建筑施工手册系列之地基处理与桩基工程 7-2-5 静力压桩施工

7-2-5静力压桩施工7-2-5-1机械静压桩施工静压法沉桩是通过静力压桩机的压桩机构，以压桩机自重和桩机上的配重作反力而将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土层中成桩。其特点是：桩机全部采用液压装置驱动，压力大，自动化程度高，纵横移动方便，运转灵活；桩定位精确，不易产生偏心，可提高桩基施工质量；施工无噪声、无振动、无污染；沉桩采用全液压夹持桩身向下施加压力，可防止锤击应力，打碎桩头，桩截面可以减小，混凝土强度等级可降低1~2级，配筋比锤击法可省40%；效率高，施工速度快，压桩速度每分钟可达2m，正常情况下每台班可完15根，比锤击法可缩短工期1/3；压桩力能自动记录，可预估和验证单桩承载力，施工平安可靠，便于拆装维修，运输等。但存在压桩设备较笨重，要求边桩中心到已有建筑物间距较大，压桩力受一定限制，挤土效应仍然存在等问题。适用于软土、填土及一般粘性土层中应用，特别适合于居民稠密及危房附近环境保护要求严格的地区沉桩；但不宜用于地下有较多孤石、障碍物或有4m以上硬隔离层的情况。1．静压法沉桩机理静压预制桩主要应用于软土，一般粘性土地基。在桩压入过程中，系以桩机本身的重量〔包括配重〕作为反作用力，以克服压桩过程中的桩侧摩阻力和桩端阻力。当预制桩在竖向静压力作用下沉入土中时，桩周土体发生急速而剧烈的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，从而使桩身很快下沉。2．压桩机具设备静力压桩机分机械式和液压式两种。前者系用桩架、卷扬机、加压钢丝绳、滑轮组和活动压梁等部件组成，施压局部在桩顶端面，施加静压力约为600~2000kN，这种桩机设备高大笨重，行走移动不便，压桩速度较慢，但装配费用较低，只少数还有这种设备的地区还在应用；后者由压拔装置、行走机构及起吊装置等组成〔图7-56〕，采用液压操作，自动化程度高，结构紧凑，行走方便快速，施压局部不在桩顶面，而在桩身侧面，它是当前国内较广泛采用的一种新型压桩机械。 国内常用的有YZY系列和ZYJ系列液压静力压桩机，其型号和主要技术参数见表7-72~表7-74。图7-56全液压式静力压桩机压桩1-长船行走机构；2-短船行走及回转机构；3-支腿式底盘结构；4-液压起重机；5-夹持与压板装置；6-配重铁块；7-导向架；8-液压系统；9-电控系统；10-操纵室；11-已压入下节桩；12-吊入上节桩YZY系列液压静力压桩机主要技术参数表7-72型号参数200280400500600650最大压入力kN200028004000500060006500边桩距离m3.93.53.54.54.24.2接地压强〔长船/短船〕MPa0.08/0.090.094/0.1200.097/0.1250.090/0.1370.100/0.1360.108/0.147适用桩截面方桩最小m×m0.35×0.350.35×0.350.35×0.350.40×0.400.35×0.350.35×0.35最大m×m0.50×0.500.50×0.500.50×0.500.60×0.600.50×0.500.50×0.50圆桩最大直径m0.500.500.600.600.600.50配电功率kW96112112132132132工作吊机起重力矩kN·m460460480720720720用桩长度m131313131313整机重量自重t8090130150158165配重t130210290350462505拖运尺寸〔宽×高〕m×m3.38×4.203.38×4.303.39×4.403.38×4.403.38×4.403.38×4.40注：YZY系列液压静力压桩机由武汉市建筑工程机械厂生产。ZYJ系列之一液压静力压桩机主要技术参数表7-73名称单位ZYJ180-IIZYJ120ZYJ150ZYJ200压桩力kN800120015002000 压力桩规格mm300×300×600350×350400×400450×450压圆桩规格mmφ250，φ300φ250，φ300，φ350φ300，φ350，φ400φ450压柱最大行程mm800120012001200压桩速度mm/min0.9〔满载〕0.9〔满载〕1.5〔满载〕1.5〔满载〕边桩距离m25333接地比大船/小船t/m27.2/6.89.2/8.810.3/10.510.5/11.2横向步履行程mm500600600600行程速度m/min1.52.82.52.1纵向步履行程mm1500150020002000行程速度m/min1.52.22.52.5工作吊机起重力矩kN·m限吊1.5t360460460电机总功率kW42569296外形尺寸〔长×宽×高〕mm8×5.2×10.210.2×5.1×6.210.8×5.7×6.410.8×5.7×6.5整机自重＋配重t25.5＋5552＋7058＋9570＋130压桩方式/顶压式夹桩式夹桩式夹桩式注：ZYJ系列之一液压静力压桩机由江阴市根底工程设备厂生产。ZYJ系列液压静力压桩机主要技术参数表7-74型号参数ZYJ240ZYJ320ZYJ380ZYJ420ZYJ500ZYJ600ZYJ680额定压桩力〔kN〕2400320038004200500060006800压桩速度〔m/min〕高速2.762.762.32.82.21.81.8低速0.91.00.90.950.750.650.6一次压桩行程〔m〕2.02.02.02.02.01.81.8适用方桩〔mm〕最小□300□350□400□400最大□500□500□550□600最大圆桩〔mm〕φ500φ500φ550φ600边桩距离〔mm〕600600650680角桩距离〔mm〕92093510001100起吊重量〔t〕12121212变幅力矩〔kN"m〕600600600600功率〔kW〕压桩44607474起重30373737主要尺寸〔mm〕工作长11000120001300013800工作宽6630690069507100720076007700运输高2920294029403020总重量〔t〕245325383425500602680注：ZYJ系列液压静力压桩机由长沙三和工程机械制造生产。静力压桩机的选择应综合考虑桩的截面、长度穿越土层和桩端土的特性，单桩极限承载力及布桩密度等因素，表7-75可供参考。静力压桩机选择参考表表7-75 压桩机型号工程160~180240~280300~360400~460500~600最大压桩力〔kN〕1600~18002400~28003000~36004000~46005000~6000适用桩径〔mm〕最小300300350400400最大400450500550600单桩极限承载力〔kN〕1000~20001700~30002100~38002800~46003500~5500桩端持力层中密~密实，砂层，硬塑~坚硬粘土层，残积土层密实砂层，坚硬粘土层，全风化岩层密实砂层，坚硬粘土层，全风化岩层密实砂层，坚硬粘土层，全风化岩层，强风化岩层密实砂层，坚硬粘土层，全风化岩层，强风化岩层桩端持力层标准值N20~2520~3530~4030~5030~55穿透中密~密实砂层厚度〔m〕约22~33~45~65~83．施工工艺方法要点〔1〕静压预制桩的施工，一般都采取分段压入，逐段接长的方法。其施工程序为：测量定位→压桩机就位→吊桩、插桩→桩身对中调直→静压沉桩→接桩→再静压沉桩→送桩→终止压桩→切割桩头。静压预制桩施工前的准备工作、桩的制作、起吊、运输、堆放、施工流水、测量放线、定位等均同锤击法打〔沉〕预制桩。压桩的工艺程序如图7-57。图7-57压桩工艺程序示意图〔a〕准备压第一段桩；〔b〕接第二段桩；〔c〕接第三段桩； 〔d〕整根桩压平至地面；〔e〕采用送接压桩完毕1-第一段桩；2-第二段桩；3-第三段桩；4-送桩；5-桩接头处；6-地面线；7-压桩架操作平台线〔2〕压桩时，桩机就位系利用行走装置完成、它是由横向行走〔短船行走〕和回转机构组成。把船体当作铺设的轨道，通过横向和纵向油缸的伸程和回程使桩机实现步履式的横向和纵向行走。当横向两油缸一只伸程，另一只回程，可使桩机实现小角度回转，这样可使桩机到达要求的位置。〔3〕静压预制桩每节长度一般在12m以内，插桩时先用起重机吊运或用汽车运至桩机附近，再利用桩机上自身设置的工作吊机将预制混凝土桩吊入夹持器中，夹持油缸将桩从侧面夹紧，即可开动压桩油缸，先将桩压入土中1m左右后停止，调正桩在两个方向的垂直度后，压桩油缸继续伸程把桩压入土中，伸长完后，夹持油缸回程松夹，压桩油缸回程，重复上述动作可实现连续压桩操作，直至把桩压入预定深度土层中。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时，要停机对照地质资料进行分析，判断是否遇到障碍物或产生断桩现象等。〔4〕压桩应连续进行，如需接桩，可压至桩顶离地面0.8~1.0m用硫磺砂浆锚接，一般在下部桩留φ50mm锚孔，上部桩顶伸出锚筋，长15~20d，硫磺砂浆接桩材料和锚接方法同锤击法，但接桩时防止桩端停在砂土层上，以免再压桩时阻力增大压入困难。再用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长〔正常气温下为10~18min〕；接桩面应保持干净，浇筑时间不超过2min；上下桩中心线应对齐，节点矢高不得大于1‰桩长。〔5〕当压力表读数到达预先规定值，便可停止压桩。如果桩顶接近地面，而压桩力尚未到达规定值，可以送桩。静力压桩情况下，只需用一节长度超过要求送桩深度的桩，放在被送的桩顶上便可以送桩，不必采用专用的钢送桩。如果桩顶高出地面一段距离，而压桩力已到达规定值时那么要截桩，以便压桩机移位。〔6〕压桩应控制好终止条件，一般可按以下进行控制：1〕对于摩擦桩，按照设计桩长进行控制，但在施工前应先按设计桩长试压几根桩，待停置24h后，用与桩的设计极限承载力相等的终压力进行复压，如果桩在复压时几乎不动，即可以此进行控制。 2〕对于端承摩擦桩或摩擦端承桩，按终压力值进行控制：①对于桩长大于21m的端承摩擦桩，终压力值一般取桩的设计极限承载力。当桩周土为粘性土且灵敏度较高时，终压力可按设计极限承载力的0.8~0.9倍取值；②当桩长小于21m，而大于14m时，终压力按设计极限承载力的1.1~1.4倍取值；或桩的设计极限承载力取终压力值的0.7~0.9倍；③当桩长小于14m时，终压力按设计极限承载力的1.4~1.6倍取值；或设计极限承载力取终压力值0.6~0.7倍，其中对于小于8m的超短桩，按0.6倍取值。3〕超载压桩时，一般不宜采用满载连续复压法，但在必要时可以进行复压，复压的次数不宜超过2次，且每次稳压时间不宜超过10s。4．静力压桩常遇问题及防治、处理方法静力压桩常遇问题及防治、处理方法参见表7-76。静力压桩常遇问题及防治、处理方法表7-76常遇问题产生原因防治及处理方法液压缸活塞动作缓慢〔YZY型压桩机〕1．油压太低，液压缸内吸入空气2．液压油粘度过高3．滤油器或吸油管堵塞4．液压泵内泄漏，操纵阀内泄漏过大提高溢流阀卸载压力；添加液压油使油箱油位到达规定高度；修复或更换吸油管；按说明书要求更换液压油；拆下清洗、疏通；检修或更换压力表指示器不工作1．压力表开关未翻开2．油路堵塞；压力表损坏翻开压力表开关；检查和清洗油路；更换压力表桩压不下去1．桩端停在砂层中接桩，中途间断时间过长2．压桩机局部设备工作失灵，压桩停歇时间过长3．施工降水过低，土体中孔隙水排出，压桩时失去超静水压力的“润滑作用〞4．桩尖碰到夹砂层，压桩阻力突然增大，甚至超过压桩机能力而使桩机上抬防止桩端停在砂层中接桩；及时检查压桩设备；降水水位适当；以最大压桩力作用在桩顶，采取停车再开，忽停忽开的方法，使桩有可能缓慢下沉穿过砂层桩达不到设计标高1．桩端持力层深度与勘察报告不符2．桩压至接近设计标高时过早停压，在补压时压不下去变更设计桩长；改变过早停压的做法桩架发生较大倾斜当压桩阻力超过压桩能力或者来不及调整平衡立即停压并采取措施，调整，使保持平衡桩身倾斜或位移1．桩不保持轴心受压2．上下节桩轴线不一致3．遇横向障碍物及时调整；加强测量； 障碍物不深时，可挖除回填后再压；歪斜较大，可利用压桩油缸回程，将土中的桩拔出，回填后重新压桩5．质量控制〔1〕施工前应对成品桩做外观及强度检验，接桩用焊条或半成品硫磺胶泥应有产品合格证书，或送有关部门检验，压桩用压力表、锚杆规格及质量也应进行检查。硫磺胶泥半成品应每100kg做一组试体〔3件〕，进行强度试验。〔2〕压桩过程中应拴查压力、桩垂直度、接桩间歇时间、桩的连接质量及压入深度。重要工程应对电焊接桩的接头做10%的探伤检查。对承受反力的结构〔对锚杆静压桩〕应加强观测。〔3〕施工结束后，应做桩的承载力及桩体质量检验。〔4〕静力压桩质量检验标准如表7-77。静力压桩质量检验标准表7-77项序检查工程允许偏差或允许值检查方法单位数值主控工程1桩体质量检验按基桩检测技术标准见表7-66按基桩检测技术标准2桩位偏差用钢尺量3承载力按基桩检测技术标准一般工程1成品桩质量：外观外表平整，颜色均匀，掉角深度＜10mm，蜂窝面积小于总面积0.5%直观外形尺寸见表7-68见表7-68强度满足设计要求查出厂质保证明或钻芯试压2硫磺胶泥质量〔半成品〕设计要求查出厂质保证明或抽样送检3接桩电焊接桩：焊缝质量见表7-96见表7-96电焊结束后停歇时间min＞1.0秒表测定硫磺胶泥接桩：胶泥浇筑时间min＜2秒表测定浇筑后停歇时间＞7秒表测定4电焊条质量设计要求查产品合格证书5压桩压力〔设计有要求时〕%±5查压力表读数6接桩时上下节平面偏差mm＜10用钢尺量接桩时节点弯曲矢高＜l/1000l尺量〔l为两节桩长〕7桩顶标高mm±50水准仪7-2-5-2锚杆静压桩施工锚杆静力压桩法，是近年开发的一项地基加固新技术，在老厂或旧有建筑物改造、已有建筑物根底托换加固以及新建工程中得到较为广泛的应用，取得了良好的技术经济效益。 1．根本原理与性能锚杆静压法沉桩，系利用建〔构〕筑物的自重作为压载，先在根底上开凿出压桩孔和锚杆孔，然后埋设锚杆或在新建〔构〕筑物根底上预留压桩孔预埋钢锚杆，借锚杆反力，通过反力架，用液压压桩机将钢筋混凝土预制短桩逐段压入根底中开凿或预留的桩孔内，当压桩力PP到达1.5Pa〔Pa——桩的设计承载力〕和满足设计桩长时，便可认为满足设计要求，再将桩与根底连接在一起，卸去液压压桩机后，该桩便能立即承受上部荷载，从而可减少地基土的压力，及时阻止建〔构〕筑物继续产生不均匀沉降。锚杆静压装置如图7-58所示；锚杆静力压桩时的力系平衡见图7-59。图7-58锚杆静压法沉桩装置〔a〕静压桩装置；〔b〕压桩孔与锚杆孔位置1-桩；2-压桩孔；3-锚杆；4-钢结构及反力架；5-活动横梁；6-千斤顶；7-电动葫芦；8-根底；9-柱基；10-砖墙 图7-59锚杆静压法沉桩时力系平衡简图1-桩；2-锚杆；3-反力架；4-根底R-桩尖阻力；F-桩侧阻力〔1〕抗拔锚杆的根本性能锚杆的形式，新浇根底一般采用预埋爪式锚杆螺栓；在旧有根底上，采用先凿孔，后埋设带镦粗头的直杆螺栓；后埋式锚杆与混凝土根底的粘结一般采用环氧树脂或硫磺胶泥砂浆，经固化或冷却后，能承受压桩时很大的抗拔力；锚杆埋深为8~10d〔d——锚杆直径〕，端部镦粗或加焊钢筋箍，亦可采用螺栓锚杆。〔2〕压桩阻力与单桩承载力将桩压入土中时，要克服土体对桩的阻力PP，压桩阻力PP由桩侧阻力和桩尖阻力二局部组成，可按下式计算：PP＝UΣhifi＋Agi〔7-15〕式中U——桩周长〔m〕；hi——各土层的厚度〔m〕；fi——各土层的桩侧阻力系数〔kPa〕；A——桩尖面积〔m2〕；gi——桩尖阻力系数〔kPa〕。 在压桩过程中，由于挤土的作用，在桩周一定范围内出现重塑区，土的粘结力被破坏，土中超孔隙水压力增大，土的抗剪强度大大降低，故此桩侧摩阻力明显减小，压桩即利用此特性，能用较小的压桩力将桩压入到较深的土层中去，随着时间的推移，超孔隙水压力逐渐消散，土体逐渐压密固结，抗剪强度也随之提高，土的结构强度得到恢复，桩的侧向摩阻力也明显增大。根据实践，当在桩力为1.3~1.5Pa时，经三周后，粘土的单桩承载力得到明显恢复，其平安度K到达2，可满足设计要求。2．特点及适用范围锚杆静压桩的特点是：对于加固已沉裂、倾斜的建〔构〕筑物，可以迅速得到稳定，可在不停产、不搬迁的情况下进行根底托换加固；对于新建工程可与上部建筑同步施工，不占绝对工期；加固过程中无振动、无噪声、无环境污染，侧向挤压小；在压桩过程中可直接测得压桩力和桩的入土深度，可保证桩基质量；施工机具设备结构简单、轻便、移动灵活，操作技术易于掌握，可自行制造，可在狭小空间场地应用；锚杆静压法沉桩受力明确、简便，单桩承载力高〔约250~300kN〕，加固效果显著；不用大型机具，施工快速〔新建工程每台班可压桩60~80延长米〕，节省加固费用，做到现场文明施工。适用于加固粘性土、淤泥质土、人工填土、黄土等地基，特别适用于建筑物加层；已沉裂、倾斜建〔构〕筑物的纠偏加固；老厂房技术改造柱基及设备根底的托换加固；新建工程先建房后压桩的工程。3．机具设备〔1〕YJ-150型液压压桩机，由反力架、活动横梁、油压千斤顶、高压油泵、电动葫芦等部件组成〔图7-58〕，压桩力500kN，可自行制造。〔2〕配套机具，包括电焊机、切割机、空气压缩机、风钻、风镐、配制环氧树脂胶泥〔砂浆〕及熬制硫磺胶泥〔砂浆〕用的器具等。4．桩段制作要求桩段采用钢筋混凝土，截面形状为方形，桩的截面边长为180~300mm，桩段长一般由1.0~3.0m不等，钢筋采用I级钢和II级钢，混凝土强度不小于C30。桩制作多采用无底模板间隔、重叠法生产，压桩时强度要求到达100%。5．施工要点 〔1〕锚杆静压法沉桩程序是：清理根底顶面覆土→凿压桩孔和锚杆孔→埋设锚杆螺栓→安装反力架→吊桩段就位、进行压桩施工→接桩→压到设计深度和要求压桩力→封桩、将桩与根底连接→撤除压桩设备。〔2〕开凿压桩孔可采用风镐或钻机成孔，压桩孔凿成上小下大截头锥形体，以利于根底承受冲剪；凿锚杆孔可采用风钻或钻机成孔，孔径为φ42mm，深度为10~12倍锚杆直径，并清理干净，使枯燥。〔3〕埋设锚杆应与根底配筋扎在一起，可采用环氧胶泥〔砂浆〕粘结，环氧胶泥〔砂浆〕可加热〔40℃左右〕或冷作业，硫磺砂浆要求热作业，填灌密实，使混凝土与混凝土粘结在一起，采取自然养护16h以上。〔4〕反力架安装应牢固，不能松动，并保持垂直；桩吊入压桩孔后，亦要保持垂直。压桩时，要使千斤顶与桩段轴线保持垂直，并在一条直线上，不得偏压。〔5〕每沉完一节桩，吊装上一段桩，桩间用硫磺胶泥连接。接桩前应检查插筋长度和插筋孔深度，接桩时应围好套箍，填塞缝隙，倒入硫磺胶泥，再将上节桩慢慢放下，接缝处要求浆液饱满，待硫磺胶泥冷却结硬后才可开始压桩。〔6〕压桩施工应对称进行，防止根底受力不平衡而导致倾斜；几台压桩机同时作业时，总压桩力不得大于该节点根底上的建筑物自重，防止根底被抬起。〔7〕压桩应连续进行，不得中途停顿，以防因间歇时间过长使压桩力骤增，造成桩压不下去或把桩头压碎等质量事故。〔8〕封桩必须认真进行，应砍去外露桩头，去除桩孔内的泥水杂物，清洗孔壁，焊好交叉钢筋，湿润混凝土连接面，浇筑C30微膨胀早强混凝土并加以捣实，使桩与桩基承台结合成整体，湿养护7d以上。6．质量控制质量控制同7-2-5-1机械静压桩质量控制。