预制桩的分类和施工

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制桩根据材料可分为木桩、混凝土预制桩和钢桩。木桩现在已经很少使用;混凝土预制桩包括普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩(PC)、预应力高强混凝土管桩(PHC)、预应力混凝土方桩;钢桩主要是钢管桩和H型桩。沉桩方法有锤击法、静压法、振动法、射水法、预钻孔法及中掘法等。 预应力混凝土管桩的优点明显,在工程中的应用发展非常快,在桩基工程占重要地位。

一、分类

预制桩主要有混凝土预制桩和钢桩两大类。混凝土预制桩能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快,是广泛应用的桩型之一,但其施工对周围环境影响较大,常用的有混凝土实心方桩和预应力混凝土空心管桩。钢桩主要是钢管桩和H型钢桩两种。

混凝土实心方桩

预制桩的分类和施工

桩尖、桩身和桩头

钢筋混凝土实心桩,断面一般呈方形。桩身截面一般沿桩长不变。实心方桩截面尺寸一般为200×200mm~600×600mm。钢筋混凝土实心桩桩身长度:限于桩架高度,现场预制桩的长度一般在25~30m以内。限于运输条件,工厂预制桩,桩长一般不超过12m,否则应分节预制,然后在打桩过程中予以接长。接头不宜超过3个。钢筋混凝土实心桩的优点:长度和截面可在一定范围内根据现场实际需要选择,由于在地面上预制,制作质量容易保证,承载能力高,耐久性好。因此,工程上应用较广。材料要求:钢筋混凝土实心桩所用混凝土的强度等级不宜低于C30(30N/mm2)。采用静压法沉桩时,可适当降低,但不宜低于C20,预应力混凝土桩的混凝土的强度等级不宜低于C40,主筋根据桩断面大小及吊装验算确定,一般为4~8根,直径12~25mm;不宜小于Φ14,箍筋直径为6~8mm,间距不大于200mm,打入桩桩顶2~3d长度范围内箍筋应加密,并设置钢筋网片。预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm。桩尖处可将主筋合拢焊在桩尖辅助钢筋上,在密实砂和碎石类土中,可在桩尖处包以钢板桩靴,加强桩尖。

混凝土管桩

预制桩的分类和施工

混凝土管桩

混凝土管桩一般在预制厂用离心法生产。桩径有Φ300、Φ400、Φ500mm等,每节长度8m、10m、12m不等,接桩时,接头数量不宜超过4个。管壁内设Φ12mm~22mm主筋10根~20根,外面绕以Φ6mm螺旋箍筋,多以C30混凝土制造。混凝土管桩各节段之间的连接可以用角钢焊接或法兰螺栓连接。由于用离心法成型,混凝土中多余的水分由于离心力而甩出,故混凝土致密,强度高,抵抗地下水和其它腐蚀的性能好。混凝土管桩应达到设计强度100%后方可运到现场打桩。堆放层数不超过三层,底层管桩边缘应用楔形木块塞紧,以防滚动。

  二、制作

较短的桩一般在预制厂制作,较长的桩一般在施工现场附近露天预制。为节省场地,现场预制方桩多用叠浇法,重叠层数取决于地面允许荷载和施工条件,一般不宜超过4层。制桩场地应平整、坚实。不得产生不均匀沉降。桩与桩间应做好隔离层,桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。上层桩或邻桩的浇筑,必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%以后方可进行。钢筋骨架及桩身尺寸偏差如超出规范允许的偏差,桩容易被打坏,桩的预制先后次序应与打桩次序对应,以缩短养护时间。预制桩的混凝土浇筑,应由桩顶向桩尖连续进行,严禁中断,并应防止另一端的砂浆积聚过多。

三、起吊

钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计强度等级的70%方可起吊,达到设计强度等级的100%才能运输和打桩。如提前吊运,必须采取措施并经过验算合格后才能进行。

起吊时,必须合理选择吊点,防止在起吊过程中过弯而损坏。当吊点少于或等于3个时,其位置按正负弯矩相等的原则计算确定。当吊点多于3个时,其位置按反力相等的原则计算确定。长20~30m的桩,一般采用3个吊点。

 四、运输堆放

打桩前,桩从制作处运到现场,并应根据打桩顺序随打随运。桩的运输方式,在运距不大时,可用起重机吊运;当运距较大时,可采用轻便轨道小平台车运输。严禁在场地上直接推拉桩体。

五、预制桩运输与堆放

堆放桩的地面必须平整、坚实,垫木间距应与吊点位置相同,各层垫木应位于同一垂直线上,堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩,应分别堆放。

预应力管桩达到设计强度后方可出厂,在达到设计强度及14天龄期后方可沉桩。

预应力管桩在节长小于等于20m时宜采用两点捆绑法,大于20m时采用四吊点法。

预应力管桩在运输过程中应满足两点起吊法的位置,并垫以楔形掩木防止滚动,严禁层间垫木出现错位。

六、沉桩方法

预制桩的沉桩方法有锤击法、静力压桩法、振动法等。

锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力,使桩沉到预定持力层。这是最常用的一种沉桩方法。

打桩设备主要有桩锤、桩架和动力装置三部分。

桩锤

对桩施加冲击力,将桩打入土中。主要有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、液压锤。

①落锤:

一般由生铁铸成,利用卷扬机提升,以脱钩装置或松开卷扬机刹车使其坠落到桩头上,逐渐将桩打入土中。落锤重量为5~20KN,构造简单,使用方便,故障少。适用于普通粘性土和含砾石较多的土层中打桩。但打桩速度较慢,效率低。提高落锤的落距,可以增加冲击能,但落距太高又会击坏桩头,故落距一般以1~2m为宜。

②单动汽锤:

单动汽锤的冲击部分为汽缸,活塞是固定于桩顶上的,动力为蒸气。其工作过程和原理是:将锤固定于桩顶上,用软管连接锅炉阀门,引蒸气入汽缸活塞上部空间,因蒸气压力推动而升起汽缸,当升到顶端位置时,停止供汽并排出汽体,汽锤则借自重下落到桩顶上击桩。如此反复循环进行,逐渐把桩打入土中。单动汽锤的锤重30~150KN,具有落距小,冲击力大的优点,其打桩速度较自由落锤快,适用于打各种桩。

③双动汽锤:

双动汽锤

双动汽锤的冲击部分为活塞,动力是蒸汽。汽缸是固定在桩顶上不动的,而汽锤是在汽缸内,由蒸汽推动而上下运动。其工作过程和原理是:先将桩锤固定在桩顶上,然后将蒸汽由汽锤的汽缸调节阀进入活塞下部,由蒸汽的推动而升起活塞,当升到最上部时,调节阀在压差的作用下自动改变位置,蒸汽即改变方向而进入活塞上部,下部汽体则同时排出。如此反复循环进行而逐渐把桩打入土中。

④柴油锤:

柴油锤是以柴油为燃料,利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力,将锤抬起,然后自由落下冲击桩顶,同时汽缸中空气压缩,温度骤增,喷嘴喷油,柴油在汽缸内自行燃烧爆发,使汽缸上抛,落下时又击桩进入下一循环。如此反复循环进行,把桩打入土中。根据冲击部分的不同,柴油锤可分为导杆式、活塞式和管式三大类。导杆式柴油锤的冲击部分是沿导杆上下运动的汽缸,筒式柴油锤的冲击部分则是往复运动的活塞。

 

桩架

滚筒式桩架

支持桩身和桩锤,将桩吊到打桩位置,并在打入过程中引导桩的方向,保证桩锤沿着所要求的方向冲击。常用的桩架形式有以下三种:

多功能桩架

①滚筒式桩架:

行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动,优点是结构比较简单,制作容易,但在平面转弯、调头方面不够灵活,操作人员较多。适用于预制桩和灌注桩施工。

②多功能桩架:

多功能桩架的机动性和适应性很大,在水平方向可做3600旋转,导架可以伸缩和前后倾斜,底座下装有铁轮,底盘在轨道上行走。这种桩架可适用于各种预制桩和灌筑桩施工。

③履带式桩架:

以履带起重机为底盘,增加导杆和斜撑组成,用以打桩。移动方便,比多功能桩架更灵活,可用于各种预制桩和灌筑桩施工。

七、打桩顺序

打桩时,由于桩对土体的挤密作用,先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩;而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度,造成土体隆起和挤压,截桩过大。所以,群桩施工时,为了保证质量和进度,防止周围建筑物破坏,打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。

在打桩前,应根据设计图纸确定桩基轴线,并将桩的准确位置测设到地上。要综合考虑到桩的密集程度、基础的设计标高、现场地形条件、土质情况等,以确定打桩顺序。

常用的打桩顺序一般有下面几种:

由一侧向单一方向进行,自中间向两个方向对称进行,自中间向四周进行。

一般基坑不大时,应从中间开始分头向两边或周边进行;当基坑较大时,应将基坑分成数段,而后在各段范围内分别进行。打桩应避免自外向内,或从周边向中间进行。

第一种打桩顺序,打桩推进方向宜逐排改变,以免土壤朝一个方向挤压,而导致土壤挤压不均匀,对于同一排桩,必要时还可采用间隔跳打的方式。对于大面积的桩群,宜采用后两种打桩顺序,以免土壤受到严重挤压,使桩难以打入,或使先打入的桩受挤压而倾斜。大面积的桩群,宜分成几个区域,由多台打桩机采用合理的顺序进行打设。打桩时对不同基础标高的桩,宜先深后浅,对不同规格的桩,宜先大后小,先长后短,宜防止桩的位移或偏斜。

为减少挤土影响,确定沉桩顺序的原则应入下:

a、从中间向四周沉设,由中及外;

b、从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设,由近及远;

c、先沉设入土深度深的桩,由深及浅;

d、先沉设断面大的桩,由大及小。

e、先沉设长度大的桩,由长及短。

 八、打桩方法

打桩机就位后,将桩锤和桩帽吊起,然后吊桩并送至导杆内,垂直对准桩位缓缓送下插入土中,垂直偏差不得超过0.5%,然后固定桩帽和桩锤,使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上,确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫,桩帽和桩顶周围四边应有5~10mm的间隙,以防损伤桩顶。

锤击法打桩过程

打桩开始时,应先采用小的落距(0.5~0.8m)作轻的锤击,使桩正常沉入土中约1~2m后,经检查桩尖不发生偏移,再逐渐增大落距至规定高度,继续锤击,直至把桩打到设计要求的深度。最大落距不宜大于1m,用柴油锤时,应使锤跳动正常。在打桩过程中,遇有贯入度剧变、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或破碎等异常情况时,应暂停打桩,及时研究处理。

打桩有“轻锤高击”和“重锤低击”两种方式。这两种方式,如果所做的功相同,而所得到的效果却不相同。轻锤高击,所得的动量小,而桩锤对桩头的冲击力大,因而回弹也大,桩头容易损坏大部分能量均消耗在桩锤的回弹上,故桩难以入土。相反,重锤低击,所得的动量大,而桩锤对桩头的冲击力小,因而回弹也小,桩头不易被打碎,大部分能量都可以用来克服桩身与土壤的摩阻力和桩尖的阻力,故桩很快入土。此外,又由于重锤低击的落距小,因而可提高锤击频率,打桩效率也高,正因为桩锤频率较高,对于较密实的土层,如砂土或粘性土也能较容易地穿过,所以打桩宜采用“重锤低击”。

  九、质量控制

打桩质量评定包括两个方面:一是能否满足设计规定的贯入度或标高的要求;二是桩打入后的偏差是否在施工规范允许的范围内。

1、贯入度或标高必须符合设计要求

桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、碎石土、中密以上的粉土和砂土或风化岩等土层时,应以贯入度控制为主,桩端进入持力层深度或桩尖标高作参考;若贯入度已达到而桩端标高未达到时,应继续锤击3阵,其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值;桩端位于其它软土层时,以桩端设计标高控制为主,贯入度作参考。

上述所说的贯入度是指最后贯入度,即施工中最后10击内桩的平均入土深度。贯入度的大小应通过合格的试桩或试打数根桩后确定,它是打桩质量标准的重要控制指标。最后贯入度的测量应在下列正常条件下进行:桩顶没有破坏;锤击没有偏心;锤的落距符合规定;桩帽与弹性垫层正常。

打桩时如桩端达到设计标高而贯入度指标与要求相差较大;或者贯入度指标已满足,而标高与设计要求相差较大。遇到这两种情况时,说明地基的实际情况设计原来的估计或判断有较大的出入,属于异常情况,都应会同设计单位研究处理,以调整其标高或贯入度控制的要求。

2、平面位置或垂直度必须符合施工规范要求

桩打入后,桩位的允许偏差应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002的规定。

预制桩(钢桩)桩位的允许偏差(mm),必须使桩在提升就位时要对准桩位,桩身要垂直;桩在施打时,必须使桩身、桩帽和桩锤三者的中心线在同一垂直轴线上,以保证桩的垂直入土;短桩接长时,上下节桩的端面要平整,中心要对齐,入发现断面有间隙,应用铁片垫平焊牢;打桩完毕基坑挖土时,应制订合理的挖土方案,以防挖土而引起桩的位移或倾斜。

3、接桩的质量要求

(1)采用焊接接桩时,电焊结束后停歇时间、焊缝的允许偏差、检验数量及检验方法应符合下表的规定。

电焊结束后停歇时间、焊缝的允许偏差、检验数量及检验方法

预制桩的分类和施工

(2)当混凝土预制桩用法兰盘拼接时,应连接牢固,防锈处理应符合设计要求。

 十、环境影响

1、必须遵守国家有关环境保护法令,对现场施工时的“三废”排放和建筑垃圾的清理均遵守有关规定。如因我方施工违反上述法令条例受处罚或因影响周围居民、企业而导致赔偿时,由我方自行承担,发包人概不负责,也不支付任何费用。

2、施工中产生的固体废弃物的堆放、产生的噪音污染及废气排放必须按《中华人民共和国环境保护法》等有关法规执行。

3、凡无出厂环境指标检验报告或者放射性指标、有害物质含量指标超标的产品不得使用在本工程上。要大力提倡使用环保产品,确保本工程建设成为环保工程。

4、为保持施工场地和生活区的环境卫生,对生活垃圾,在生活区和施工区设置垃圾收集点,及时将垃圾集中后运至业主指定的垃圾堆放点进行堆放掩埋。

5、定期对工地施工道路进行养护、洒水,减少粉尘。

6、施工组织力求均衡,加强计划的落实,建筑垃圾、弃土等及时清运至指定弃土地点,工完料尽,保护良好的施工环境。

十一、检测

一、预制桩、预应力管桩完工后应进行桩身完整性及单桩竖向承载力检测。

二、宜先进行桩身完整性检测,根据完整性检测结果选择有代表性的桩进行单桩竖向承载力检测。

三、桩身完整性检测应采用低应变法,抽检数量,应抽取总桩数的10%,且不少于10根,每个承台不得少于1根。

四、单桩竖向承载力检测应符合如下规定:

同一规格、同一持力层的基桩,对设计等级为甲级和乙级桩基应抽取总桩数的1%且不少于3根进行单桩竖向静载荷试验;

对地基基础设计等级为丙级的桩基应抽取总桩数的5%且不少于5根进行高应变动力检测。

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