工业与民用建筑的桩基工程施工技术探讨

【摘 要】本文结合笔者多年的工程实践, 参考国家最新施工规范, 主要对桩基施工中打( 沉) 桩机械设备的选用和施工方法进行了探讨, 谨供同行参考。

【关键词】桩基工程；打桩设备；选用标准

1 打( 沉) 桩机械的种类

目前, 常用打( 沉) 桩机械设备主要有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油桩锤、振动桩锤、射水沉桩和静压力桩七种。这几种打( 沉) 机械的适用范围和优劣比较如下:

1.1 落锤

1.1.1 所谓落锤, 就是指用人力或卷扬机拉起桩锤, 然后自由下落, 利用锤重夯击桩顶使桩入土。这种桩锤主要适用于打木桩及细长尺寸的混凝土桩, 在一般土层及粘土、含有砾石的土层均可使用。

1.1.2 落锤的构造简单, 使用方便, 冲击力大, 能随意调整落距, 但锤击速度慢( 每分钟约6—— —20 次) , 效率低。

1.2 单动汽锤

1.2.1 指利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲, 增加夯击能量。这种机械适用打各种桩, 最适用的是套管法打就地灌注混凝土桩。

1.2.2 特点: 结构简单, 落距小, 对设备和桩头不易损坏, 打桩速度及冲击力较落锤大, 效率高。

1.3 双动汽锤

1.3.1 利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举, 然后自由下落冲击桩顶。此种汽锤适用于打种各种桩, 可用于打斜桩。使用压缩空气时, 可用于水下打桩; 也可用于拔桩、吊锤打桩。

1.3.2 特点: 冲击次数较多, 冲击力大, 工作效率高, 但设备笨重, 移动较困难。

1.4 柴油桩锤

1.4.1 利用燃油爆炸, 推动活塞, 引起锤头跳动夯击桩顶。这种锤最适用于打钢板桩、木桩, 在软弱地基打20 米以下的混凝土桩。

1.4.2 特点: 附有桩架、动力等设备, 不需要外部能源, 机架轻, 移动便利, 打桩快, 燃料消耗少; 但桩架高度低, 遇硬土或软土不宜使用。

1.5 振动桩锤

1.5.1 指利用偏心轮引起激振, 通过刚性联结的桩帽传到桩上。这种锤设备适用打钢板桩、钢管桩、长度在15 米以内的打入式灌注桩; 适用于粉质粘土、松散砂土、砾石和密实的粘性土地基。

1.5.2 特点: 沉桩速度快, 适用性强, 施工操作简易安全, 能打种种桩并能帮助卷扬机拔桩; 但不适用打斜桩。

1.6 射水沉桩

1.6.1 指利用水压力冲刷桩尖处土层, 再配以锤击沉桩。这种锤常与锤击法联合使用, 适用于大截面积混凝土和空心管桩。可用于多种土层, 而以砂土、砂砾土或其他坚硬的土层最适宜。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度超过半米的泥炭层。

1.6.2 特点: 可适用于坚硬土层, 打桩效率高, 桩不易损坏; 但设备较多, 当附近有建筑物时, 水流易使建筑物沉陷; 不能用于打斜桩。

1.7 静压力桩

1.7.1 系采用液压桩或利用桩架自重及附属设备的重量, 通过卷扬机的牵引传至桩顶, 将桩逐节压入土中。此种桩适用于软土地基及打桩振动影响邻近建筑物或设备的情况; 可压截面60cm×60cm 以睛的钢筋混凝土和直径60cm 以下的空心管桩。

1.7.2 特点: 压桩无振动, 对周围无干扰, 不需打桩设备; 桩配筋简单,短桩可接, 便于运输, 节约钢材; 但不能适应多种土的情况, 如用桩架压桩, 需要搭架设备, 自重大, 运输安装不便。

2 不同土层和不同地质情况下对锤重的选择

3 打( 沉) 桩方法的选用范围和标准

3.1 锺击法打桩: 适用于软塑或可塑的粘性土层中沉桩。打桩锤可分落锤、蒸汽锤、柴油锤几中, 主要设备包括桩锤、桩架、动力设备等。

3.1.1 落锤打桩: 用钢或木制桩架, 高一般为6~15 米, 用0.5~2.0t 的铸铁锤, 用卷扬机提升, 落锤高度1 米以内。

3.1.2 蒸汽锤打桩分单动式锤和双动式锤

3.1.3 单动式锤打桩时, 锤直接放在桩顶, 由导柱固定位置, 重锤连接在筒内活塞杆上, 在筒内滑行, 每分钟锤击40~70 次, 锺重在3~15t 之间, 落距1m 以内。

3.1.4 双动式汽锤的举起和下落都借助蒸汽压力, 冲击力加大, 每分钟达100~135 次, 锺重为5~7t。

3.1.5 柴油锤打桩, 有导杆式和筒式两种, 多用后者, 其技术性能不再详说。打桩机带有桩锺、桩架、卷扬机等全部设备, 当遇砂土、砂砾石或其他坚硬土层, 锤击法打不穿时, 常辅以射水法。

3.2 振动法沉桩: 适用于沉、拔钢板桩及钢管桩, 在砂土中效率最高, 在粘性土中较差, 需较大功率的振动器。主要设备为一个大功率的振动器及附属加压装置和起吊机械设备、混凝土上料斗等。常用振动沉桩机主要性能需多工程施工规范中均可查到。

施工方法: 沉桩时, 使桩头套入振动器(箱) 连同的桩帽或液压夹桩器内夹紧, 开动振动箱, 使桩在振动和自重下沉入土中。如遇硬土下沉过慢, 可加压下沉或将桩略提高0.6~1.0m, 然后重新快速下冲。沉桩机需要激振力根据土的性质、含水性及桩种类、构造而定, 约为100- 400kN。

3.4 射水法( 水冲法) 沉桩: 适用于淤泥、淤泥质土、软及中等密实粘土、粉质粘土、粉土、松散的砂、水饱和砂、密实砂、混有砾石的砂, 特别适用于与锤击法振动法配合使用。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度较大的泥炭层。

施工方法:

3.4.1 将射水管对称附在桩两侧, 用压水流将桩类附近的土冲开, 以减少阻力, 使桩借自重或辅助锤击( 松动) 沉入土中。射水管内径38~63mm, 最大100mm, 每节长4.5~6.0 米,用螺栓缩接,空心桩射水管设在中间。射水喷嘴出口内径约12.7~38mm,最大75mm,侧孔与管壁成30~45°射水管上端用ф100mm 软管连于水泵上, 管子用滑车组吊起使之能顺桩身上下自由升降, 水冲法所需射水管数目直径、水压及消耗水量等可参考相关施工工程规范。

3.4.2 水冲沉桩可采取先冲孔后插桩, 或一面射水一面锤击或振动,或射水、锤击交替进行等方式。射水管应处于桩尖下0.3~0.4m, 水冲压力一般为0.5MPa,桩尖沉至最后1~1.5m 应停止射水,拔出射水管用锤击或震动打至设计标高。

3.5 插( 钻、打) 桩法沉桩: 适用于软土地基打入大量密集预制桩;对附近30~40 米范围内会造成土体大量隆起和水平位移, 危害邻近的地下管道、地面交通和建筑物的安全情况下使用; 对坚硬土层难以打入时, 也可采用。

3.5.1 主要设备: 采用三点支撑式柴油打桩机, 应具有可水平旋转的互相垂直的双向龙门导轨, 在一侧配挂筒式柴油桩锤, 另一侧配挂长、螺杆螺旋转钻机, 使其在钻孔后不用移动桩机, 即可迅速插桩施打。

3.5.2 施工方法: 沉桩时, 桩机就位后, 先将钻机转至桩架正前方对准桩位, 开动桩机徐徐钻进, 同时经由出土斗排土外运。钻时要保持钻杆不停地旋转, 以防卡钻。钻至预定标高后, 即可清孔提钻, 然后再将打桩机水平旋转, 使桩机导轨定位, 吊桩插于孔中施打。一般钻孔深为8~10 米, 其余长度用打桩机打入, 钻孔后应在半小时插桩施打, 避免塌孔。

3.6 静力压桩法沉桩: 适用于软土、淤泥质土, 沉设截面积小于60cm×60cm 以下的钢筋混土桩或空心桩; 或打桩振动会影响邻近建筑物正常使用或设备安全的情况下使用。

3.6.1 静力压桩法沉桩设备有机械式和液压式两种。其中机械式静力压桩机体积庞大, 比较笨重, 操作较复杂, 压桩速度较慢工效低, 运输、安装、移动不便。液压式静力压力桩机用液压操纵, 自动化程度高, 结构紧凑, 行走方便、施压部位在桩的侧面, 送桩定位方便、迅速, 压桩效率高, 劳动强度低, 移动方便、迅速, 是一种新型的静压桩方式, 已逐步取代机械式静力压桩。下面就介绍一下液压式。

3.6.2 施工方法: 液压式系采用液压式静力压桩机进行, 该机由压拔机械、行走机构及起吊机构三部分组成; 压拔机构是压桩机的主体, 当桩被送入该机构后便被夹紧并压入( 或拔出) 土中; 行走机构可自行移动, 进行纵、横向运动, 并能小角度旋转, 以适应自找桩位和纤偏的需要; 起吊机构可作360°回转吊装、送桩。静压力桩机的静压力900~6500kN。

压桩时, 先用起吊机构将桩吊入到压机主机压桩部位后, 用液压夹桩器将桩头夹紧, 开动压桩油缸, 利用伸长之力将桩压入土中, 接着回程再吊上第二节桩, 用硫磺胶泥接桩后, 继续压入, 反复操作, 至全部桩段压入土中, 然后开动行走机构, 移至下一桩位压桩。

4 结论

工业与民用建筑基桩施工是一项十分复杂的工程体系, 对施工质量和安全的要求十分严格, 关于桩基施工技术的内容除了上述的最基础的技术指标外, 还有更具体的诸如钢筋混凝土预制桩打桩的施工技术、混凝土及钢筋混凝土灌注桩、钻孔压浆成孔桩等施工方法值得施工人员们进行探讨和总结。由于桩基础施工面对的对象千变万化, 施工技术的日新月异, 很难用较短的篇幅加以全面概括, 希望同行们能在具体工程施工中有所创新。

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