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摘要: 本文结合笔者多年的工程实践, 参考国家最新施工规范, 主要对桩基施工中打(沉) 桩机械设备的选用和施工方法进行了探讨, 谨供同行参考。
关键词: 桩基工程; 打桩设备; 选用标准
俗话说：“万丈高楼平地起”, 桩基础施工在工业与民用建筑中有着重中之中的地位, 没有过硬、稳定、高质量的基础工程, 再豪华的建筑也摆脱不了坍塌的命运。本文结合笔者多年的工程实践, 参考国家最新施工规范, 对桩基施工中打(沉) 桩机械设备的选用和施工方法进行了探讨, 谨供同行参考。
一、打(沉) 桩机械的种类
目前, 常用打(沉) 桩机械设备主要有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油桩锤、振动桩锤、射水沉桩和静压力桩机七种。这几种打(沉) 机械的适用范围和优劣比较如下:
1.1 落锤 1) 所谓落锤, 就是指用人力或卷扬机拉起桩锤, 然后自由下落, 利用锤重夯击桩顶使桩入土。这种桩锤主要适用于打木桩及细长尺寸的混凝土桩, 在一般土层及粘土、含有砾石的土层均可使用。2) 落锤的构造简单, 使用方便, 冲击力大, 能随意调整落距；缺点是锤击速度慢( 每分钟约6—20 次) , 工作效率低。
1.2 单动汽锤 1) 指利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲, 增加夯击能量。这种机械适用于打各种桩, 最适用的是打成管灌注混凝土桩。2) 特点: 结构简单, 落距小, 不易损坏设备和桩头, 打桩速度及沖击力较落锤大, 效率高。
1.3 双动汽锤 1) 利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举,然后自由下落冲击桩顶。此种汽锤适用于打各种桩, 也可用于打斜桩。使用压缩空气时, 可用于水下打桩； 也可用于拔桩、吊锤打桩。2) 特点: 双动汽锤冲击次数较多,冲击力大,工作效率高, 缺点是设备笨重, 移动较困难。
1.4 柴油桩锤 1) 利用燃油爆炸推动活塞, 引起锤头跳动夯击桩顶。这种锤适用于打钢板桩、木桩, 在软弱地基打20米以下的混凝土桩。2) 特点: 附有桩架、动力等设备, 不需要外部能源, 机架轻, 移动便利，打桩快，燃料消耗少；但桩架高度低，遇硬土或软土不宜使用。
1.5 振动桩锤 1) 指利用偏心轮引起激振, 通过刚性联结的桩帽传到桩上。这种锤设备适用打钢板桩、钢管桩、长度在15米以内的打入式灌注桩; 适用于粉质粘土、松散砂土、砾石和密实的粘性土地基。2) 特点: 沉桩速度快, 适用性强, 施工操作简易安全,并能帮助卷扬机拔桩；但不适用打斜桩。
1.6 射水沉桩 1) 指利用水压力冲刷桩尖处土层, 再配以锤击沉桩。常与锤击法联合使用, 适用于大截面积混凝土桩和空心管桩。可用于多种土层, 而以砂土、砂砾土或其他坚硬的土层最适宜。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度超过半米的泥炭层。2) 特点: 可适用于多种土层, 打桩效率高, 桩不易损坏； 缺点是设备较多, 特别是当附近有建筑物时, 水流易使建筑物沉陷；不能用于打斜桩。
二、不同土层和不同地质情况下对锤重的选择( 参见下表1)
表1 锤重选择表
注: 本表仅供施工参考用；适用于边长200—600mm预制钢筋混凝土桩及直径400—600mm的钢管桩, 且桩尖进入硬土地有一定深度。
三、打(沉) 桩方法的选用范围和标准
3.1 锺击法打桩: 适用于软塑或可塑的粘性土层中沉桩。打桩锤可分落锤、蒸汽锤、柴油锤几种, 主要设备包括桩锤、桩架、动力设备等。
1) 落锤打桩:桩架高度一般为 6--15 米, 用0.5--2.0t 的铸铁锤, 用卷扬机提升, 落锤高度1 米以内。
2) 蒸汽锤打桩分单动式锤和双动式锤, 其技术性能分别见表2 和表3。
表2 单作用蒸汽锤规格和技术性能
3) 单动式锤打桩时, 锤直接放在桩顶, 由导柱固定位置, 重锤连接在筒内活塞杆上, 在筒内滑行, 每分钟锤击40-70 次, 锺重在3-15t 之间, 落距1m 以内。
表3 双作用蒸汽锤规格与技术性能
4) 双动式汽锤的举起和下落都借助蒸汽压力, 冲击力加大, 每分钟达100-135 次, 锺重为5-7t。
5) 柴油锤打桩, 有导杆式和筒式两种, 多用后者。打桩机带有桩锺、桩架、卷扬机等设备, 当遇砂土、砂砾石或其他坚硬土层, 采用锤击法打不穿时, 常辅以射水沉桩。
3.2 振动法沉桩: 适用于沉、拔钢板桩及钢管桩, 在砂土中效率最高, 在粘性土中较差, 需较大功率的振动器。主要设备为一个大功率的振动器及附属加压装置和起吊机械设备、混凝土上料斗等。
3.3 射水法(水冲法) 沉桩: 适用于淤泥、淤泥质土、软及中等密实粘土、粉质粘土、粉土、松散的砂、水饱和砂、密实砂、混有砾石的砂, 特别适用于与锤击法，振动法配合使用。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度较大的泥炭层。
3.4 插(钻、打) 桩法沉桩: 适用于软土地基打入大量密集预制桩；会对附近30-40米范围内造成土体大量隆起和水平位移, 要确保不危害邻近的地下管道、地面交通和建筑物的安全情况下使用。
1) 主要设备: 采用三点支撑式柴油打桩机, 应具有可水平旋转的互相垂直的双向龙门导轨, 在一侧配挂筒式柴油桩锤, 另一侧配挂长螺杆螺旋钻机, 使其在钻孔后不用移动桩机, 即可迅速插桩施打。
2) 施工方法: 沉桩时, 桩机就位后, 先将钻机转至桩架正前方对准桩位, 开动桩机徐徐钻进, 同时经由出土斗排土外运。钻时要保持钻杆不停地旋转, 以防卡钻。钻至预定标高后, 即可清孔提钻, 然后再将打桩机水平旋转, 使桩机导轨定位, 吊桩插于孔中施打。一般钻孔深为8-10 米, 其余长度用打桩机打入, 钻孔后应在半小时插桩施打, 避免塌孔。
3.5 静力压桩法沉桩: 适用于软土、淤泥质土, 沉设截面积小于600mm×600mm 以下的钢筋混土桩或空心管桩；也可用于打桩振动会影响邻近建筑物正常使用的情况。
1) 静力压桩法沉桩设备有机械式和液压式两种。其中机械式静力压桩机体积庞大, 比较笨重, 操作较复杂, 压桩速度较慢工效低, 运输、安装、移动不便。液压式静力压力桩机用液压操纵, 自动化程度高, 结构紧凑, 行走方便、施压部位在桩的侧面, 送桩定位方便、迅速, 压桩效率高, 劳动强度低, 移动方便、迅速, 是一种新型的静压桩方式, 已逐步取代机械式静力压桩。下面就介绍一下液压式静力压桩。
2) 施工方法: 液压式系采用液压式静力压桩机进行, 该机由压拔机械、行走机构及起吊机构三部分组成；压拔机构是压桩机的主体, 当桩被送入该机构后便被夹紧并压入( 或拔出) 土中； 行走机构可自行移动, 进行纵、横向运动, 并能小角度旋转, 以适应自找桩位和纠偏的需要； 起吊机构可作360°回转吊装、送桩。压桩时, 先用起吊机构将桩吊入到压桩机主机压桩部位后, 用液压夹桩器将桩头夹紧, 开动压桩油缸, 利用伸长之力将桩压入土中, 接着回程再吊上第二节桩,接桩后继续压入, 反复操作, 至全部桩段压入土中, 然后开动行走机构, 移至下一桩位压桩。
四、结论
工业与民用建筑桩基施工是一项十分复杂的工程体系, 对施工质量和安全的要求十分严格, 关于桩基施工技术的内容除了上述的最基础的技术指标外, 还有更具体的诸如钢筋混凝土预制桩打桩的施工技术、混凝土及钢筋混凝土灌注桩、钻孔成孔桩等施工方法值得施工人员进行探讨和总结。由于桩基础施工技术的日新月异, 很难用较短的篇幅加以全面概括, 希望同行们能在具体工程施工中有所创新。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词: 桩基工程; 打桩设备; 选用标准
俗话说：“万丈高楼平地起”, 桩基础施工在工业与民用建筑中有着重中之中的地位, 没有过硬、稳定、高质量的基础工程, 再豪华的建筑也摆脱不了坍塌的命运。本文结合笔者多年的工程实践, 参考国家最新施工规范, 对桩基施工中打(沉) 桩机械设备的选用和施工方法进行了探讨, 谨供同行参考。
一、打(沉) 桩机械的种类
目前, 常用打(沉) 桩机械设备主要有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油桩锤、振动桩锤、射水沉桩和静压力桩机七种。这几种打(沉) 机械的适用范围和优劣比较如下:
1.1 落锤 1) 所谓落锤, 就是指用人力或卷扬机拉起桩锤, 然后自由下落, 利用锤重夯击桩顶使桩入土。这种桩锤主要适用于打木桩及细长尺寸的混凝土桩, 在一般土层及粘土、含有砾石的土层均可使用。2) 落锤的构造简单, 使用方便, 冲击力大, 能随意调整落距；缺点是锤击速度慢( 每分钟约6—20 次) , 工作效率低。
1.2 单动汽锤 1) 指利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲, 增加夯击能量。这种机械适用于打各种桩, 最适用的是打成管灌注混凝土桩。2) 特点: 结构简单, 落距小, 不易损坏设备和桩头, 打桩速度及沖击力较落锤大, 效率高。
1.3 双动汽锤 1) 利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举,然后自由下落冲击桩顶。此种汽锤适用于打各种桩, 也可用于打斜桩。使用压缩空气时, 可用于水下打桩； 也可用于拔桩、吊锤打桩。2) 特点: 双动汽锤冲击次数较多,冲击力大,工作效率高, 缺点是设备笨重, 移动较困难。
1.4 柴油桩锤 1) 利用燃油爆炸推动活塞, 引起锤头跳动夯击桩顶。这种锤适用于打钢板桩、木桩, 在软弱地基打20米以下的混凝土桩。2) 特点: 附有桩架、动力等设备, 不需要外部能源, 机架轻, 移动便利，打桩快，燃料消耗少；但桩架高度低，遇硬土或软土不宜使用。
1.5 振动桩锤 1) 指利用偏心轮引起激振, 通过刚性联结的桩帽传到桩上。这种锤设备适用打钢板桩、钢管桩、长度在15米以内的打入式灌注桩; 适用于粉质粘土、松散砂土、砾石和密实的粘性土地基。2) 特点: 沉桩速度快, 适用性强, 施工操作简易安全,并能帮助卷扬机拔桩；但不适用打斜桩。
1.6 射水沉桩 1) 指利用水压力冲刷桩尖处土层, 再配以锤击沉桩。常与锤击法联合使用, 适用于大截面积混凝土桩和空心管桩。可用于多种土层, 而以砂土、砂砾土或其他坚硬的土层最适宜。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度超过半米的泥炭层。2) 特点: 可适用于多种土层, 打桩效率高, 桩不易损坏； 缺点是设备较多, 特别是当附近有建筑物时, 水流易使建筑物沉陷；不能用于打斜桩。
二、不同土层和不同地质情况下对锤重的选择( 参见下表1)
表1 锤重选择表
注: 本表仅供施工参考用；适用于边长200—600mm预制钢筋混凝土桩及直径400—600mm的钢管桩, 且桩尖进入硬土地有一定深度。
三、打(沉) 桩方法的选用范围和标准
3.1 锺击法打桩: 适用于软塑或可塑的粘性土层中沉桩。打桩锤可分落锤、蒸汽锤、柴油锤几种, 主要设备包括桩锤、桩架、动力设备等。
1) 落锤打桩:桩架高度一般为 6--15 米, 用0.5--2.0t 的铸铁锤, 用卷扬机提升, 落锤高度1 米以内。
2) 蒸汽锤打桩分单动式锤和双动式锤, 其技术性能分别见表2 和表3。
表2 单作用蒸汽锤规格和技术性能
3) 单动式锤打桩时, 锤直接放在桩顶, 由导柱固定位置, 重锤连接在筒内活塞杆上, 在筒内滑行, 每分钟锤击40-70 次, 锺重在3-15t 之间, 落距1m 以内。
表3 双作用蒸汽锤规格与技术性能
4) 双动式汽锤的举起和下落都借助蒸汽压力, 冲击力加大, 每分钟达100-135 次, 锺重为5-7t。
5) 柴油锤打桩, 有导杆式和筒式两种, 多用后者。打桩机带有桩锺、桩架、卷扬机等设备, 当遇砂土、砂砾石或其他坚硬土层, 采用锤击法打不穿时, 常辅以射水沉桩。
3.2 振动法沉桩: 适用于沉、拔钢板桩及钢管桩, 在砂土中效率最高, 在粘性土中较差, 需较大功率的振动器。主要设备为一个大功率的振动器及附属加压装置和起吊机械设备、混凝土上料斗等。
3.3 射水法(水冲法) 沉桩: 适用于淤泥、淤泥质土、软及中等密实粘土、粉质粘土、粉土、松散的砂、水饱和砂、密实砂、混有砾石的砂, 特别适用于与锤击法，振动法配合使用。不能用于粗卵石、极坚硬的粘土层或厚度较大的泥炭层。
3.4 插(钻、打) 桩法沉桩: 适用于软土地基打入大量密集预制桩；会对附近30-40米范围内造成土体大量隆起和水平位移, 要确保不危害邻近的地下管道、地面交通和建筑物的安全情况下使用。
1) 主要设备: 采用三点支撑式柴油打桩机, 应具有可水平旋转的互相垂直的双向龙门导轨, 在一侧配挂筒式柴油桩锤, 另一侧配挂长螺杆螺旋钻机, 使其在钻孔后不用移动桩机, 即可迅速插桩施打。
2) 施工方法: 沉桩时, 桩机就位后, 先将钻机转至桩架正前方对准桩位, 开动桩机徐徐钻进, 同时经由出土斗排土外运。钻时要保持钻杆不停地旋转, 以防卡钻。钻至预定标高后, 即可清孔提钻, 然后再将打桩机水平旋转, 使桩机导轨定位, 吊桩插于孔中施打。一般钻孔深为8-10 米, 其余长度用打桩机打入, 钻孔后应在半小时插桩施打, 避免塌孔。
3.5 静力压桩法沉桩: 适用于软土、淤泥质土, 沉设截面积小于600mm×600mm 以下的钢筋混土桩或空心管桩；也可用于打桩振动会影响邻近建筑物正常使用的情况。
1) 静力压桩法沉桩设备有机械式和液压式两种。其中机械式静力压桩机体积庞大, 比较笨重, 操作较复杂, 压桩速度较慢工效低, 运输、安装、移动不便。液压式静力压力桩机用液压操纵, 自动化程度高, 结构紧凑, 行走方便、施压部位在桩的侧面, 送桩定位方便、迅速, 压桩效率高, 劳动强度低, 移动方便、迅速, 是一种新型的静压桩方式, 已逐步取代机械式静力压桩。下面就介绍一下液压式静力压桩。
2) 施工方法: 液压式系采用液压式静力压桩机进行, 该机由压拔机械、行走机构及起吊机构三部分组成；压拔机构是压桩机的主体, 当桩被送入该机构后便被夹紧并压入( 或拔出) 土中； 行走机构可自行移动, 进行纵、横向运动, 并能小角度旋转, 以适应自找桩位和纠偏的需要； 起吊机构可作360°回转吊装、送桩。压桩时, 先用起吊机构将桩吊入到压桩机主机压桩部位后, 用液压夹桩器将桩头夹紧, 开动压桩油缸, 利用伸长之力将桩压入土中, 接着回程再吊上第二节桩,接桩后继续压入, 反复操作, 至全部桩段压入土中, 然后开动行走机构, 移至下一桩位压桩。
四、结论
工业与民用建筑桩基施工是一项十分复杂的工程体系, 对施工质量和安全的要求十分严格, 关于桩基施工技术的内容除了上述的最基础的技术指标外, 还有更具体的诸如钢筋混凝土预制桩打桩的施工技术、混凝土及钢筋混凝土灌注桩、钻孔成孔桩等施工方法值得施工人员进行探讨和总结。由于桩基础施工技术的日新月异, 很难用较短的篇幅加以全面概括, 希望同行们能在具体工程施工中有所创新。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开