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岩土研究院

板桩墙施工介绍

411 2021-04-13 10:44:05

钢板桩施工

1.沉桩设备及其选择

钢板桩的沉桩设备种类繁多,常用的主要有∶ 冲击式打桩机械、振动打桩机械、振动冲击打桩机械、静力压桩机械等。施工时应综合考虑钢板桩特性、工程地质条件、环境条件、场地条件、桩锤能量、锤击数、锤击应力及是否需要拔桩等因素,选择既经济又安全,同时能保证施工效率的沉桩机械。在正式施工前,宜用初步选定的机械及辅助设备进行试打,以证明沉桩设备适用性并确定施工参数。


(1)冲击式打桩机械

冲击式打桩机械具有打桩力大、机动灵活、施工速度快等优点,但施工时易产生噪声和振动,对环境影响较大。此外为避免钢板桩桩头受损,应选用合适的打桩锤。常用的打桩锤种类包括∶柴油打桩锤、下落式打桩锤、双动式液压打桩锤和蒸汽/空气打桩锤。其中柴油锤和蒸汽锤施工时会产生烟雾,对周围环境有一定影响。


柴油锤打击能量大,所需的辅助设备不多,因此成为常用的打桩锤。下落式打桩锤也可应用于柴油锤所适用的各种场地条件,且能得到与柴油锤同样的夯锤重量比,施工时可选择重锤低击来减小桩头损伤和降低噪声。双动式液压打桩锤因具有噪声低、无油烟、低能耗的优点,正不断被扩大使用。蒸汽/空气打桩锤需要配置锅炉及管道等辅助设备,较为麻烦,因此应用不多。


(2)振动打桩机械

振动打桩机械是将机器产生的垂直振动传给桩体,使桩周围的土体结构因振动而降低强度,减小桩周及桩端的阻力,利于桩的贯入,对于一般砂土层和黏土层均适用。但在结构紧密的细砂层中,这种振动减阻效果不明显。


振动打桩机械施工速度较快,噪声较冲击式打桩机械小,不易损坏桩头,不产生烟雾,且当施工净空受限或需要拔桩时更具优势,但是其对 N>50 的砂土或N>30 的黏土等硬土层的贯入性能较差。振动打桩锤主要有电动振动锤和液压振动锤两种。电动振动锤瞬间电流较大,耗电较多;液压振动锤则大多需要专门的液压设备。


(3)振动冲击打桩机械

这种机械是在振动打桩机械的机体与夹具之间设置冲击机构,在上下振动的同时,也产生冲击力,可以明显提高施工效率,但同时也会产生较大的噪声和振动。


(4)静力压桩机械

静力压桩机械的显著优点是几乎不产生噪声和振动,对环境影响小,因此目前广泛应用于居住区等环境要求较高的区域。其特别适用于黏性土地质,需在硬土层中沉桩时可采用辅助措施。


(5)辅助设备

除上述沉桩机械外,钢板桩的沉桩还需要桩架、卸扣及穿引器、桩帽或桩垫、加强靴等辅助设备,以保证沉桩质量。


桩架应行走方便且结实可靠,操作灵活方便,其选用需要考虑桩锤、作业空间、打桩顺序、施工管理水平等因素。桩架有履带式和步履式两种,前者可以拆卸导杆,而后者较为稳固,适用于场地条件较差的情况。


卸扣及穿引器主要用于固定钢板桩接头,可以使桩头与吊车的连接在所需高度分开,更加快速、高效、安全,有地面释放和棘轮释放两种方式。卸扣利用桩头上的起吊孔剪切销来连接,避免了摩擦型连接会突然滑落的安全隐患。钢板桩起吊后通过穿引器完成板桩之间的咬合,更加安全快捷,且可适用于恶劣的天气。


在使用冲击式沉桩机械时,需要设置桩垫、桩帽用于将锤击能量传递给桩体并保护桩头不受损坏。桩帽在锤击形心不对称或是组合型钢板桩时,也起到保证均匀传力避免偏心锤击的作用,因此桩帽与板桩的接触面应尽可能的大,且须能承受较大的锤击能量,其内部一般设置定向块以保证板桩的位置。桩垫主要起缓冲作用,一般由塑料或木材、铁块等材料构成。


加强靴可以加强桩尖强度,用以在穿越卵石、砾石、旧木桩等人为或自然障碍物时保持桩体的形状,防止变形损伤,增强穿越能力。


2.沉桩施工

(1)沉桩方法

为保证钢扳桩的垂直打入和打入后板桩墙的平直,需设置导向围檩。根据实际需要和现场条件,导向围檩在平面布置上可为单面或双面,在垂直方向可单层或多层,材料可采用型钢或木材,单层双面的导向围檩如图 4-1 所示。导向围檩一般分段设置,循环使用,每段设置的长度根据施工情况确定,应考虑到循环使用的效率。


沉桩时第一根桩的施工较为重要,应保证其在水平方向和竖直方向的垂直度,同时需注意后沉的钢板桩应与先沉桩的锁口的可靠连接。


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(2)沉桩的布置方式

沉桩时的布置方式一般有插打式、屏风式和错列式三种。


插打式是最普通的施工方法,即将钢板桩逐根打入十中。其优点是施工速度快。桩架高度相对可低一些,一般适用于松软土质和短桩。但该方法板桩易倾斜,为此可在一根桩打入后,将其与前一根桩焊接,既可防止倾斜又可避免被后打的桩带入土中。采用插打式打桩法时,为有利于钢板桩的封闭,一般需从距基坑角点约五对钢板桩处开始沉桩,至距角点约五对钢板桩处停止,封闭前校正钢板桩的倾斜,封闭时通过调整墙体走向来保证尺度要求,必要时补桩封闭。


屏风式是将多根钢板桩插入土中一定深度,用桩机来回锤击,使位于两端的 1~2 根桩先达到要求深度,再将中间桩依次打入。这种施工方法可防止板桩发生倾斜或转动,能更好地控制沉桩长度,常用于要求闭合的围护结构。但其施工速度比插打式慢,桩架也较高。屏风式打桩法有利于钢板桩的封闭,工程规模较小时可考虑将所有钢板桩安装成板桩墙后再进行沉桩。


错列式是先每隔一根桩进行打入,然后再锤击中间的桩,如图 4-2 所示。这样可以改善桩列的线形,并避免板桩倾斜。对组合钢板桩的沉桩,常采用此方法,一般先打入截面模量较大的主桩,再打中间截面模量较小的桩。


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(3)辅助沉桩措施

当采用上述方法沉桩有困难时,可采取一定的辅助沉桩措施,如水冲法、预钻孔法或爆破法等。


水冲法包括空气压力法、低压水冲法、高压水冲法等,其原理是通过设置在板桩底部的喷射口喷射流体,达到使土体松散利于沉桩的目的。但是水冲法产生的大量的水可能引起沉降等问题,高压水冲法的水量相对较小,较为有利;而低压水冲由于其可能会影响土体性质,应慎用。


预钻孔法即通过预钻孔降低土体的抗力以利于沉桩,一般钻孔直径为 150~250mm,当钻孔,太大时需进行回填。这种方法甚至可用于含有硬岩层的地质中的钢板桩沉桩。


爆破法主要有常规爆破和振动爆破两种。常规爆破是将炸药放进钻孔内,覆土后引爆,可以在沉桩中心线形成V 形沟槽。振动爆破是利用低能炸药将坚硬岩石炸成细颗粒材料,这种方法对岩石影响较小,板桩应尽快打入以利用最佳沉桩时机。


(4)沉桩的质量控制

钢板桩沉桩时会遇到一些问题从而影响沉桩质量,下面对常见问题及相应对策分别进行介绍。


打桩阻力过大不易贯入。主要有两种原因∶ 一是在硬实的砂层或砂砾层中,打桩阻力过大,对此应在施工前对地质条件进行详细分析, 充分研究贯入的可能性,施工时可采用振动法或辅以高压冲水法等辅助措施,不能用锤硬打。


二是钢板桩连接锁口锈蚀、变形导致钢板桩不能顺利沿锁口打下,对此应在打桩前逐根对钢板桩进行检查,还可在锁口内涂油脂以减小阻力。


板桩向桩机行进方向倾斜,是由于连接锁口处的阳力大于板桩周围十体的阻力,使板桩受力不均衡而发生倾斜。对此在施工时应尽早调整,可用钢索反向拉住桩身后再锤击,或改变锤击方向。当倾斜过大采用上述方法无法纠正时,可使用特殊的楔形钢板桩,达到纠偏的目的。


沉桩将相邻板桩带入土中时,可将相邻板桩与围檩焊接,或与其他已打入的板桩用型钢、夹具等连接。也可施工时不一次性将板桩打到要求深度,留一部分在地面以上,待最后再用屏风法将余下部分打入。为减小板桩间阻力,可在连接锁口内涂油脂和采用特殊塞子防止砂土进入锁口。


钢板桩以锁口为中心发生转动会影响板桩墙的平整度和后期围檩的安装,解决措施有∶ 设置导架限制板桩的转动;在打桩行进方向用卡板锁住板桩的前锁口;在两块板桩的锁口扣搭处的两边用垫铁和木榫填实等。


当地下水位以下的砂性土层易液化时,应考虑先通过降水疏干易液化土层,避免打桩振动引起土体液化,板桩发生蠕动。


由于锁口拉伸或压缩造成的钢板桩的拉伸或压缩可能使得规定长度内钢板桩数量不足,可采取修正下幅钢板桩的打击方法、更改下幅钢板桩的有效宽度、使用异型钢板桩、追打钢板桩等对策。此外,还须在钢板桩锁口内涂抹或填充止水材料,防止沉桩时锁口变形较大造成锁口分离的现象。


3.钢板桩的拔除

钢板桩一般在基坑回填后要拔除,以便重复利用。拔除钢板桩前,应详细研究拔桩方法、拔桩顺序、拔桩时间及十孔,处理等内容。控制拔桩时因振动、带土过多等因素引起的地面沉降和土体水平位移,避免对已施工的地下结构和邻近的建(构) 筑物及地下管线造成影响。


根据所用机械的不同,拔桩方法可分为静力拔桩、液压拔桩、振动拔桩和冲击拔桩等。静力拔桩所用的设备主要为卷扬机或液压千斤顶,设备简单,成本较低,但受设备及能力限制,效率较低,且有时不能将桩顺利拔出。液压拔桩则采用与液压静力沉桩相反的步骤,从相邻板桩获得反力,操作简单,环境影响较小,但施工速度稍慢。


振动拔桩是利用机械激起钢板桩的强迫振动,扰动土体,降低拔桩阻力,以利于桩的拔出,其效率较高,采用大功率振动拔桩机可一次拔出多根板桩。冲击拔桩是以蒸汽、高压空气为动力,利用打桩机的原理对板桩施加向上的冲击力,同时利用卷扬机将板桩拔出,这类机械国内不多见,工程中较少运用。


钢板桩拔除的难易程度多取决于打入时顺利与否,如在硬十或密实砂十中打入的板桩拔除时也很困难,尤其当一些板桩的咬口在打入时产生变形或垂直度很差,则在拔除时会遇到很大的阻力。此外,如果基坑开挖时因支撑不及时使板桩变形很大。也会造成拔桩困难。在拔桩前必须对相关因素作详细调查,判断拔桩作业的难易程度,事先做好充分的准备。基坑内的土建施工结束后,回填必须有具体要求,尽量使板桩两侧土压力平衡,有利于拔桩作业。


由于拔桩时对地基的反力以及机械设备的自重会使板桩受到侧向压力,不利于拔桩,为此需使拔桩设备与桩保持—定距离,必要时搭设临时脚手架以减小对板桩的侧向压力由于拔桩作业时地面荷载较大,必要时还需在拔桩设备下放置路基箱或垫木,确保设备不发生倾斜。对干封闭式板桩墙,拔桩起点应与角桩保持适当距离,可根据沉桩时的情况确定拔桩起点。拔桩的顺序最好与打桩时相反,必要时也可采用跳拔 (间隔拔桩) 的方法。


钢板桩拔不出时可采取如下措施∶用振动锤或柴油锤等将钢板桩再复打一次,可克服土的黏着力或将板桩上的铁锈等消除;由于板桩承受土压力一侧的土较密实,在其附近平行地打入另一块板桩,可使原来的板桩顺利拔出;在板桩两侧开槽放入膨润土泥浆,也可在拔桩时减少阻力。


拔桩引起的地层损失和扰动可能会使基坑内已施工的结构或管道发生沉陷,或造成邻近建筑的下沉和开裂、管道损坏等,对此应充分考虑并采取有效措施。对拔桩后留下的桩孔应及时回填密实,回填方法有振浮法、挤密法和填入法等,所用材料一般为砂子。但由于灌砂填充效果往往不佳,因此在对位移控制要求较高时,可采用膨润土浆液填充,或拔桩时跟踪注入水泥浆等填充方法。