浅谈锤击沉桩的施工

屠慧颖,潘英泽

(1.黑龙江龙捷市政轨道交通工程有限公司;2.黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司)

锤击沉桩一般适用于中密砂类土、黏性土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打人土中。因此,一般桩径不能太大(≤0.6m),人土深度在 40m左右,否则对沉桩设备要求较高。沉桩设备是桩基施工质量与成败的关键,应根据土质、工程量、桩的种类、规格、尺寸、施工期限、现场水电供应等条件选择。

1 沉桩设备

锤击沉桩的主要设备有桩锤、桩架及动力装置三部分。表 1为常用沉桩机具的适用性能。冲击锤的选择,原则上是重锤低击。具体选择时可考虑下述因素。

表 1 常用沉桩机具适用范围参考表

(1)按锤重与桩重的比值:可依表 2选用。

表 2 锤重与桩重比值表

(2)按桩锤的冲击能:根据单桩的设计荷载估算桩锤所需冲击能,可按下式估算E≥250P式中:E为桩锤的一次冲击能,kN◦m;P为单桩的设计荷载,kN。

估算冲击能 E后,再用下式验算其适用系数是否符合要求

式中:K为适用系数(计算的适用系数K值,对于双动汽锤及柴油机锤不宜大于 5.0;对于单动汽锤不宜大于 3.5;对于坠锤不宜大于 2.0);Q为桩锤重力,kN;q为桩重包括送桩、桩帽及桩垫的重力,kN。

下沉钢板桩、工字钢桩及配合射水沉桩时,适用系数 K值可提高 50%。

柴油机桩锤是一种特殊的二冲程柴油发动机,其本身既是发动机又是工作机,不需要外部能源和蒸汽锅炉、空压机或电动机等,较单动、双动汽锤优越,且沉桩效率较高,工程上应用较为普遍。柴油机桩锤形式多样,总的分为杆式和筒式两种。

桩架在沉桩施工中,承担吊锤、吊桩、插桩、吊插射水管及桩在下沉过程中的导向作用等。桩架可用木料和钢料做成,工程中常用的是钢桩架。桩架的正面是导向杆,用于控制桩锤和桩身的方向。顶上装有滑轮,底盘上装有卷扬机,用于提升桩锤与桩等。其特点是叮以在轨道上运行,并可在水平面内转动 360°。导向杆能够伸缩、倾斜(用于打斜桩)等。以上作业均由自备的动力设备和机械装置驱动与操纵。这类桩架最大高度可达 35m,最大倾斜度可达 1∶3。缺点是比较笨重,成本较高。

其他设备中主要有桩帽与送桩。桩帽主要是承受冲击,保护桩顶,在沉桩时能保证锤击力作用于桩轴线而不偏心,故要求构造坚固,垫木易于拆换或整修。当桩头低于导杆而仍须继续沉入或用浮运驳船沉桩时,一般均需使用送桩。

2 施工要点

沉桩前,应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检查。开锤前应再次检查桩锤、桩帽或送桩与桩的中轴线是否一致;锤击沉桩开始时,应严格控制各种桩锤的动能:用坠锤和单动气锤时,提锤高度不宜超过 0.50m。用双动气锤时,可少开气阀降低气压和进气量,以减少每分钟的锤击数。用柴油机锤时,可控制供油量以减少锤击能量;如桩尖已沉人到设计高程,但贯入度仍达不到要求时,应继续下沉至达到要求的贯人度为止。沉桩时,如遇到:贯入度突然发生急剧变化;桩身突然发生倾斜、移位;桩不下沉,桩锤有严重的回弹;桩顶破碎或桩身开裂、变形,桩侧地面有严重隆起现象等,应立即停止锤击,查明原因,采取措施后方可继续施工。

沉桩过程中应注意:桩帽与桩周围应有 5～10 mm间隙,以便锤击时桩在桩帽内可作微小的自由转动,避免桩身产生超过许可的扭转应力;打桩机的导向杆应予以固定,以便锤打时稳定桩身;导向杆设置应保证桩锤上、下活动自由;预制桩顶面应附有适合桩帽大小的桩垫,其厚度视桩垫材料、桩长及桩尖所受抗力大小决定;桩垫破碎后应及时更换;选用的桩帽,应将锤的冲击力均匀分布于桩顶面。

3 锤击沉桩的停锤控制标准

(1)设计桩尖高程处为硬塑黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,根据贯入度变化并对照地质资料,确认桩尖已沉入该土层,贯入度达到控制贯入度。

(2)当贯入度已达到控制贯入度,而桩尖高程未达到设计高程时,应继续锤人 0.10m左右(或锤击 30～50次),如无异常变化即可停锤;若桩尖高程比设计高程高得多时,应报有关部门研究确定。

(3)设计桩尖高程处为一般黏性土或其他松软土层时,应以高程控制,贯入度作为校核。当桩尖已达设计高程,而贯入度仍较大时,应继续锤击,使其接近控制贯人度。

(4)在同一桩基中,各桩的最终贯入度应大致接近,而沉入深度不宜相差过大,避免基础产生不均匀沉降。如因土质变化太大,致使各桩贯人度或沉桩深度相差过大时,应报有关部门研究,另行制订停锤标准。对于特殊设计的桩,桩尖设计高程有高低时(如拱桥的桥台桩等),应按设计要求处理。

从沉桩开始起,应严格控制桩位及竖桩的竖直度或斜桩的倾斜度。在沉桩过程中,不得采用顶、拉桩头或桩身的办法来纠偏,以防桩身开裂并增加桩身附加弯矩。