浅谈壁板桩的施工工艺

曾维强

(川铁国际经济技术合作有限公司， 四川成都 610036)

浅谈壁板桩的施工工艺

曾维强

(川铁国际经济技术合作有限公司， 四川成都 610036)

“Barrette”一词源于法语，中国学者将其翻译为壁板桩。壁板桩是一种采用膨润土泥浆或水泥膨润土泥浆护壁的混凝土灌注桩，从受力上来分析，属于摩擦桩，其施工设备和地下连续墙施工设备相同，施工方法也有较多的相似之处[1]。壁板桩的截面呈矩形，这种矩形桩与圆截面灌注桩相比，具有更大的比表面积(即表面积与质量之比)，因此能通过桩身摩擦阻力承受更大的竖向荷载。从结构上来讲，壁板桩可以制成适当的尺寸并适当布置来满足设计要求的某个方向的惯性矩及抗弯刚度，提高承受较大水平荷载和弯矩的能力[1]。壁板桩的施工技术在法国、英国、土耳其等国已经相当成熟，在中国香港也曾使用过，但在中国大陆却鲜有使用[1-2]。河海大学雷国辉教授等曾对壁板桩做过较多的理论分析。笔者结合在摩洛哥的实际施工经验，对壁板桩的现场施工方法及监测手段进行简单论述，以飨读者。

壁板桩； 施工工艺； 质量检测； 水下混凝土

1 工程概况

由川铁国际经济技术合作有限公司承建的摩洛哥Guercif高架桥位于摩洛哥东北部，距离地中海的纳多尔港口120 km。该桥基础涵盖了3种形式：明挖扩大基础、壁板桩、振冲碎石桩。梁部结构为441 m 8跨的整体拖拉钢梁，桥面分左右线双幅，每幅各自一个承台。

河道内全年有水，该桥共计9个桥墩(台)，编号分别为C0、P1、P2……P7、C8。C0、P1为明挖扩大基础，P7、C8为碎石桩基础，P2～P6为壁板桩基础，其地质条件复杂多样化，以砂卵石层、砂层、砂岩层、泥灰岩层为主。

最初的设计方案中P2～P6的基础都为振冲碎石桩，后来承包商考虑到碎石桩沉降期太长，不适合在大桥的基础中采用，所以建议业主将所有的碎石桩改为混凝土桩。由于工期所限，业主仅将部分碎石桩改为壁板桩，每个承台下有6根壁板桩(双幅即12个承台)，桩长28 m，截面尺寸为2.8 m×0.8 m。

2 施工准备

由于桩位处在河床中，地下水非常丰富，且地质条件非常复杂，第一次试钻孔以孔壁严重坍塌而告终。为了保证壁板桩施工能够顺利进行，采取了以下措施。

(1)填筑2 m高的施工平台(图1)，施工平台超出承台边界6 m，采用黏土分层夯实筑岛围堰，提高导钻时首节部分土壤的密实度，也确保钻孔设备行进时的平稳作业，减少对成孔的影响。

(2)将导钻墙由预制更换成现浇梯形导钻墙，增大导钻墙与周测土的密实结合性，同时导钻墙做成上大下小呈梯形截面，即使施工中发生沉降，也会起到往外侧挤压周测土的效果，导钻墙内部尺寸为2.9 m×0.9 m，孔口处墙厚0.7 m，底部墙厚0.35 m，导钻墙内侧净空较壁板桩截面尺寸大于10 cm；同时，由于导钻墙是属于现浇，可以更方便的进行平面定位，这就更有利于控制成孔、成桩过程中的测量定位。

(3)对于部分在采取了以上措施后还要坍孔的桩位，在原有的膨润土里面每1 m3加入220 kg左右水泥，通过水泥膨润土泥浆形成更密实的护壁效果。通常在水泥初凝后接近全部终凝时(基于当地条件约为8 h)继续成孔作业。

图1 施工完毕的平台和导钻墙

3 施工工序控制

3.1 成孔

和钻孔灌注桩采用旋挖钻机成孔不同，壁板桩成孔机械采用冲击抓斗式成孔机(与国内地下连续墙施工设备类似)。冲击抓斗通过钢丝绳绑定在大吨位履带吊车上。冲击抓斗张开时的尺寸接近0.8 m×2. 8 m，和壁板桩的断面尺寸一致(图2)；如果遇上岩层，则将端头的冲击抓斗换为大吨位的重力冲击锤(图3)。为了保证成孔的垂直度，成孔机设有随机监测纠偏装置，可以直接进行垂直度跟踪监测，并通过显示屏形成直观数据，做到随挖随纠，达到垂直度要求(摩洛哥规范要求为0.2 %)。

图2 冲击抓斗成孔施工

图3 重力式冲击锤成孔施工

成孔过程中，冲击抓斗进、出孔时应慢速、稳当，严禁冲击抓斗碰到导钻墙，以保持桩孔内泥浆稳定[3]。在桩孔开挖过程中，每隔2 m都要对挖出的土进行采样，详细记录地层地质的变化。当一个壁板桩浇注完混凝土之后，至少要过两昼夜才能钻相邻的壁板桩。同时，因成孔及后续的混凝土施工中会产生大量的水，故要在现场做好排水工作，以避免现场泥泞。

3.2 泥浆制备及再利用

钻孔施工开始前，泥浆要调制完成，制出的泥浆性能指标要求见表1。

表1 泥浆性能指标要求

泥浆制备采用全套自动化成型设备，配备5个铁制浆罐，1个水罐、1个造浆罐、一个储浆罐、一个沉淀罐、一个过滤罐。造浆罐配备泥浆搅拌机，现场设置计量器具和抽检器具。从孔内回收的泥浆沉淀采用机械与重力沉淀相结合的办法，通过泵管回收后的泥浆经机械处理后流入沉淀池内重力沉淀16 h以上并稳定后，由水泵将表面清稀部分抽到过滤罐，经过滤后排除废水。余下的浆体再抽入造浆罐重新拌制。

为避免膨润土泥浆浪费，同时也为了冲击抓斗提出后，泥浆能迅速补充进入孔内以免坍孔(单纯靠泥浆泵管供入的量太小)，在导钻墙四周1.5 m左右处用黏性土做一个约40 cm高的围堰，并用塑料薄膜铺设内侧。

3.3 钻孔深度控制

在导钻墙上先做好标高标记，然后以此标高为依据，采用带绳子的重力锤球进行深度的测量，绳子上每0.5 m栓一个标记，间距必须是精确校核的。根据导墙标高，用重力锤球控制成孔的深度，以保证设计深度。在最终停钻前需要对导钻墙的标高标示点进行复测，以免因导钻墙沉降而导致误差。

3.4 清孔

成孔作业完成后，为了把沉积在槽底的沉渣清出，需要对槽底进行清孔，以提高壁板桩的承载力和抗渗能力，提高成桩质量。清孔采用向槽段底部泵送优质泥浆置换和抓斗清捞余渣相结合的方法。在清孔过程中，要不断向槽内泵送优质泥浆，以保持液面稳定，防止塌孔。清底完成后，沉渣厚度必须不大于100 mm。 清孔后，槽内泥浆指标要确保槽底以上0.2～1 m处的泥浆必须达到表1的要求。清孔后泥浆指标达标是保证下序施工浇筑水下混凝土能顺利进行的关键。

清孔的过程中要随时配合深度测量。

3.5 钢筋笼的加工与吊装

钢筋笼长度28 m，截面尺寸为2.7 m×0.7 m，设计保护层厚度为5 cm。钢筋网钢筋的连接方式采用搭接或单面焊缝焊接，接头位置相互错开，焊接接头的位置、数量和焊接质量要严格按照规范执行。鉴于钢筋笼太大，故在每个吊点处都设置加筋支撑。起吊前，工程师必须对焊接位置、数量、加筋支撑等进行细致的检查，损坏的要及时修复。为确保钢筋网的保护层厚度符合要求，在钢筋网外侧面设置足够数量的定位混凝土块。该混凝土块与普通混凝土的方形混凝土块不一样，是圆形中空混凝土块。混凝土长度10 cm，直径约14 cm，混凝土块中间插入一根钢筋，钢筋两端焊接在钢筋网上，这种圆形中空混凝土块相对于普通方形砼块的好处是不会产生挪位现象(图4)。

图4 定位混凝土块的安装

钢筋网在施工现场绑扎，以减少吊车挪位。起吊时，采用一台90 t履带式吊车做为主吊，另用一台30 t履带吊车做辅吊。主吊车起吊时，采用大小两幅吊钩起吊，其中主钩带双扁担，小吊钩采用单扁担，总计采取六点起吊；辅助吊车采用单吊钩、双扁担三吊点起吊。主吊车缓缓吊起钢筋笼的前端，逐步将其从水平吊至垂直状态(期间主吊车不挪动)，辅助吊车配合慢慢把底端吊起并慢慢行驶把钢筋笼底端往前送。当钢筋笼呈垂直状态时，撤除辅助吊车，主吊车慢慢转向、挪位，将钢筋笼移至孔位处，并再次检测钢筋笼有没有变形。如果无变形，待对准轴线后则徐徐落钩，将钢筋笼逐步放入孔内。落钩过程中必须速度均匀，尤其是要避免钢筋笼和导钻墙发生碰撞。钢筋笼入孔后，如果钢筋笼中心线和桩轴线稍有偏差，不能直接挪动吊钩，只能采用撬棍人工缓缓撬动至相应位置。当钢筋网下沉至接近设计高程后，在钢筋笼上焊接吊筋(该吊筋长度需提前根据钢筋网顶标高与孔口标高确定)，然后用槽钢贯穿吊筋支承于导钻墙顶面。会同监理工程师进行隐蔽工程验收后，即可立即进入灌注水下混凝土施工。灌注水下混凝土前重新复测孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度超过200 mm，则重新清孔。起吊过程见图5。

图5 钢筋笼吊装

3.6 声测管的安装

声测管采用4根50/60 mm和2根102/114 mm的无缝钢管，长度为29 m(比桩身长1 m)，采用螺纹套丝连接，按照图纸要求进行平面定位，并用箍筋将其绑扎在钢筋笼上，声测管上、下两端用封口套筒封死，安装好后需进行防渗检测。

3.7 水下砼的灌注

水下混凝土浇筑是壁板桩施工的最后一道工序，也是最关健的一道工序。如果水下混凝土浇筑不正常，势必影响整个桩的施工质量。混凝土配合比需通过适用性试验确定，报监理、业主批准后实施。按摩洛哥当地规范：混凝土的坍落度(孔口检验值)控制在180～220 mm，初凝时间≥4 h，水灰比≤0.55，砂率控制在45 %左右。

采用导管进行水下混凝土灌注。导管直径为320 mm的无缝钢管，每段长度为2 m，采用丝口套接。丝口处设置橡胶密封圈，导管端头设置一个料斗以便从罐车放入混凝土。采用吊车将导管放入槽内，并采用吊车提升导管，导管和料斗采用丝口连接，既稳固且便于拆卸。因当地规范要求碎石最大粒径不大于钢筋笼最小网眼的1/4，不大于混凝土保护层的1/2，故采用粒径为5～20 mm的碎石进行混凝土拌制，并在混凝土导管处制作一张钢筋筛网，过滤掉粒径不符合要求的骨料。

为保证水下混凝土的灌注质量，灌注按下列规定执行：

(1) 在灌注过程中，派专职试验员对砼的质量进行控制，检测混凝土坍落度，不合格的混凝土不得灌注入槽孔。按要求取样制作混凝土抗压、抗渗试件。

(2)导管接驳完毕后，将混凝土隔水栓安放在临近泥浆面的位置，导管底端到孔底的距离控制在0.4 m左右，以便能顺利排出混凝土隔水栓。隔水栓则采用预制混凝土隔水栓。

(3)开始灌注混凝土时，首批混凝土体积根据桩径和导管埋深及导管内混凝土的体积而定，现场取值为斗内储备的混凝土量≥1.5 m3，以便当混凝土隔水栓被挤出导管后能将导管底端一次性埋入水下混凝土中的深度大于0.8 m，在隔水栓挤出导管的同时，混凝土搅拌运输车需快速反转，加快出料速度。

(4)加强现场与拌合站和罐车司机的联系，确保混凝土的供应速度。指定专职技术人员，每车混凝土浇筑完毕后测量导管埋深，适时提升并拆卸导管，确保混凝土灌注的上升速度>4 m/h、导管底端埋入混凝土面以下2～6 m，防止导管提升过快、漏提或埋管过深拔不出而出现断桩。填写水下混凝土灌注记录表，根据记录的数据来绘制桩长、桩大小和灌入的混凝土方量的实际变化曲线，并与理论曲线相比较，以判断壁板桩是否发生塌孔、缩孔现象，两者的比值就是每段桩的充盈系数，要求充盈系数大于1。如果充盈系数过大，需通过对多根桩的实际浇注曲线与理论浇注曲线的比较，查找差异的位置、分析差异产生原因，以指导后续施工。测深时，以探测至混凝土面时手感有石子碰撞重力锤球为准，否则为砂浆或沉渣。

(5)提升导管时避免碰挂钢筋网。拆下后的导管要及时清洗。

(6)水下混凝土的灌注要连续进行，不得中断。一旦发生机具故障或停电停水以及导管堵塞或进水等事故时，立即采取有效措施进行处理，以便尽快恢复灌注混凝土，同时作好记录备查。

(7)控制最后一次混凝土的灌注量，使混凝土面超过设计桩顶标高0.8～1 m即可。既要避免超出高度不够桩头质量不高，也要避免过度的浪费混凝土。

3.8 成桩质量检测

需等一个墩位处的12根桩全部完工后才能进行壁板桩的开挖。当最后施工的一根桩达到设计强度后，方可进行基坑开挖。挖出壁板桩并清理上面的浮土，用水冲洗干净后，用墨线弹出各壁板桩的十字中心线，由业主、监理到场进行最后的检测。检测主要分为声测试验、单桩的中心线和设计轴线的偏差检测、相邻桩的平面位置偏差检测等。检验合格后即可进入破桩头、承台施工工序。

4 结束语

从上述内容来看，壁板桩施工对应的设备都是常规设备，但因其相对于圆形灌注桩而言，具有更大的比表面积，能通过桩身摩擦力承受更大的竖向荷载，可以制成适当的尺寸并适当布置(如H形、Y形、I形)来满足设计要求的某个方向的惯性矩及抗弯刚度，提高承受较大水平荷载和弯矩的能力[1]。目前壁板桩在国外已经得到了广泛的应用。文中所述项目是5年前完工的，笔者之所以一直没有撰写本论文，就是为了实际检验其效果。经电话与业主沟通，目前该大桥运行良好。有鉴于此，笔者建议国内设计院和其他相关单位在国内大量探索、推广。

[1] 雷国辉，洪鑫，施建勇.壁板桩的研究现状回顾[J].土木工程学报, 2005(4):103-110.

[2] 雷国辉，洪鑫，施建勇.矩形壁板桩群桩竖直承载特性的理论分析[J].岩土力学, 2005(4):525-530.

[3] 王飞，王娟，薛晓辉.地下连续墙施工中的技术控制措施[J].安徽建筑, 2011(3):65-66.

[4] 史佩栋.实用桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[5] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6] 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

曾维强(1984～)，男，大学本科，工程师，主要从事工程施工管理工作。

U445.55+1

B

[定稿日期]2016-09-08