地基处理与桩基施工(四)-锤击沉桩施工

'（二）、锤击沉桩施工锤击沉桩也称打入桩，是靠打桩机的桩锤下落到桩顶产生的冲击能而将桩沉入土中的一种沉桩方法，该法施工速度快，机械化程度高，适用范围广，是预制钢筋混凝土桩最常用的沉桩方法。但施工时有噪音和振动，对施工场所、施工时间有所限制。1．打桩机具打桩用的机具主要包括桩锤、桩架及动力装置三部分。1)桩锤桩锤是打桩的主要机具，其作用是对桩施加冲击力，将桩打入土中。主要有落锤、单动汽锤和双动汽锤、柴油锤、液压锤。落锤一般由生铁铸成，重0.5～1.5t，构造简单，使用方便，提升高度可随意调整，一般用卷扬机拉升施打。但打桩速度慢(6～20次/min)，效率低，适于在黏土和含砾石较多的土中打桩。汽锤是利用蒸汽或压缩空气的压力将桩锤上举，然后下落冲击桩顶沉桩，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在上升时耗用动力，下降靠自重，打桩速度较落锤快(60～80次/min)，锤重1.5～15t，适于各类桩在各类土层中施工。双动式汽锤的冲击体升降均耗用动力，冲击力更大、频率更快(100～120次/min)，锤重0.6～6t，还可用于打钢板桩、水下桩、斜桩和拔桩。 柴油锤，柴油锤本身附有桩架、动力设备，易搬运转移，不需外部能源，应用较为广泛。但施工中有噪声、污染和振动等影响，在城市施工受到一定的限制。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，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。2)桩架桩架是吊桩就位，悬吊桩锤，要求其具有较好的稳定性、机动性和灵活性，保证锤击落点准确，并可调整垂直度。常用桩架基本有两种形式，一种是沿轨道行走移动的多功能桩架，另一种是装在履带式底盘上自由行走的桩架。  1—立柱；2—斜撑；3—回转平台；1—桩；2—斜撑；3—桩帽；4—桩锤；4—卷扬机；5—司机室；6—平衡重5—履带式起重机；6—立柱3)动力装置打桩机构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，需配置电动卷扬机等设备；蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力，配置蒸汽锅炉等设备；气锤以压缩空气为动力源，需配置空气压缩机等设备；柴油锤以柴油为能源，桩锤本身有燃烧室，不需外部动力设备。2．打桩施工 打桩前应做好下列准备工作：处理架空高压线和地下障碍物，场地应平整，排水应畅通，并满足打桩所需的地面承载力；设置供电、供水系统；安装打桩机等。施工前还应做好定位放线。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的区域，水准点设置不少于两个，在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。1)打桩顺序由于锤击沉桩是挤土法成孔，桩入土后对周围土体产生挤压作用。一方面先打入的桩会受到后打入的桩的推挤而发生水平位移或上拔；另一方面由于土被挤紧使后打入的桩不易达到设计深度或造成土体隆起。特别是在群桩打入施工时，这些现象更为突出。为了保证打桩工程质量，防止周围建筑物受土体挤压的影响，打桩前应根据场地的土质、桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架的移动方便等因素来正确选择打桩顺序。当桩较密集时(桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径)，应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打。这样，打桩时土体由中间向两侧或四周均匀挤压，易于保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。当桩较稀疏时(桩中心距大于4倍桩边长或桩径)，可采用上述两种打桩顺序，也可采用由一侧向另一侧单一方向施打的方式(即逐排施打)，或由两侧同时向中间施打。 图2.4打桩顺序当桩规格、埋深、长度不同时，宜按“先大后小，先深后浅，先长后短”的原则进行施打，以免打桩时因土的挤压而使邻桩移位或上拔。在实际施工过程中，不仅要考虑打桩顺序，还要考虑桩架的移动是否方便。在打完桩后，当桩顶高于桩架底面高度时，桩架不能向前移动到下一个桩位继续打桩，只能后退打桩；当桩顶标高低于桩架底面高度，则桩架可以向前移动来打桩。2)打桩程序打桩程序包括：吊桩、插桩、打桩、接桩、送桩、截桩头。 (1)吊桩：按既定的打桩顺序，先将桩架移动至设计所定的桩位处并用缆风绳等稳定，然后将桩运至桩架下，一般利用桩架附设的起重钩借桩机上的卷扬机吊桩就位，或配一台履带式起重机送桩就位，并用桩架上夹具或落下桩锤借桩帽固定位置。桩提升为直立状态后，对准桩位中心，缓缓放下插入土中，桩插入时垂直度偏差不得超过0.5%。(2)插桩：桩就位后，在桩顶安上桩帽，然后放下桩锤轻轻压住桩帽。桩锤、桩帽和桩身中心线应在同一垂直线上。在桩的自重和锤重的压力下，桩便会沉入一定深度，等桩下沉达到稳定状态后，再一次复查其平面位置和垂直度，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打，校核桩的垂直度可采用垂直角，即用两个方向(互成90°)的经纬仪使导架保持垂直。校正符合要求后，即可进行打桩。为了防止击碎桩顶，应在混凝土桩的桩顶和桩帽之间、桩锤与桩帽之间放上硬木、麻袋等弹性衬垫作缓冲层。(3)打桩：桩锤连续施打，使桩均匀下沉。宜用“重锤低击”：重锤低击获得的动量大，桩锤对桩顶的冲击小，其回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用以克服桩周边土壤的摩阻力而使桩下沉。正因为桩锤落距小，频率高，对于较密实的土层，如砂土或黏土也能容易穿过，一般在工程中采用重锤低击。而轻锤高击所获得的动量小，冲击力大，其回弹也大，桩头易损坏，大部分能量被桩身吸收，桩不易打入，且轻锤高击所产生的应力，还会促使距桩顶1/3桩长度范围内的薄弱处产生水平裂缝，甚至使桩身断裂。在实际工程中一般不采用轻锤高击。 (4)接桩：当设计的桩较长，但由于打桩机高度有限或预制、运输等因素，只能采用分段预制、分段打入的方法，需在桩打入过程中将桩接长。接长预制钢筋混凝土桩的方法有焊接法和浆锚法，目前以焊接法应用最多。接桩时，一般在距离地面1m左右进行，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0.1%的两节桩长。在焊接后应使焊缝在自然条件下冷却10min后方可继续沉桩。浆锚法接头是将上节桩锚筋插入下节桩锚筋孔内，再用硫磺胶泥锚固，硫磺胶泥是一种热塑冷硬性胶结材料，它是由胶结料、细骨料、填充料和增韧剂熔融搅拌混合配制而成。其质量配合比为：硫磺∶水泥∶砂∶聚硫橡胶=44∶11∶44∶1硫磺胶泥灌注后停歇时间不得小于7min)，即可继续沉桩施工。浆锚法接桩，可节约钢材，操作简便，接桩时间比焊接法大为缩短，但不宜用于坚硬土层中。送桩：如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中。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。(6)截桩头：如桩底到达了设计深度，而配桩长度大于桩顶设计标高时需要截去桩头。截桩头宜用锯桩器截割，或用手锤人工凿除混凝土，钢筋用气割割齐。严禁用大锤横向敲击或强行扳拉截桩。3)打桩控制打桩时主要控制两个方面的要求：一是能否满足贯入度及桩尖标高或入土深度要求，二是桩的位置偏差是否在允许范围之内。 在打桩过程中，必须做好打桩记录，以作为工程验收的重要依据。应详细记录每打入1m的锤击数和时间、桩位置的偏斜、贯入度(每10击的平均入土深度)和最后贯入度(最后三阵，每阵十击的平均入土深度)、总锤击数等。打桩的控制原则是：当(端承型桩)桩尖位于坚硬、硬塑的黏土、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可作参考；当贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，其贯入度不应大于规定的数值；当(摩擦型桩)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。打桩时，如控制指标已符合要求，而其他的指标与要求相差较大时，应会同监理、设计单位研究处理。当遇到贯入度剧变，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、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。2.1.3静力压桩施工静力压桩是利用无震动、无噪音的静压力将预制桩压入土中的沉桩方法。静力压桩的方法较多，有锚杆静压，液压千斤顶加压、绳索系统加压等，凡非冲击力沉桩均按静力压桩考虑。静力压桩适用于软土、淤泥质土、沉桩截面小于400mm×400mm，桩长30～35m左右的钢筋混凝土实心桩或空心桩。与普通打桩相比，可以减少挤土、振动对地基和邻近建筑物的影响，桩顶不易损坏，不易产生偏心沉桩，节约制桩材料和降低工程成本，且能在沉桩施工中测定沉桩阻力，为设计、施工提供参数，并预估和验证桩的承载能力。 静力压桩施工中，一般是采用分段预制、分段压入、逐段接长(可用焊接、硫化胶泥接桩)的方法。'