桩基础施工中的筒桩技术及施工设备

[摘要]筒桩技术是近年开发的一种桩基础技术,它是一种现浇混凝土薄壁筒形桩,具有节省材料、桩体质量连续、施工速度快、施工中无污染、工程造价低等诸多优点。高频液压振动锤作为筒桩施工设备,具有电动振动锤所不具备的大功率、低噪声和低振感的优势

[关键词]筒桩技术 施工设备 振动锤

一、筒桩技术

筒桩是一种直接在地层中浇注的大直径空心混凝土桩,它具有摩擦力大、抗弯强度高、施工效率高等优点。与其他类型的灌注桩相比。在相同的混凝土用量情况下,筒桩具有两个较大的摩擦面,并有很大的惯性矩:在满足承载力要求的情况下,使用筒桩可大大节省建筑材料。采用目前效率最高的施工机械高频液压振动锤施工,工效可比挖孔灌注桩提高10倍,施工时不用取土,无需泥浆护壁,又由于用料省,比预制桩对地基造成的挤土效应小,如果遇有砂性土质地基,在通过液压振动锤施工后,可达到很好的深层效果,可大幅提高地基的整体承载能力,即地层对桩的摩擦系数提高,无桩部位土体承载力提高。因此,筒桩除可用作普通建筑物承载桩外,对于铁路、公路路基处理尤其适用,可大大降低施工后的沉降。

现场浇灌筒桩一般外径为800~2000mm,壁厚为120一250mm,是中心充满地基土的大直径薄壁筒形桩体,它突破了沉管桩和预制桩对直径的限制,使桩径可大大增加;在成桩过程中土不是挤向周围而是被内管套入其中,多余的土可以从管中溢出,桩周围只有少量土受挤,克服了桩身受施工时挤土的影响;现浇的钢筋混凝土筒桩强度高,可承受上部巨大的压应力,也可承受强大的水平推力,也可以制成低强度的素混凝土桩,组成复合地基的增强体,能有效地控制土的侧向变形,减少施工后沉降;圆形薄壁结构使其有较强的抗压抗弯性能,用最少的材料获得最有效的结构效应。同时这种桩可以灵活组成多种形式的组合。筒桩在施工中是连续浇灌的,能有效地控制桩身的混凝土质量;由于采用高频振动,对岩土切削力强,对环境没有污染。

筒桩技术已经获得多项中国国家专利及美国国家专利,在桩基础施工中应用日益广泛。目前应用最多的是海洋工程,如港口码头、护岸海堤、海岸疏导等。如采用筒桩技术施工的温州鹿西岛东向防浪堤,经受了2002年16号强台风的袭击,安然无恙;大亚湾长达8.8km的石化工业区海堤也拟采用筒桩技术,目前已完成设计即将施工。

二、筒桩施工设备

目前筒桩的施工设备主要是电动振动锤,但由于其功率小、振动强、噪声大等局限,一般用于郊外软土地区施工直径1000m以下的筒桩。对于直径较大、地质条件复杂以及城区的施工则难以满足要求。

而利用高频液压振动锤进行筒桩施工,既能发挥振动沉桩的优势,又具备高频液压振动锤所特有的大功率、大激振力、大拔桩力、低振感等独特优势。同时高频液压振动锤具有体积小、质量轻、运输方便等特点,在性能相近的情况下,高频液压振动锤质量约为电动振动锤的50%,且适用范围广,除了不能入岩外,可适用于砂层、卵石层等任何地质条件。

高频液压振动锤主要由动力系统、减振系统、激振系统、夹持系统、液压系统及控制系统等几部分组成,振动频率在25-60Hz之间。施工时利用高频液压振动锤将双层钢护筒插入地基土内并达到设计标高,进入内筒多余的土从上部排土孔中溢出; 移开振动锤,放入钢筋笼,然后通过外层钢护筒的灌入口灌入混凝土,灌注混凝土的同时,利用高频液压振动锤边振动边拔出钢护筒,促使;提凝土振动密实,从而形成质量可靠的管桩。此工法成桩速度极快,质量容易控制,且没有任何污染,可在相当程度上取代传统钻孔灌注桩和旋挖桩,尤其是在淤泥、流沙等易塌孔地质条件下施工,高频液压振动锤更具有独特优势,在国外及我国香港、台湾地区应用非常广泛。但是由于价格等因素,目前国内应用还较少。针对市场的需求和进口产品价格昂贵,维修不便等情况,中铁工程机械研究设计院经过多年的技术攻关,研制成功了具有完全独立知识产权的高频液压振动锤,产品共4大系列19种规格,最大激振力为200一3200kN,最大功率料一882kVV,通过几年的实际应用,取得了满意的效果,得到了用户的好评。国产高频液压振动锤的成功研制和生产,使得高频液压振动锤产品价格大大降低,同时国产高频液压振动锤在维修、配件及服务等诸多方面比进口产品具有明显优势,给筒桩技术的推广和应用提供了有利的条件。

同时,高频液压振动锤还可用于深层压实处理和表面压实处理,对于深层密实度处理,是在高频液压振动锤的底部连接一个钢结构件(柔性探头),以较高的频率启动液压振动锤,将柔性探头沉入所需深度,调节振动锤频率使之在土层内引起共振,使周围土壤颗粒获得能量继而重新排列,通过调整液压振动锤频率可获得不同的密实度,这种压实处理深度可达25m。对地层表面的压实处理主要用于振动压路机难以处理的地面。其激振力最大可达4000kN,振幅可达30mm,是振动压路机的几十倍。影响深度远大于振动压路机及其他压实设备。

作为液压挖掘机的一种配套装置,高频液压振动锤也具有非常广泛的用途。由于液压挖掘机自身配备有强大的液压动力系统,故只需将高频液压振动锤的锤体部分连接到其大臂上,再用快速接头将液压动力接通即可。而挖掘机强大的机动性能可为施工带来极大的便利;尤其用于市政管网、基坑开挖等支护钢板桩的沉拔,更据独特优势。此外,将振动锤的夹持器换成专用破碎器,还可用于混凝土路面的破碎振捣,然后直接在上面加铺沥青完成路面修补。

参考文献:

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