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岩土研究院

静力压桩法施工技术在桩基工程中的应用

375 2020-10-27 14:24:37

一、桩基施工概况

  桩基施工技术是一成熟的施工技术。根据施工方式分,可分为灌注桩和预制桩。灌注桩按成孔方式可分为人工成孔灌注桩和机械成孔灌注桩。预制桩按施工方式可分为锤击桩、静压桩、振沉桩和旋入桩。其中机械成孔灌注桩、锤击桩以及静压桩,由于施工局限性小,施工桩径灵活且适用性被强,广泛运用于工业与民用建筑中。

静力压桩法施工技术在桩基工程中的应用

二、静力压桩工作方法

2.1、静力压桩法施工技术简介及工作机理

  2.1.1 静力压桩法施工技术简介静力压桩法是预制桩的施工方法,是通过静力压桩机的压桩机构,以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将预制桩压入土中的沉桩工艺。

  2.1.2 静力压桩法工作机理:

  (1)沉桩施工沉桩的施工过程,第一需要将桩尖对准土体,使其有一个向下的作用力将原状土的初应力打破后,桩尖下方的土体会因作用力的影响而逐渐压缩、变形。与此同时土地也会对桩尖有阻力,当整个桩向下的作用力越大,桩尖处的土体受到的应力大于其抗剪强度,整个土地会出现更加明显的变形。这种持续的作用力会让地表处的土体向上,而砂性土则会被桩带入。当地表深度受到来自上层土的压力,整个土体会向桩的周围挤开。

  (2)压桩当地基的土体受到影响后,桩周围的土体其受到的抗剪强度和地基土地原本的静态抗剪强度之间有明显差异。如果土质较硬,桩周围的土其剪切面发生在桩、土的接触面上,而如果土质较软,这种情况剪切面则会发生在接近桩表面的土体。不同性质的土其性质变化也有明显不同,如果是粘性土,桩周围的土体其抗剪强度会逐渐下降。如果是砂性土,在除了松砂之外,其抗剪强度并不会出现较为明显的变化,但是由于不同的土层其对桩侧的摩阻力不同,其变化的规律是与桩的下沉深度有关。特别是桩下部受到来自土体的摩阻力,会对桩的沉桩阻力有较大影响。

  (3)终压力与极限承载力当完成了静压桩的施工后,桩周围的土体其孔隙中的水压力会慢慢减弱,而整个周围土体的强度开始逐渐恢复,在桩的上部其穴区会逐渐被填满,而中部的滑移区消失后对桩下部的挤压作用力开始减弱,一旦进入到这个阶段,桩具备了极限承载力。土体中孔隙水压力开始消散,土体发生固结强度逐渐恢复,上部桩柱穴区被充满,中部桩滑移区消失,下部桩挤压区压力减小,这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。最终极限承载力达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念,一些初接触静压桩的设计、施工人员往往将两者混为一谈。两者数值上不一定相等,主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关,但两者也有一定的联系。


2.2、静力压桩法施工工艺

  2.2.1 施工准备施工准备主要包括7方面:施工技术资料准备、施工材料准备、施工通讯准备、施工现场准备、施工机械设备准备、生活设施的准备、施工现场放线准备。

  2.2.2 施工顺序及流程安排了解施工现场条件→安排施工任务计划→熟悉有关资料→编写施工方案→做好施工准备工作→组织机械与人员进场→组装机械进行调试→试压桩→压工程桩→施工任务结束→整理资料→编制报告。

  2.2.3 施工工序和特殊工序的施工方法施工流程:测量定位→桩机就位→焊接桩尖→对中→调直→压第一节桩→焊接→送第二节桩→送桩→达到设计承载力。

  (1)预制桩的起吊在吊放预制桩前进行垂直校正。预制桩在起吊、运输和安装中应采取措施防止变形,管桩吊装宜采用两支点法或两头勾吊法,施工时管桩吊立吊点位置为0.29L处,装卸轻起轻放,严禁抛掷、碰撞、滚落。

  (2)焊接桩尖根据设计图纸有使用桩尖要求的,需在沉桩前进行桩尖焊接。桩尖焊接宜在沉桩前桩竖直后与地面桩尖平面垂直,错位偏差不宜大于2mm,焊接层数不得少于两层,焊缝应饱满、连续、避免虚焊。

  (3)预制桩的对位吊放时应对准桩位轻放、慢放、严禁高起猛落,强行下放,防止倾斜、弯折或碰撞。当桩被吊入夹桩钳口后,由指挥人员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右,然后夹紧桩身,微调静压桩机使桩位对准,并将桩压入土中0.5m~1.0m,暂停下压,再从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度,当桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式压桩。(a)准备压桩;(b)压桩;(c)整节桩压至地面接桩;(d)送桩;(e)压桩完毕1.桩尖;2.第一节桩;3.第二节桩;4.送桩器;5.焊缝

  (4)预制桩水准的控制利用水准仪根据建设方提供水准点在送桩器上作好标志,每挪动一次水准仪必须重新做标志。压施过程中有专人盯水准仪,控制送桩深度。

  (5)预制桩垂直度的控制压施过程中有专人利用经纬仪或线坠控制预制桩的垂直度,随时注意调整。

  (6)压桩、送桩应始终保持桩轴心受压,若有偏移应立即纠正。混凝土预制桩的混凝土强度等级达到设计强度等级100%,才能运输和施工作业。利用桩机附带的起重设备进行吊桩时,应有专人负责指挥,吊点的选择应合适,防止在拖动管桩及吊桩过程中损伤桩身或造成管桩断裂。当上一节桩压到其桩顶离地面800cm~100cm时,可进行接桩或者放入送装器将桩压至设计标高或设计施工压力。采用焊接接桩时,应先沿桩身周围点焊固定,然后对称焊接,并确保焊缝质量和设计尺寸。沉桩的作业空间必须处理好架空线路的障碍物和地下埋设的隐蔽(管线路及构筑物)物,予以处理。压桩机安装就位,试车合格后,方可进行施工作业。桩堆放的地面应坚实、平整,并应按桩的型号、规格分别堆放,以保证起吊、运输方便。同一根桩应连续施压完成,不得无故中途停止施工。

  (7)接桩任一单桩的接头数量不宜超过3个,应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层时接桩;管桩接长时,应用铁刷子等清理干净接驳面和坡口,其入土部分管桩的桩头宜高出地面0.5m~1.0m,上下节桩段应保持顺直,错位偏差不宜大于2mm,采用二氧化碳保护焊时,施焊宜用两台焊机对称焊接,焊接层数不得少于两层,焊缝应饱满、连续、避免虚焊,焊后自然冷却时间不宜少于8分钟、严禁用水冷却。冷却并刷防腐漆后方可继续沉桩。施工中,若压阻力超过压桩能力使桩架上抬或倾斜时,应立即停压,查明原因,有可能遇到厚砂层等使阻力增大。发生这种情况时,可以用最大压桩力作用于桩顶,采用忽停忽开的办法,使桩缓慢下沉,穿过砂层。

  (8)静压桩机的挪位压施后静压机挪位时防止桩位变形,及时对桩位进行复测。

  (9)预防已放桩位移位的措施静压桩是一项单工序的常规基础桩型,由于平面定位点较多,经测放复核无误的桩位点,常常在施工过程中被破坏或者精度得不到有效的保证,结果造成桩位平面偏移的工程事故。针对这一情况,在进行测量定位的时候事先在不易被施工破坏的地方测放埋置2~3个测量定位控制点,这样利用全站仪一站测量,无论是施工放线还是在施工过程中对破坏的桩位进行恢复,都可以得到有效保证。以业主提交的测量控制基准点为控制点,建立闭合导线控制网,测定轴线控制点,并报监理公司验收签字认可后开始放桩位。按施工图用全站仪或经纬仪、钢尺放桩位,并做好记录、校验、复检,由监理单位现场验收。桩的垂直度:用两个线坠或者水平尺来控制桩的垂直度。


2.3、静压管桩的施工要点

  2.3.1 施工现场要求必须符合静压管桩的施工条件,施工前应先清除地上和地下的障碍物,场地应平整,排水应良好,地面应符合沉桩时的承载能力。当地面较松软时,应采取相应措施保证桩机正常施工。

  2.3.2 沉桩顺序应按“先中间后四周、先密集后稀疏、先长后短、先大后小”的原则,同时应结合工程地质条件、场地与周围建(构)筑物、地下地上管线的关系,兼顾施工方便综合考虑,确定更为合理的沉桩顺序。

  2.3.3 应采取平稳、缓慢而连续的沉桩方法当发现难以沉桩或桩身倾斜时,应暂停沉桩,排查原因,采取可靠措施后才能继续沉桩。


三、静压力桩的优、缺点

  静压力桩具有对桩无破坏、无噪音、无振动、无冲击力、无污染等优点。静压力桩缺点也较明显,静压桩因施工过程中需要较大且均匀压力才能达到良好的沉桩效果,因此,静压桩机体型庞大,占地面积大,移动慢,桩位中心向四周至少需要5m~7m施工作业面,而且需要地面具有一定的承载能力,以保证桩机移位、定位的准确度,以及桩的垂直度。减少因桩端受力不均而产生的爆桩。


四、静力压桩适用范围

  从地质上来说,一般适用于人工素填上、淤泥质上、粘性土、粉土等软土地基上的工业与民用建筑基础;不宜穿越碎石层、卵石层、冻土、膨胀土等,也不宜以碎石、卵石及风化岩石做持力层。从地域上来说,适合市区内、居民区、学校、医院附近及精密生产工厂扩建工程以减少噪音、振动及对周边建筑的影响,但此时应考虑静压设备对周边环境的最小施工间距的要求。从基础设计来说,如考虑桩土联合基础,桩筏结合及其他复合桩基础,则可以减少基础沉降,弥补超高层建筑桩基静压施工对超高压桩力的要求,均有较好效果。