工业与民用建筑的桩基工程施工技术

【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.