第七节 打桩施工机械
一、打入桩
1.打入桩施工方法分类
打入桩基础是指不用预先开挖,直接用重锤或采用振动方法将桩打入土中的基础。打入桩又叫沉入桩,是靠桩锤的冲击能量将预制桩打(压)入土中,使土被压挤密
实,以达到加固地基的作用。沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩。沉入桩的施工方法主要有:锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩以及钻孔埋置桩等。
2.打锤设备
打锤设备主要是桩锤和桩架。
(1)桩锤有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤,目前应用最多的是柴油锤。柴油锤是利用燃油爆炸推动活塞往复运动而锤击打桩,活塞重量从几百公斤到数吨。
(2)桩架是支持桩身和桩锤,沉桩过程中引导桩的方向,并使桩锤能沿着要求的方向冲击的打桩设备。
3.打锤注意事项
用锤击沉桩宜重锤轻击。若重锤重击,则锤击功大部分被桩身吸收,桩不易打入,且桩头易被打碎。锤重与桩重宜有一定的比值,或控制锤击应力,以防桩被打坏。
4.打入桩的特点
(1)桩身质量易于控制,质量可靠。
(2)沉入施工工序简单,工效高,能保证质量。(3)易于水上施工。
(4)多数情况下施工噪声和振动的公害大、污染环境。(5)收运输和起吊等设备条件限制,单节长度有限。(6)不易穿透较厚的坚硬地层。
(7)超长时,需解除超长部分,不经济。
二、灌注桩钻孔机械
钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔,然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。
灌注桩钻孔机械是指能利用取土或挤土装置在地层桩位上成孔,然后灌注混凝土成桩的桩工机械。适用于除流动淤泥层以外的一切土层成孔。
钻孔机多以履带式挖掘机(或起重机)的底盘为底架,其上设置龙门导杆,作为钻凿工具的支承,并引导钻孔方向。挖掘机的发动机常作为钻孔机的动力装置。
钻孔机按成孔方法,分为螺旋式、冲抓式、潜水式和振动式四种,前三者属取土成孔,后一种属挤土成孔,还有综合上述多种方法的综合钻孔机。
1.螺旋式钻孔机
螺旋式钻孔机用于民用和小型工业建筑,利用螺旋钻杆钻孔,螺杆通过上、下导架支承于桩架导杆上,其上端有驱动螺杆钻进的动力头,下端装带硬合金刀刃的钻头,作业时钻渣沿螺杆导槽自动排出,所钻桩孔孔壁规则,不需护壁或清洗孔底,钻至设计深度后,提出钻杆,即可灌注混凝土。此外,还有短螺旋钻孔机和有双刀管、双螺旋及底部扩孔刀的冻土钻孔机。前者专用于爆扩成孔及孔底成形;后者适用于严寒冻土,并能将孔底扩大,增加桩的承载力。
2.冲抓式钻孔机
冲抓式钻孔机用于大型工业建筑和桥梁施工,可在土石混合地层、卵石或岩石地层上成孔。利用钻具冲击岩石,使之破碎,然后抓石出渣,达到成孔目的。由机架、卷扬机和钻抓工具组成。钻抓工具有螺旋钻、抓锥和冲锥三种,可根据土质拆换使用。在地下水位较高的泥质地区,采用螺旋钻,钻渣用压力水冲成泥浆排出。抓锥形如抓铲,单索操纵,可抓掘石块和卵石。冲锥有一定重量,下端有刀刃,用于冲凿岩石及坚土。
3.潜水式钻孔机
潜水式钻孔机用于沿海软土地区的桩基础施工,由潜水电动机、行星齿轮减速器和笼式钻头等组成。电动机通过减速器驱动5~7个钻头切削土壤,同时将压力水沿水管从钻头尖部射出,使钻渣成泥浆排出。设备较简单,无公害,效率高,可在各种土质条件下作业。
4.振动式钻孔机
振动式钻孔机适于在砂土和软土地层成孔。用振动沉拔桩机将底部有单向活门的桩管沉入土中,达设计深度后,边借振动力将桩管逐渐拔出,边通过活门灌注混凝土。也可利用落锤或汽锤将桩管打入土中成孔,利用拔桩机拔出桩管,然后灌注混凝土成桩,但效率低。
三、灌注桩分类和特点
按其成孔方法不同,灌注桩可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩和套管夯扩灌注桩等。
1.钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔,并在孔中浇筑混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。根据工程的不同性质、地下水位情况及工程土质性质,钻孔灌注桩有冲击钻成孔灌注桩、回转钻成孔灌注桩、潜水电钻成孔灌注桩及钻孔压浆灌注桩等。除钻孔压浆灌注桩外,其他三种均为泥浆护壁钻孔灌注桩。
(1)泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺流程是:场地平整→桩位放线→开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→浇筑水下混凝土→成桩。
(2)泥浆护壁钻孔灌注桩施工,在冲孔时应随时测定和控制泥浆密度,如遇较好土层可采取自成泥浆护壁。
(3)灌注桩的质量检验应较其他桩种严格,因此,现场施工对监测手段要事先落实。(4)灌注桩的沉渣厚度应在钢筋笼放入后,混凝土浇筑前测定,成孔结束后,放钢筋
笼、混凝土导管都会造成土体跌落,增加沉渣厚度。因此,沉渣厚度应是二次清孔后的结果。沉渣厚度的检查目前均用重锤,但因人为因素影响很大,应专人负责,用专一的重锤,有些地方用较先进的沉渣仪,这种仪器应预先做标定。
2.沉管灌注桩
沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法,将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中,然后边浇筑混凝土(或先在管内放入钢筋笼)边锤击或振动边拔管而成的桩。前者称为锤击沉管灌注桩及套管夯扩灌注桩,后者称为振动沉管灌注桩。
(1)沉管灌注桩成桩过程为:桩机就位→锤击(振动)沉管→上料→边锤击(振动)边拔管,并继续浇筑混凝土→下钢筋笼,继续浇筑混凝土及拔管→成桩。
(2)锤击沉管灌注桩劳动强度大,要特别注意安全。该种施工方法适于黏性土、淤泥、淤泥质土、稍密的砂石及杂填土层中使用,但不能在密实的中粗砂、砂砾石、漂石层中使用。
3.套管夯扩灌注桩
套管夯扩灌注桩简称夯压桩,是在普通锤击沉管灌注桩的基础上加以改进发展起来的一种新型桩。它是在桩管内增加了一根与外桩管长度基本相同的内夯管,以代替钢筋混凝土预制桩靴,与外管同步打入设计深度,并作为传力杆,将桩锤击力传至桩端夯扩成大头形,并且增大了地基的密实度。同时,利用内管和桩锤的自重将外管内的现浇桩身混凝土压密成型,使水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土,使桩的承载力大幅度提高。
4.振动沉管灌注桩
适用于在一般黏性土、淤泥、淤泥质土、粉土、湿陷性黄土、稍密及松散的砂土及填土中使用,在坚硬砂土、碎石土及有硬夹层的土层中,由于容易损坏桩尖,不宜采用。根据承载力的不同要求,拔管方法可分别采用单打法、复打法、反插法。
5.人工挖孔灌注桩
人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔,然后安放钢筋笼,浇筑混凝土而成的桩。为了确保人工挖孔桩施工过程中的安全,施工时必须考虑预防孔壁坍塌和流砂现象发生,制定合理的护壁措施。护壁方法可以采用现浇混凝土护壁、喷射混凝土护壁、砖砌体护壁、沉井护壁、钢套管护壁、型钢或木板桩工具式护壁等多种。
下面以应用较广的现浇混凝土分段护壁为例,说明人工挖孔桩的施工工艺流程。
人工挖孔灌注桩的施工程序是:场地整平→放线、定桩位→挖第→节桩孔土方→支模浇筑等→节混凝土护壁→在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线→安装活动井盖、垂直运输架、起重卷扬机或电动葫芦、活底吊土桶、排水、通风、照明设施等→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径→拆上节模板,支第二节模板,浇筑第二节混凝土护壁→重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序,循环作业直至设计深度→进行扩底(当需扩底时)→清理虚土、排除积水,检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土。
6.混凝土灌注桩的特点
(1)与沉入桩中的锤击法相比,施工噪声和振动要小的多。(2)能建造比预制桩的直径大的多的桩。
(3)在各种地基上均可使用。
(4)施工质量的好坏对桩的承载力影响很大。
(5)因混凝土是在泥水中灌注的,因此混凝土质量较难控制。