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干货!钢板桩沉桩各数据详细分析测算!

441 2020-06-01 09:57:17

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钢板桩沉桩工艺与周边环境、场地条件、地层条件息息相关,而钢板桩施工效率则与沉桩工艺、地层条件、机手经验、桩长和桩质量高度相关。在其他条件一致的情况下,地层条件、沉桩工艺是影响沉桩效率的主要因素。有时,现场管理人员因专业知识欠缺、施工经验少,发生滥用机械手沉桩的情况,造成锤头损坏、大臂开裂、施工效率极低、甚至退场的情况。

为避免以上现象的发生,本期宏信讲堂给大家普及一些地质基本知识,并介绍钢板桩沉桩工艺选择、钢板桩施工效率的计算方法。



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01

打桩设备


钢板桩施打主要有三种工艺:机械手、振动锤、静压植桩机。三种工艺各有适用范围及优缺点,使用广泛度为机械手>振动锤>静压植桩机,经济性为机械手>振动锤>静压植桩机。应根据周边环境、场地条件、地层条件选择不同的沉桩工艺。下面介绍宏信的打桩设备:


1.1机械手

以日立450、日立490-5A和卡特349D2L为主,配加长臂加振动锤(吴老吉、芳富)改装而成。适合松软地质,具有施工灵活、打拔速度快等的优点,但施打长度有限,最长只能施工18m钢板桩,延展距离有限(见表1.1),能伸到3~15m的范围。

表1.1机械手对应不同桩长的延展半径

机械手对应不同桩长的延展半径


1.2 振动锤

50~80吨吊机加振动锤,我司设备以ICE55NF、4116L液压振动锤和永安120/90 电动式振动锤,可以打拔各种长度各型号钢板桩、型钢、钢管。优点是适用于较硬地层和长桩的打拔,施工半径、高度大,常用于水工领域;缺点是施工效率较低、定位和垂直度控制较难。


1.3静压植桩机

我司设备为技研公司最新型号F201,可施工400~600宽幅的钢板桩,配螺旋钻和水刀设备,适用各类土层、风化岩层(适用土层见表1.2)。静压打桩机是较为新型的打桩设备,具有设备尺寸小(尺寸1.3m×3.5m)、噪音小、振动小、可入岩、施工现场油污较少等优点,另外一些特殊场地诸如斜坡、上水无施工平台、无作业场地等的项目也能施工。缺点是相对成本费用较高,打桩效率较低。

表1.2 压入方式与土性的关系

压入方式与土性的关系


02

地质基本知识


在打桩过程中会接触到两大类地质体:岩体和土体,下面分别进行介绍。

2.1岩体

岩石按照成因可划分为沉积岩、火成岩和变质岩;

岩体按照风化程度可以划分为全、强、中、弱、微风化岩;

岩体基本质量等级可根据岩石坚硬程度(坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩)、岩体完整程度(完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎)进行划分为Ⅰ~ V级别,从完整坚硬岩到破碎极软岩。

我们的钢板桩并不适合在岩层中应用,极限状态也只能用于<5MPa的全、强风化岩中,需要借助水刀或者带螺旋钻的静压植桩机施工,其他高强岩层不建议采用钢板桩方案。

2.2土层分类

晚更新世Q3及其以前沉积的土,应定为老沉积土;第四纪全新世中近期沉积的土,应定为新近沉积土。根据地质成因,可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。

粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50%的土,应定名为碎石土,并按表2.1进一步分类。

表2.1  碎石土分类

碎石土分类

   注:定名时,应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。

粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%,粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土,应定名为砂土,并按表2.2进一步分类。

表2.2  砂土分类

注:定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。

粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%,且塑性指数等于或小于10的土,应定名为粉土。

塑性指数大于10的土应定名为黏性土。

黏性土应根据塑性指数分为粉质黏土和黏土。塑性指数大于10,且小于或等于17的土,应定名为粉质黏土;塑性指数大于17的土应定名为黏土。

  注:塑性指数应由相应于76克圆锥仪沉入土中深度为10mm时测定的液限计算而得。

碎石土的密实度可根据圆锥动力触探锤击数按表2.3-1或表2.3-2确定。

表2.3-1  碎石土密实度按N63.5分类

注:本表适用于平均粒径等于或小于50mm,且最大粒径小于100mm的碎石土。

对于平均粒径大于50mm,或最大粒径大于100mm的碎石土,可用超重型动力触探或用野外观察鉴别。

表2.3-2  碎石土密实度按N120分类


砂土的密实度应根据标准贯入试验锤击数实测值N划分为密实、中密、稍密和松散,并应符合表2.4的规定。当用静力触探探头阻力划分砂土密实度时,可根据当地经验确定。

表2.4 砂土密实度分类

粉土的密实度应根据孔隙比е划分为密实、中密和稍密;其湿度应根据含水量w(%)划分为稍湿、湿、很湿。密实度和湿度的划分应分别符合表2.5-1和表2.5-2的规定。

表2.5-1  粉土密实度的分类

  注:当有经验时,也可用原位测试或其他方法划分粉土的密实度。

表2.5-2  粉土湿度的分类

黏性土的状态应根据液性指数IL划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑,并应符合表2.6的规定。

表2.6  黏性土状态的分类

黏性土状态的分类


03

钢板桩沉桩工艺选择、效率测算流程


我司机械手打拔钢板桩的项目最多,这方面的经验也最为丰富,施工效率的测算标准目前是按照我们现阶段的打桩效率来评估的。引孔经验相对较少,不同沉桩工艺适用的土层范围为借鉴同行经验。

3.1判别流程

首先根据判定标准(3.2节),判断场地是否适合直接沉桩,如果是,则根据3.3节的经验公式计算打桩效率。

如果否,则根据土层、桩长选择不同的引孔工艺,并判定打桩效率(暂缺这块内容),根据操作标准进行引孔。

>5MPa的岩层场地不建议采用钢板桩方案。

3.2判定标准

表3.1~3.4列举了不同岩土层的沉桩标准。其中地基承载力和标贯值为钢板桩入土范围内土层厚度的加权平均值。

表3.1 黏性土沉桩标准

黏性土沉桩标准

表3.2 粉土、砂土沉桩标准

粉土、砂土沉桩标准

表3.3 碎石土沉桩标准

黏性土沉桩标准

注意:粒径5cm~10cm超过20%需要采用潜孔锤(挖机),粒径>10cm超过20%需要采用旋挖、冲孔和潜孔(桩架)沉桩。

表3.4 岩层沉桩标准

岩层沉桩标准

3.3打桩效率

如根据判定标准可以直接沉桩,则可采用下列经验公式计算打桩效率。由于6m桩项目数量少,收集的4个数据不足与得出打桩效率与地基承载力的关系,可根据9m桩的效率适当提高得到。

式中:x为地基承载力,kPa;y为打桩效率,根/日,日按8小时工作制。

计算案例:计算案例为环科新河污水处理厂三期管道支护工程,钢板桩长15m,桩顶下压1m,土层为2.6m①素填土、3.1m⑥1粉土、7.4m⑥2淤泥质粉质黏土、2.9m⑥3粉土,查地勘报告确定地基承载力特征值,打桩效率计算见表3.5。

表3.5 打桩效率计算表

打桩效率计算表

这一效率与实际情况较为吻合。

3.4拔桩效率

拔桩效率一般为沉桩效率的1.2倍,但采用引孔措施的除外。

3.5根据周边经验调整

判定标准和效率为根据现有经验及调研同行确定的,还需要我们的现场主管积极配合在各土层中试用不同的引孔工艺,以确定每种工艺最适合的土层及效率。

另外,各地地勘水平不均衡,存在伪造地勘的情况,会出现采用上述经验出现偏差很大的情况,因此,沉桩工艺及效率还需要借鉴邻近项目经验进行调整。


04

引孔工艺注意事项


引孔设备正常运用才能达到它的实际运用效果,下面介绍一下水刀、螺旋钻安装及控制要点。

4.1水刀

水刀是由发动机或电机为动力源组合煤尘注水机或注浆机组合而成的一种钢板桩插打辅助产品,其实用效果在硬塑黏土、密实砂土、风化岩层等土质效果良好。水刀相对于其它引孔设备操作简单,实用性强,实用地质广,性价比高。

4.1.1水刀安装

1)建议每根钢板桩作为引孔桩打入土中,刀头和入土钢管按一次性摊销;

2)根据钢板桩的长度购买普通钢管、高压软管、弯头、对接头、加工刀头等辅材(刀头可加工也可以购买);

3)普通钢管加工:在每根钢管俩头进行车床加工(车丝对接),其优点是安装快捷使用过程中确保水压无泄漏,普通钢管一般适用2~3次后要进行更换;

4)刀头制作:采用45#钢柱加工水刀长度大约五公分,直径大约三公分锥形圆柱,在加工好的圆柱中心开孔孔径不大于2.5mm;

5)附件组装:根据实际需要在钢板桩凹槽内布置加工好的普通钢管(可布置一根或者两根),在钢管入土端(底端)对接刀头,(按需要可对接1到4个刀头),在钢管顶端对接高压软管,在对接口下20公分处钢板桩凹槽顶端焊接横担固定软管防止长时间使用接口损坏,软管另一端连接水刀机组出水口完成组装;

6)刀头与钢管、钢管与软管之间的连接不应采用电焊连接,电焊连接在使用震动中容易开裂损坏。

4.1.2水刀施工要点控制

1)场地整平,根据标注的施工线利用挖机清理地表回填的建筑垃圾石块等;

2)水刀就位开机测试,发动机逐步加大观察进水出水是否正常,接头是否漏水,刀头喷射情况;

3)按设计点位引入第一根钢板桩,初步开引注意钢板桩的垂直度缓慢打入一直打到设计标高处;

4)按上述依次打入钢板桩;

5)根据土质情况水刀可以改装成单刀头或者多刀头或者加大输出动力。

4.1.3水压不足的原因

1)喷嘴过大,建议是2.5喷头;

2)柴油机的供油不够;

3)供水含砂,导致管路堵塞;

4)供水量、供压不足;

5)使用时间过长,设备老化。


4.2桩机螺旋杆

4.2.1螺旋杆引孔要点

1)场地要求:场地整平,引孔前桩机站位需要做到水平,避免桩机倾斜而影响螺旋杆的垂直度造成偏孔。

2)引孔前控制:引孔前校正螺旋杆的垂直度,杆身不易过长(不超过12m),提前标出引孔位置避免俩孔距离近造成塌孔或串孔,孔距不小于20cm。

3)引孔过程控制:在引孔过程中桩机对螺旋杆的下压力不要过大,保证钻杆垂直缓慢进入,桩机下压力过大会引起钻杆倾斜造成引孔失败。引孔过程中要不断的提升钻杆减小钻杆旋钻阻力,及时清理孔洞内土层。

 

4.2.2 螺旋杆养护

1)使用完的钻杆要清理旋叶上的土,查看旋叶磨损情况及时补焊;

2)杆体接口端旋叶涂抹黄油;

3)解体后放在枕木上,严禁长时间侵泡在雨水乱泥中造成腐蚀;

4)钻杆动力头按时保养注油。

本期东南岩土钢板桩讲堂到这里就结束了,各位小伙伴是不是有很多收获呢?

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