锤击沉桩也称打入桩,是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中。 锤击沉桩是预制钢筋混凝土桩最常用的沉桩方法。 该方法施工速度快、机械化程度高、适用范围广、现场文明程度高,但施工时会产生噪声污染和振动,在城市中心区域施工或夜间施工会受到限制。
1)打桩机具及选择
打桩机具主要有打桩机及其辅助设备。 打桩机主要包括桩锤、桩架和动力装置部分。
(1)桩锤
桩锤是对桩施加冲击力,将桩打入土层中的主要机具。 打入桩桩锤按动力源和使用方式,分为落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤和振动桩锤等。
①落锤:落锤是靠电动卷扬机或人力将锤拉升到一定高度,然后自由落下,利用落锤自重夯击桩顶,将桩沉入土中。
②单动汽锤:利用蒸汽或压缩空气的压力将桩锤的汽缸上举,然后自由下落冲击桩顶,将桩沉入土中。 单动汽锤构造如图2.3 所示。
图2.3 单动汽锤构造示意图
1—活塞;2—进汽口;3—缸套;
4—锤芯进汽管;5—蒸汽缸;6—拉簧;7—活塞;8—锤壳;9—顶杆;10—桩帽;11—桩垫;12—桩
③双动汽锤:与单动汽锤的区别在于桩锤的上举和下冲均是由蒸汽或压缩空气的压力推动的。 双动汽锤构造如图2.4 所示。
④柴油锤:一般分为导杆式和筒式两种。 其工作原理是利用燃油爆炸产生的力推动活塞上下往复运动进行沉桩。 柴油锤构造如图2.5 所示。
图2.4 双动汽锤构造示意图
1—桩;2—垫座;3—冲击部分;4—蒸汽缸
图2.5 柴油桩锤构造示意图
1—活塞;2—汽缸
桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度,单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定,见表2.2。 桩锤重根据工程的地质条件、桩的类型和结构、桩的密集程度及施工条件进行选择,见表2.3。
表2.2 桩锤适用范围参考表
表2.3 锤重与桩重比值
注:①锤重是指锤体总重,桩重包括桩帽重;
②选用锤重时不宜小于上列之比值;
③桩的长度一般不超过20 m。
(2)桩架
桩架的作用是吊桩就位,悬吊桩锤,打桩时引导桩身方向。 桩架要求稳定性好,锤击准确,可调整垂直度,其机动性、灵活性好,工作效率高。
桩架高度应为:桩长+桩帽高度+桩锤高度+滑轮组高度+起锤工作伸缩的余位调节度(1 ～2 m)。 若桩架高度不满足,则桩可考虑分节制作,现场接桩;若采用落锤,还应考虑落距高度。
常用桩架的基本形式有两种:一种是沿轨道或滚杠行走移动的多能桩架,另一种为装在履带式底盘上可自由行走的履带式桩架。
①多能桩架:由立柱、斜撑、回转工作台、底盘及传动机构等组成(图2.6),其机动性和适应性较大,在水平方向可作360°回转,导架可伸缩和前后倾斜。 底盘下装有铁轮,可在轨道上行走。 这种桩架可用于各种预制桩和灌注桩施工。 缺点:机构较庞大,现场组装和拆卸、转动较困难。
图2.6 多能桩架
图2.7 履带式桩架
1—立柱支撑;2—发动机;3—斜撑;4—立柱;5—桩;6—桩帽;7—桩锤
②履带式桩架:以履带式起重机为底盘,利用履带式起重机动力,增加导架、桩锤、导杆等(图2.7)。 其行走、回转、起升的机动性好,使用方便,适用范围广泛。
(3)动力设备
打桩机械的动力装置及辅助设备主要根据选定的桩锤种类而定。 落锤以电源为动力,再配置电动卷扬机、变压器、电缆等;蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力,配置蒸汽锅炉、蒸汽绞盘等;汽锤以压缩空气为动力源,需配置空气压缩机等;柴油锤以柴油为能源,桩锤本身有燃烧室,不需要外部动力设备。
小组讨论
1.根据施工现场情况,桩架应注意哪些安全问题?
2)打桩前的准备工作
①清除妨碍打桩施工的空间及地下障碍物,平整场地。
②机具就位,接通水源、电源。
③打桩试验:打试桩主要是检验打桩设备和工艺是否符合要求;了解桩的贯入深度、地基持力层强度及桩的承载力,以确定打桩方案和打桩技术。 试桩时应做好试桩记录,画出各土层深度,记下打入各土层的锤击次数,最后精确测量贯入度。 试桩数量不少于2 根。
④确定打桩顺序:打桩时,由于桩对土体的挤密作用,先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位,或被垂直挤拔造成浮桩,使后打入的桩难以达到设计标高或入土深度,造成土体隆起和挤压,截桩过大。 因此,群桩施工时,打桩前应根据桩的密集程度,桩的规格、长短,以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。
当桩较密集时(桩中心距小于4 倍边长或直径),应采用由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打的方法,如图2.8(a)、图2.8(b)所示。 这样,打桩时土体由中间向两侧或四周挤压,易于保证施工质量。 当桩数较多时,也可采用分区段施打的方法。
图2.8 打桩顺序
当桩较稀疏时(桩中心距大于4 倍边长或直径),可采用由一侧单一方向进行施打的方式逐排施打,如图2.8(c)所示。 但打桩前进方向一侧不宜有防侧移和防震动的建筑物、构筑物、地下管线等,以防土体挤压破坏。
当桩的规格、埋深、长度、疏密不同时,宜遵循先大后小、先深后浅、先长后短、先密后疏的原则施打。
⑤抄平放线,定桩位,设标尺:打桩现场附近设置水准点的数量不少于两个,用以抄平场地和检查桩的入土深度。 根据建筑物轴线控制桩,定出桩基轴线位置及每个桩的桩位,其轴线位置允许偏差为20 mm。 当桩较稀时可用小木桩定位;当桩较密时,用龙门板(标志板)定位,以防打桩时土体挤压位移使桩错位。 打桩施工前,应在桩架或桩侧面设置标尺,以观测、控制桩的入土深度。
3)打桩施工
(1)定锤吊桩
打桩机就位后,先将桩锤和桩帽吊起,其锤底高度应高于桩顶,并固定在桩架上,以便进行吊桩。
吊桩是用桩架上的滑轮组和卷扬机将桩吊成垂直状态送入龙门导杆内。 桩提升离地时,应用拖拉绳稳住桩的下部,以免撞击打桩架和邻近的桩。 桩送入导杆内后要稳住桩顶,先使桩尖对准桩位,扶正桩身,然后使桩插入土中,桩的垂直度偏差不得超过1%。 桩就位后,在桩顶放上弹性垫层,如草纸、废麻袋或草绳等,放下桩帽套入桩顶。 桩帽上放好垫木,降下桩锤轻轻压住桩帽,桩锤底面、桩帽上下面和桩顶部应保持水平,桩锤、桩帽和桩身中心线应在同一直线上,尽量避免偏心。 此时,在锤重压力下桩会深入土中一定深度,待下沉停止,再全部检查,校正合格后,即可开始打桩。
(2)打桩
打桩应“重锤低击,低提重打”。 桩开始打入时,桩锤落距宜小,一般为0.5 ～0.8 m,以便使桩能正常沉入土中。 待桩入土到一定深度后,桩尖不易发生偏移时,可适当增加落距逐渐提高到规定数值,继续锤击。 打混凝土管桩,最大落距不得大于1.5 m;打混凝土实心桩不得大于1.8 m。桩尖遇到孤石或穿过硬夹层时,为了把孤石挤开,防止桩顶开裂,桩锤落距不得大于0.8 m。
桩的入土深度的控制:对于承受轴向荷载的摩擦桩,以标高为主,以贯入度作为参考;端承桩则以贯入度为主,以标高作为参考。(www.xing528.com)
施工时,记录贯入度:对于落锤、单动汽锤和柴油锤,取最后10 击的入土深度;对于双动汽锤,取最后一分钟内桩的入土深度。 其贯入度值应符合设计要求。
测量和记录桩的贯入度应在下列条件下进行:桩顶没被破坏;锤击没有偏心;锤的落距符合要求;桩帽和桩垫工作正常。
(3)打桩测量和记录
打桩工作是一项隐蔽工程,为确保工程质量、分析和处理打桩过程中出现的质量事故,以及为工程质量验收提供重要依据,必须在打桩过程中对每根桩的施打进行测量并做好详细记录。
如用落锤、单动汽锤或柴油锤打桩,在开始打桩时,即应测量记录桩身每沉1 m 所需要的锤击数以及桩锤落距的平均高度。 在桩下沉接近设计标高时,应在规定落距下,每一阵(每10击为一阵)后测量其贯入度,当其数值达到或小于按设计所要求的贯入度时,打桩即应停止,其施工记录见表2.4。
表2.4 钢筋混凝土预制桩施工记录
如用双动汽锤和振动锤,开始即应测量记录桩身每下沉1 m 所需要的工作时间(每分钟锤击次数记入备注栏内,以观测其深入速度及均匀程度)。 当桩下沉接近设计标高时,应测量记录每分钟沉入的数值,以保证桩的设计承载能力。
打桩时要注意测量桩顶水平标高,特别对承受轴向荷载的摩擦桩,可用水准仪测量控制,水准仪位置应置于能观测较多的桩位处。
在桩架导杆的底部上每1 ～2 cm 画好准线,注明数字。 桩锤上则画一白线,打桩时,根据桩顶水平标高,定出桩锤应停止锤击的水平面数字,将此导杆上的数字告诉操作人员,待锤上白线打到此数字位置时即应停止锤击。这样就能使桩顶水平标高符合设计规定,如图2.9所示。
图2.9 测量桩顶水平标高的方法
1—桩架导杆;2—桩锤;3—送桩;4—桩;5—水准仪
(4)注意事项
打桩时除测量必要的数值并记录外,还应注意下列几点:
①在打桩过程中应经常用线锤及水平尺检查打桩架,如垂直度偏差超过1%,必须及时纠正,以免把桩打斜。
②打桩入土的速度应均匀,锤击间歇的时间不要过长。
③应观察桩锤回弹情况,如经常回弹较大,说明桩锤太轻,不能使桩下沉,此时应更换重一些的桩锤。
④应随时注意贯入度的变化情况。 当贯入度骤减,桩锤突然发生较大回弹时,应将锤击的落距减小,加快锤击;若还有这种现象,即说明桩尖遇到障碍,应停止锤击,分析研究问题的原因并进行处理;如果继续施打,出现贯入度突然增加,表示桩尖或桩身可能已遭受损坏或遇有古墓及枯井空虚层。 表明桩身可能被破坏的现象是:桩锤回弹,贯入度突增,锤击时桩弯曲、倾斜、颠动、桩顶破坏加剧等。
⑤用送桩打桩时,桩与送桩的纵轴线应在同一直线上。 如用硬木制作的送桩,其桩顶损坏部分应修切平整后再用。
⑥对于打斜桩,应将桩拔出,查明原因,排除障碍,用砂石填孔后,重新插入施打。 若拔桩有困难,应会同设计单位研究处理,或在原桩位附近补一桩。
打桩过程中,常遇问题及防止措施与处理方法,见表2.5。
表2.5 打(沉)桩常遇问题及防止措施与处理方法
续表
4)桩的质量要求
桩的质量标准包括两部分:一是能否符合设计要求的最后贯入度或标高的要求;二是桩身完整性和打桩的位置偏差应在允许范围内。 终止沉桩应以桩端标高控制为主,贯入度控制为辅,打桩的贯入度或标高按下列原则控制:
①桩尖位于坚硬、硬塑的黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,以贯入度控制为主,桩尖进入持力层深度或桩尖标高控制为辅。
②贯入度已达到而桩尖标高未达到时,应继续锤击3 阵,其每阵10 击的平均贯入度不应大于设计规定的数值,必要时施工控制贯入度应通过试验与设计人员协商确认。
③桩尖位于其他软土层时,以桩尖设计标高控制为主,贯入度可作参考。
④打桩时,如控制指标已符合要求,而其他指标与要求相差较大时,应会同有关单位研究处理。
⑤贯入度应通过试桩确定或做打桩试验,与有关单位商量后确定。
⑥按标高控制的预制桩,桩顶的允许偏差为±50 mm。
上述所指的贯入度即为最后贯入度。 实际施工中,一般采用最后10 击桩的平均入土深度作为其最后贯入度。
桩的垂直偏差应不大于1/100,平面位置偏差应为100 +0.01H ～150 +0.01H(单位为mm)。 为保证此指标,如前所述将桩提升就位时必须对准桩位,且桩插入时的垂直度偏差必须提高到1/200。
观察思考
打桩过程中要注意什么事项? 请在实习基地模拟打桩,观察如何来保证打桩的质量,并填写一张打桩的施工记录。
练习作业
1.打桩机具主要包括哪些部分? 如何选择打桩机具?
2.打桩前要做好哪些准备工作?
3.打桩施工的工艺是什么? 打桩时应注意什么问题?
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