预制方桩振压法打设施工技术研究
2018-06-04
(1.杭州大禹水利工程咨询有限公司，浙江 杭州 311215；2.浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310000)
1 概 述
预制钢筋混凝土方桩具有承载力高、打设抗震性能好等优点，被广泛应用于堤防加固工程的地基处理。目前在预制方桩打设施工中常采用静压法作业，但使用该方法进行施工容易出现桩头碎裂、桩身混凝土剥裂问题，最终导致废桩。针对以上问题，通过现场多次试验，总结出静压法、振动法相结合的打设预制方桩方法，取得了良好的效果，达到了预期目标。
2 技术特点
a.设计制造了一种适用于打设预制方桩的整体式桩帽(见图1)，成功减少了因打桩造成的桩头破裂问题。
b.桩帽开孔设穿销孔，直接利用打桩机动力穿销起吊，减少了人工捆绑二次作业，极大地提高了工程的可靠性及安全性。
c.在桩帽与桩头间设置垫木，极大地减少了打桩引起的桩头破裂、桩身混凝土剥裂问题。
d.采用静压法、振动法相结合的打设预制方桩方法，大大缩短了施工时间，提高了成桩效率。
图1 桩帽
3 施工重点
遇硬土层或局部砂砾层时利用振动法打设预制方桩[1]，将风镐机安装在挖掘机上，风镐机作为打桩机端部震动发生器，桩帽顶部焊接连杆并连接替打，再与震动器破碎头相连，用三角翼板垂直固定连杆与桩帽。通过震动器产生的振动力使桩身及土体产生震动，使土体的内摩擦角减小，强度降低，从而将桩沉入土中。当地质条件为软基时利用静压法打设预制方桩[2]，在沉桩过程中，桩尖直接使土体产生冲切破坏，桩周孔隙水受此冲切挤压作用形成不均匀水头，产生超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周约一倍桩径范围内的一部分土体抗剪强度降低，发生严重软化或稠化，出现土体重塑现象，从而可容易地将预制方桩连续送入很深的地基土层中。从而减少了桩头破裂、桩身混凝土剥裂问题，提高了工程质量。
4 施工工艺流程及操作要点
4.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图2所示。
图2 施工工艺流程
4.2 操作要点
4.2.1 测量放样
按照图纸进行测量放线，定出桩基轴线，先定出中心，再引出两侧，并将桩的准确位置测设到地面上，每个桩位打一个小木桩作为标记[3]。场外设置2～3个基准点，其位置应不受打桩影响，以备桩位及高程的随时校核。
4.2.2 桩机进场，起桩吊运
桩机进场，压桩机安装调试就位后，行至桩位处，使桩机附件桩帽中心与地面上的样桩基本对准，调平压桩机后，再次校核无误，方可开始施工。
施工起桩时以桩帽水平套入桩顶，桩帽与桩头间设置垫木，套入后要注意桩帽与桩顶处的对穿孔是否对齐，对齐后将保险插销贯穿入对穿孔进行固定。
4.2.3 桩位对准
当桩被机械臂吊起后，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右为止，然后检测桩身垂直度，微调压桩机使桩尖对准桩位，并将桩压入土中0.5～1.0m，暂停下压。
4.2.4 入桩观测
由桩身两个侧面互成90°角的两个全站仪校正桩身垂直度，当桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式压桩。
4.2.5 稳桩打桩
桩身位置及垂直度经校正后方可进行下一步沉桩；桩体贯入采用静压法与振动法相结合的方法，当地质条件为软基时用静压法将方桩贯入，如遇硬土层或局部砂砾层则用振动法将方桩贯入。
4.2.5.1 振动法
振动法贯入将桩与震动机连接在一起，通过震动器产生的振动力使桩身及土体产生震动，使土体的内摩擦角减小，强度降低，从而将桩沉入土中。施工中采用履带式挖掘机改装的打桩机贯入，风镐机作为端部震动发生器，桩帽顶部焊接连杆连接替打并与震动器破碎头连接，以三角翼板垂直固定连杆与桩帽。桩定位后，打开震动机开关，开始沉桩作业。振动时间一般不宜超过10～15min，在有射水配合时，振动时间可适当缩短，一般当振动下沉速度由慢变快时，振动可由快变慢，如下沉速度小于5cm/min，或桩头冒水、振动甚大而桩不下沉时，即应停振。每一根桩的振动下沉应一次完成，不可中途停顿或有较长时间的间歇。
4.2.5.2 静压法
静力预制桩的施工依靠挖掘机动臂本身的力量将预制桩贯入。
4.2.6 检查与验收
每根桩打到桩顶设计标高，符合设计要求后，填好施工记录。如发现桩位与要求相差较大，应会同有关单位研究处理。然后移桩机到新桩位，进行下一根预制方桩的打设。
5 质量控制
5.1 一般要求
a.沉桩施工前，确定沉桩施工方案和控制原则，并报请监理工程师批准。在沉桩开始前24h通知监理工程师，未经监理工程师书面批准，不得进行沉桩施工。
b.每根桩在沉入前，应再次进行检查，经监理工程师确认合格后，方可沉桩。沉桩一经开始，就必须连续操作完成，不得无故中断。
c.对每道工序严格执行质量“三检制度”，在自检合格的基础上，再报请监理、业主和设计单位进行验收，经验收合格后，进入下一道工序的施工。
d.建立以项目经理为第一责任人的质量管理体系，统一指挥和分级领导，各个职能部门分工合作，加强各级人员的责任制，把质量工作贯彻到每一道工序中。
e.严格按操作规程和施工规范进行施工，加强施工现场的管理，做到不违章指挥、不违章操作，对不合格材料坚决清理出场，对质量达不到要求的坚决返工重做。
5.2 质量控制要点
a.吊点位置要符合规范和设计要求，吊桩前详细标记吊点位置。
b.打桩过程中，要密切注意贯入度变化，发现异常情况，及时与现场设计代表、业主和监理联系，协商解决。
c.保存好沉桩原始记录，并保持记录的清晰、完整。
d.由于桩数较多，施工时应采用合理的压桩顺序，分区分片施工，控制沉桩速率，尽量避免挤土效应。
e.桩身质量及混凝土强度符合设计及规范要求，桩运输到现场后应对桩的质量、数量、规格进行检查。沉桩前应对所有仪器进行校核或维护，使仪器始终处于良好的工作状态。
f.预制桩打设过程中，风镐机破碎头、替打、桩帽、垫木和桩身保持在同一中心线上。
g.桩机性能应符合要求，桩体入土过程中用两台经纬仪成90°夹角对桩身垂直度进行观测[4]，其垂直度偏差不大于5‰，桩架平整、稳固，确保不发生倾斜和位移。
h.严格按照图纸对桩位进行测量放线，桩的位置确定后，在场外设置2～3个基准点以备桩位及高程的随时校核。桩机进场就位后，复测桩位是否准确。
i.施工起桩时，桩帽套入桩顶后，桩帽与桩顶处的对穿孔必须对齐。
j.预制桩打设前严格检查替打、垫木和桩帽的质量及规格尺寸，确保满足设计要求。
k.施工中要连续施压，不可停顿超过4h。
6 效益分析
6.1 经济效益
该施工工艺采用的是静压与振压相结合的方法，两种方法的结合较为有效地解决了不同地质条件下施工的难题。
施工进度及经济效益对比：新工艺每日可打桩250根，传统方法每日打桩150根，综合下表数据得出传统工艺单桩施工费用为13.6元/根，新工艺单桩施工费用为7.6元/根。
由此可见，新工艺材料，机械设备投入降低，成本低，经济效益显著。
两种工艺施工效率及费用对比表
6.2 安全环境效益
传统的预制桩吊运打设可能出现桩体滑落，吊钩、钢丝绳脱落现象，且吊运过程中钢丝绳左右摇摆、晃动幅度较大，存在很大的安全隐患。新工艺利用桩机附设吊钩，用吊钩连接钢丝绳吊运预制方桩，大大降低了安全隐患，保证了作业环境的安全性，同时减少了大型运输设备的投入，保证了工程质量。
[1] 姜新华，吕鑫明，朱宇.基于振动法的水泥稳定砂砾基层施工工艺[J].价值工程，2013(21)：101-102.
[2] 闫国俊.静压预制管桩施工技术[J].林业科技情报，2006，38(2)：36-37.
[3] 梁锐，张华.测量在桩基施工中得应用[J].中州建设，2015(17)：65-66.
[4] 姜晨光.用经纬仪光学对点器进行建筑施工垂直度控制[J].建筑技术，1999(2)：105-106.
