浅析钢筋混凝土锤击沉桩施工

摘要:近年来,随着我国经济的长足发展和建筑施工技术水平的不断提高,高层建筑大量出现,与之相应的深基础也迅猛发展起来。钢筋混凝土预制桩(简称预制桩)是运用比较多的一种桩型。文章从打桩的方法、桩顶碎裂、桩顶位移、质量控制标准等方面,分析了锤击沉桩施工过程中的常见问题及防治措施。

关键词:钢筋混凝土;预制桩;钻孔灌注桩;锤击沉桩

中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0150-02

钢筋混凝土预制桩因其能够按国家标准大批量工厂制作,桩身强度、质量都能得到保证,具有结构合理、承载力较高、易施工等优点。近年来在各种重大基础工程中得到广泛的应用。

某高速公路立交桥,桥墩基础全部采用桩基础,其中除少量为钻孔灌注桩外,大部分是45cm×45cm钢筋混凝土预制桩。现就本工程施工经验,谈谈钢筋混凝土预制桩沉桩技术。

一、锤击沉桩施工

(一)设备

1.桩锤。桩锤是对桩施加冲击,将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤,目前应用最多的是柴油锤。(1)落锤落锤构造简单,使用方便,能随意调整落锤高度。轻型落锤一般均用卷扬机拉升施打。落锤生产效率低、桩身易损失。落锤重量一般为0.5~1.5t,重型锤可达数吨。(2)柴油锤柴油锤利用燃油爆炸的能量,推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。柴油锤结构简单、使用方便,不需从外部供应能源。但在过软的土中由于贯入度过大,燃油不易爆发,往往桩锤反跳不起来,会使工作循环中断。另一个缺点是会造成噪音和空气污染等公害,故在城市中施工受到一定限制。柴油锤冲击部分的重量有2.0t,2.5t,3.5t,4.5t,6.0t,7.2t等数种。每分钟锤击次数约40~80次。可以用于大型混凝土桩和钢管桩等。(3)蒸汽锤蒸汽锤利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击体只在上升时耗用动力,下降靠自重;双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。单动式汽锤的冲击力较大,可以打各种桩,常用锤重为3～10t。每分钟锤击数为25～30次。双动式汽锤的外壳(即汽缸)是固定在桩头上的,而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高(100～200次/min),所以工作效率高。它适宜打各种桩,也可在水下打桩并用于拔桩。锤重一般为0.6～6t。(4)液压锤液压锤是一种新型打桩设备,它的冲击缸体通过液压油提升与降落。冲击缸体下部充满氮气,当冲击缸下落时,首先是冲击头对桩施加压力,接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力,使冲击缸体对桩施加压力的过程延长,因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气,无噪音,冲击频率高,并适合水下打桩,是理想的冲击式打桩设备,但构造复杂,造价高。

用锤击沉桩时,为防止桩受冲击应力过大而损坏,力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击,锤击功能很大一部分被桩身吸收,桩不易打入,且桩头容易打碎。

2.桩架。桩架是支持桩身和桩锤,在打桩过程中引导桩的方向,并保证桩捶能沿着所要求方向冲击的打桩设备。桩架的形式多种多样,常用的通用桩架(能适应多种桩锤)有两种基本形式:一种是沿轨道行驶的多能桩架;另一种是装在履带底盘上的桩架。

3.动力装置。动力装置的配置取决于所选的桩锤。当选用蒸汽锤时,则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。

(二)打桩的方法

打桩机就位后,将桩锤和桩帽吊起,然后吊桩并送至导杆内,垂直对准桩位缓缓送下插入土中,垂直度偏差不得超过0.5%,然后固定桩帽和桩锤,使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上,确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫,桩帽和桩顶周围四周应有5～10mm的间隙,以防损伤桩顶。

打桩开始时,锤的落距应较小,待桩入土至一定深度且稳定后,再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时,最大落距不宜大于1m,用柴油锤时,应使锤跳动正常。在打桩过程中,遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时,应暂停打桩,及时研究处理。

如桩顶标高低于自然土面,则需用送桩管将桩送入土中时,桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上,拔出送桩管后,桩孔应及时回填或加盖。

多节桩的接桩,可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁,上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢,焊接时焊缝应连续饱满,并采取措施减少焊接变形。接桩时,上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm,节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。

二、常见的问题及防治措施

(一)桩顶碎裂

1.现象。在沉桩过程中,桩顶裂缝出现混凝土掉角,碎裂坍塌、桩顶钢筋网片外露,主筋扭曲。

2.预防措施。(1)沉桩前应对桩质量进行严格检查验收,对不符合质量标准和规范要求的桩不予验收;(2)合理选择桩锤和安排沉桩顺序,发现贯入度很小,甚至几百锤无贯入的情况,要立即停击,查明原因;(3)桩帽与桩顶的接触面一定要平整,并经常检查。插桩要垂直,随时检查桩垫、锤垫,如失效及时更换;(4)当设计要求沉桩进入坚硬持力层较深时,宜将上节桩混凝土强度提高一等级或在桩顶设置钢帽或在桩顶部分浇筑钢纤维混凝土。

3.治理方法。(1)桩锤选择不当时,应换用合适的桩锤;(2)发现桩顶破碎时,应立即停止沉桩,查明原因,不严重时,更换并加厚桩垫,然后再继续沉桩,在沉桩过程中发现桩顶严重破碎,应维修桩头,待强度达到后继续沉桩。

(二)桩身断裂

1.现象。沉桩过程中,桩身突然倾斜桩顶位移,当桩尖处土层无特殊变化,而贯入度突然增加,同时当桩锤跳起后,桩身随之出现回弹现象。

2.预防措施。(1)严格控制桩质量,确保桩体强度,桩尖与桩身在同一轴线上;(2)吊桩时,起吊均匀平衡,按设计设置吊环;(3)选用适当桩锤并控制落距,保证缓冲垫均匀受力,厚度适当并经常检查更换;(4)每一节桩的长细比不宜过大,一般不超过30。

3.治理方法。出现断桩时,应会同有关人员共同研究处理方法。根据工程地质条件,上部荷载及桩位处的结构部位,应确定补桩方法。

(三)桩身跳动、桩身回弹

1.现象。(1)沉桩过程中桩身反复跳动,贯入度很小或基本不下沉,桩锤或替打桩回弹;(2)已沉入的桩,在邻近桩沉入时,产生较大上浮。

2.预防措施。(1)遇到地下障碍物,应将其排除,如埋置过深无法排除时,则变更桩位;(2)合理布置和安排沉桩顺序,严格控制沉桩速度。

3.治理方法。入土不深时,可将桩拔出,排除障碍物后再重新沉入。

(四)桩顶位移

1.现象。沉桩过程中相邻的桩产生横向位移或桩身上浮。

2.预防措施。(1)施工前应将一切障碍物清除干净;(2)根据地基土性和工程环境资料,确定合理的打桩顺序。

三、质量控制标准

1.垂直桩倾斜度不大于1%,且不得同向倾斜。

2.接桩焊接焊缝质量按二级标准进行检验控制,除进行外观检查外,用超声波对5%的接缝进行抽检,并根据质量情况调整抽检百分率。

3.桩身质量按桩总数的20%做小应变检测,按桩总数的5%做大应变检测。

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