摘要:“万丈高楼平地起”,桩基础施工在工业与民用建筑中占着重中之中的地位,没有过硬、稳定、高质量的基础工程,再豪华的建筑也摆脱不了坍塌的命运。本文结合笔者多年的工程实践,参考国家最新施工规范,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
Abstract: "a beginning," pile foundation construction in industrial and civil building up in the position of emphatically, no skilled, and stability, high quality foundation engineering, again luxurious buildings of the fate of the collapse. The author discusses many years of engineering practice, the reference the new national construction standard, the pile foundation construction (heavy) played the pile of the mechanical equipment selection and construction method is discussed, and refers for the colleague.
Keywords: pile foundation engineering; Piling equipment; Selection standards
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、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)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。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)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。
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)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。
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)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。
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)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。
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)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。
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)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。
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。
二、不同土层和不同地质情况下对锤重的选择(参见下表1)
三、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。
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。
表1锤重选择表
注:本表仅供施工参考用;本表适用于20～60cm长预预钢筋混凝土桩及40～60cm长钢管桩,且桩尖进入硬土地有一定深度。
2)蒸汽锤打桩分单动式锤和双动式锤,其技术性能分别表2和表3。
表2单作用蒸汽锤规格和技术性能
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。
表3双作用蒸汽锤规格与技术性能
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。
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:
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。
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。
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。
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。
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。
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。
四、结束语：
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。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。