。基坑支护形式采用拉森钢板桩+φ609钢管支撑支护，支护规格采用桩长15m的Ⅳ型拉森桩。本项目钢板桩施工难点为围护桩需嵌入全风化砂岩约3m。结合机械租赁和场地情况，打桩机械采用机械手，引孔措施采用螺旋钻引孔，螺旋钻机的引孔效率和成本如表2所示。

图2 莱荣高铁海阳站地下泵房工程项目基坑平面图和剖面图

表1 土层物理力学参数

表2螺旋钻机引孔效率和成本

2 水刀引孔施工技术

2.1 水刀

水刀是由发动机为动力源，利用柱塞泵产生的高水压通过高压水管经过水刀头切入硬土层，在桩底与土体之间形成空隙减小桩端下沉阻力，通过震动锤的高频震动及挖机下压力达到沉桩的目的。其在硬塑黏土、密实砂土等土质应用效果良好。相较于其他引孔设备，水刀作为非取土式引孔工艺，操作简单，实用性强，性价比高。

图3 水刀后台及工作图

水刀引孔施工要点：（1）场地整平，根据标注的施工线利用挖机清理地表回填的建筑垃圾石块等。（2）水刀就位开机测试，发动机逐步加大观察进水出水是否正常，接头是否漏水，刀头喷射情况。（3）按设计点位引入第一根钢板桩，初步开引需注意钢板桩的垂直度，缓慢打入直到设计标高处。（4）按上述依次打入钢板桩。（5）根据土质情况，水刀可以改装成单刀头或者多刀头，也可加大输出动力。

水刀引孔施工适用的土层：黏土或以黏土为主土层，黏聚力c（固结不排水抗剪强度）在20kPa~50kPa范围内；砂土或以砂土为主土层，标准贯入度N在15~50范围内；圆砾、角砾（粒径2mm~20mm）土层，重型动力触探N_63.5在10~20范围内；以上土层采用水刀引孔的效率和效果较好；

2.2 水刀引孔施工案例

本项目为西安国际港务区水流路跨灞河大桥工程P8承台水中围堰项目，位于西安市灞桥区。两幅承台围堰的开挖面积约1023m²，开挖深度10.14m，围护桩支护周长286米，围堰平面图和剖面图如图4所示。本项目的地质条件为粉质黏土、细砂、中砂，土层的物理力学参数如表3所示。围堰支护形式采用IVw型拉森钢板桩桩，桩长18m，内支撑采用三道φ609钢管支撑。本项目钢板桩施工难点为密实砂层沉桩。结合机械租赁和场地情况，打桩机械采用机械手，引孔措施采用水刀引孔，水刀的引孔效率和成本如表4所示。

图4 西安国际港务区水流路跨灞河大桥工程P8承台围堰平面图和剖面图

表3 土层物理力学参数

表4 水刀引孔效率和成本

3 旋挖钻机引孔施工技术

3.1 旋挖钻机

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。针对粒径＞10cm为主的密实碎石土或饱和单轴抗压强度＞5MPa的岩石，多采用旋挖钻机引孔，再插打钢板桩或钢管桩。用旋挖钻机引孔插打钢板桩，一般采用AB孔咬孔引孔施工，钻头直径一般选用A孔1.0m直径和B孔1.2m直径，并咬孔20cm。

图5 旋挖钻机

旋挖钻机引孔施工要点：（1）土层中成孔与钢护筒安设的垂直度对桩体垂直度影响巨大。（2）软岩及土层中使用旋挖斗一次成孔；硬岩中先用螺旋钻头成小孔，然后用旋挖斗进行扩挖成孔。

旋挖钻引孔施工适用的土层：砂土或以砂土为主土层，标准贯入度N＞50；圆砾、角砾（粒径2mm~20mm）土层，重型动力触探N_63.5＞20；漂石、块石等粒径＞20cm的土层；饱和单轴抗压强度＞5MPa的岩石；以上土层采用旋挖钻引孔的效率和效果较好；

3.2 旋挖钻机引孔施工案例

本项目为甘肃玉门抽水蓄能电站泵站基坑项目，位于甘肃省玉门市。本项目的基坑等级为二级，钢板桩插打周长约240m，基坑开挖深度约9.5m，基坑平面图和剖面图如图6所示。本项目的地质条件为砂砾层、强风化岩层，土层的物理力学参数如表5所示，地下水位埋深6m。基坑支护形式采用桩长12m的IV型拉森钢板桩；打桩机械采用日立490打桩机，引孔措施采用SR360型旋挖钻机引孔，旋挖钻机的引孔效率和成本如表6所示。

图6 武汉汉南“中国种谷”PLC项目基坑平面图和剖面图

表5 土层物理力学参数

表6 旋挖钻机引孔效率和成本

4 结语

本文主要介绍了螺旋钻、水刀和旋挖钻三种钢板桩引孔施工技术，并结合钢板桩沉桩实例分析了这三种引孔施工技术在不同地质条件下的引孔效率、适用性与经济性。从引孔效率上分析，水刀的引孔效率最高，螺旋钻次之，旋挖钻稍低。但是从土层的适用性上考虑，水刀仅能对黏土、砂层进行引孔，螺旋钻可以对坚硬黏土、密实砂层以及饱和单轴抗压强度≤5MPa的极软岩进行引孔，而旋挖钻可以对粒径较大的块石和饱和单轴抗压强度＞5MPa的岩石进行引孔。从经济性上分析，水刀的价格最经济，螺旋钻稍贵，旋挖钻引孔的施工费用最贵。

参考文献：

[1] 彭勇波. 钢板桩引孔施工技术在工程中的应用研究[J]. 广东建材, 2022, 38(12): 65-67.

[2] 李洪亮, 尚振奇, 石野, 等. 复杂地质条件下钢板桩引孔施工技术研究与应用[J]. 建筑结构, 2021, 51(S1): 2328-2332.

[3] 张春林. 钢板桩引孔围堰工艺在较硬岩地层中的应用[J]. 中国水运, 2018, 18(01): 234-236．

[4] 刘云林, 蔡亚春. 浅谈冲击钻围堰引孔施工[J]. 价值工程, 2018, 37(26).

[5] 许小兰. 钢板桩支护施工技术在建筑基坑工程中的应用研究[J]. 四川水泥, 2019(10): 143-144.

[6] 秦文明, 倪颖. 高压射水辅助插打钢板桩在粉质粘土夹角砾土层中的应用[J]. 安徽建筑, 2018, 24(05): 211-212.

作者简介： 聂卓琛(1997-），男，籍贯：河北省鹿泉市，现有职称：助理工程师，学历：硕士研究生，研究方向: 钢结构基坑的设计与应用研究。