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岩土研究院

桩基施工新技术预制钢筋混凝土桩

342 2021-08-04 13:34:50

一、概述

预制钢筋混凝土桩具有结构坚固耐久、混凝土桩身质量易于控制、成桩速度快,制作方便、承载力高(单方混凝土)并能根据需要制成不同尺寸、不同形状的截面和长度、且不受地下水位的影响、不存在泥浆排放问题等特点,是建筑工程中最为常用的一种桩型。随着对沉桩噪声、振动、挤土,等的综合防护技术的发展、预制钢筋混凝土桩仍将是桩基工程中的主要桩型之—。目前。我国普通钢筋溪十桩的都面尺寸向达 600×600Omm。预应力

混凝土空心管桩已可生产最大直径达 1300mm,沉桩深度可达 60m 以上。

二、预制钢筋混凝土桩的制作与养护

(一)普通钢筋混凝土预制桩 1.混凝土骨料的选用

混凝土粗细骨料应满足水工混凝土的技术要求、以提高湿凝土的密实度和抗拉强度,保证抗渗性、抗冻性、抗蚀性等要求。

粗骨料宜选用强度高、级配良好的碎石或碎卵石,宜选用粒径为 5~40mm,其最大粒径不大于桩截面最小尺寸的 1/4,同时不大干钢筋最小净距的 3/4.细骨料宜选用中粗砂。砂石料的质量标准及验收方法应符合(JGJ53一79)的要求。水泥标号不宜低于 325,并根据工程特点和环境条件选用水泥种类、标号及掺加减水剂或其他外加剂。

2. 模板的制备及安装

制作模板可用木模板,钢模等,但必须保证平整牢靠、尺寸准确、安装拆除方便,拼缝严密不漏浆,并满足钢筋的绑扎与安装以及混凝土浇筑及养护等工艺的要求。

3. 钢筋的制备与绑扎

钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊或电弧焊,主筋接头配置在同一截面内的数量,对采用闪光对焊和电弧焊时的受拉钢筋,不得超过 50%,其相邻两根主筋接头截面的距离应大于 35dg(主筋直径),并不小于 500mm。钢筋骨架的允许偏差应符合表11-1的规定,特别是主筋距桩顶距离及桩顶钢筋网片位置应严格控制,否则在锤击时容易造成桩顶出现纵向裂缝、击碎等质量问题。

4. 预制桩单节长度的确定

单节长度可根据桩架的有效高度、地质条件、制作场地条件、运输与装卸能力等条件确定,应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。常用桩的长度一般限制在 27m 以内。

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5.预制桩制作与养护

混凝土应由桩顶向桩尖连续浇筑,并应防止另一端的砂浆积聚过多。当浇筑发生中断时,应在前段混凝土凝结之前将余段混凝十浇筑完毕。混凝土配合比应按照计算与试配配

合比确定,并考虑现场实际施工条件的差异与变化进行合理调整。当采用重叠法制作时,桩与邻桩及底模之间的接触不得粘连,上层桩或邻桩的浇注,必须在下层桩或邻桩的混凝士达到一定的设计强度,并考虑上下的支点位置。桩的重叠层数不官超过 4层。桩的表面应平整、密实、制作允许偏差应符合表 11-2 规定。混凝土养护应根据制作场地环境条件等采取合理的养护手段。

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(二)预应力混凝土桩

预应力混凝土桩具有强度高、抗裂性好、重量轻、含钢率低、运输方便、耐冲击及穿透能力强等特点,特别适干用作超长桩。其中大盲径超强预应 力管桩将会成为高层津筑的有效桩型之一。

1.预应力混凝土的材料

混凝土粗细骨料-一般采用中等粒径的河砂和天然砾石,钢筋一般采用冷拉热扎 5 号钢和 25 锰硅螺纹钢筋两种,直径常为 16~28mm。当选用低合金IV级热轧螺纹钢筋时,直径常为 12~28mm,也可采用钢铰线。

2.预应力工艺

预加应力工艺有先张法、后张法和电热张拉等。先张法工艺简单、工序少、效率高、易于保证质量,适合于工厂成批化生产,并可省去锚具和减少预埋钢件,构件成本较低,是生产预应力混凝土桩的主要方法。

三、预制桩的起吊、运输和堆存

预制桩应达到设计强度的 70%时方可起吊,达到100%才能运输。起吊时应采取相应措施,保持平稳,保护桩身质量。吊点位置和数目应符合设计要求。水平运输时,应做到桩身平稳放置,无大的振动,严禁在场地上以直接拖拉桩体方式代替装车运输。堆桩场地要求平稳坚实、支点垫木的间距应与吊点位置相同,并保持在同一平面上,各层垫木应上下对齐处于同一直线上。堆桩层数应根据地基强度和堆放时间而定,一般不宜超过四层。

四、混凝土预制桩的接桩与送桩

(一)接桩

接桩不仅应满足足够的强度,刚度及耐久性,而且也应符合制造工艺简单、连接时间短、质量可靠,接头连接整体性强,在打入过程中不易损坏、接触紧密等条件。接头型式可分为焊接式、浆锚式及机械式三种。

①焊接式

焊接式接头制造工艺简单,接头整体性强、质量可靠、锤击能量损耗小,但耗钢量较高。焊接钢板宜用低碳钢,焊条宜用 E43。焊接接桩时,应先将四角点焊固定,然后对称焊接。

②浆锚式

浆锚式接头制作工艺简单、耗钢量少、操作较简便迅速,但在打入过程中较易受损、抗水平力较弱。一般适用于软土层,且对一级建筑桩基或承受拔力的桩宜慎重选用。

③机械式

机械式的特点是连接操作简便迅速,但制造工艺复杂、接头整体性差、锤击能量损耗大、耗钢量多、耐久性差。机械式接头一般有法兰螺栓连接,钢帽铁榫连接等。

(二)送桩

送桩应具有足够的刚度和较小的变形量以有效地传递锤击能量。送桩的规格应能适应桩顶、桩锤及桩帽的构造要求,其外形不致使贯入阻力明显增大,且易于拔出。送桩伸出导杆末端的长度最多不宜超过 2/3 送桩总长度。当送桩长度大于 8~10m 时,应在送桩一侧上部设置导向脚,以减小柱顶偏位。

五、沉桩

预制桩沉桩施工主要有锤击沉桩法、振动沉桩法、静压沉桩法及为适应多种工程环境和复杂地质条件而发展的辅助沉桩法等。其中锤击、振动及静压沉桩法为采用最普通的基本沉桩方法。

(一)锤击沉桩法

击沉桩法的工作原理即是和用桩锤自 由下落时的骤时冲击力锤击桩头产生冲击能、党服土体对桩的阻力、导致桩体下沉。

  1. 桩锤及衬垫的选择(1)桩锤

桩锤主要有落锤、气动锤、柴油锤及液压锤等类型。

桩锤的选择应根据地质条件、桩型、布桩密度、桩的入土深度、结构形式、单桩竖向承载力、桩身强度、现场施工条件与环境条件及桩锤的动力特性进行选定。对于桩长 20~ 60m 的钢筋混凝土及 40~60m 的钢管桩,可参考表 11-3 选择桩锤。

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(2)垫材

为提高打桩效率和沉桩精度,保护桩锤安全使用和桩顶免遭破损,确保沉桩顺利,应根据种锤和桩帽类型.桩型、地质条件及施工条件。合理选用教材 教材可采用确木,杪木,

麻袋、草垫等。垫材选用可参见表 11-4 选用,也可采用波动方程分析选择合理的垫材与厚度。

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2.锤击法沉桩施工

(1)沉桩流水和顺序

合理科学地制订沉桩顺序与流水是预制桩沉桩施工方案的一项重要内容。一般应先了解现场条件和环境、布桩面积、形状和桩距、邻近建筑物和地下管线的状况、地质条件、桩型,桩数和桩长、堆放场地、采用的施工机械、台数及便用要求、施工工艺与施工方法等,然后结合施工条件、选用打桩效率高、对周围环境影响小的合理打桩顺序与流水。打桩顺序一般应遵循下列规定执行;

①当一侧毗领建筑物时,由毗邻建筑物处向另一方向施打;②根据基础的设计标高,宜先深后浅;③根据桩的规格,宜先大后小,先长后短;

④对于密集桩群、自中间向两个方向或向四周对称施打;

打桩顺序一般可分为单流水、双流水、三流水,四流水及多流水等五类方法。可根据沉桩机械台数、桩数、布桩区形状等因素选择沉桩流水。沉桩流水示意图见图 11-1。

(2)停打标准

停止锤击的控制原则是∶

①桩端位于一般土层时以控制桩端设计标高为主,贯入度可作参考;

②桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土、风化岩时,以贯入度控制为主,桩端标高可作参考;

③贯入度已达到而桩端标高未达到时,应继续锤击 3 阵,每阵 10 击的贯入度不大于设计规定的数值。

(二)振动法沉桩

振动法沉桩即在桩 上设置以电、气、水或液压驱动的振动锤将桩沉入土中。振动锤一般有振动锤和冲击振动锤两种。振动法沉桩施工与锤击沉桩法基本相同。

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静压法沉桩应按下列规定进行∶

①根据土质情况、单桩竖向承载力等因素确定压桩机配重。②桩帽、桩身和送桩的中心线应重合;③压桩过程中,应缩短接桩等停顿时间。(四)辅助沉桩法

辅助沉桩法主要有预钻孔辅助沉桩法、冲水辅助沉桩及振动辅助沉桩法等三种。 1.预钻孔辅助沉桩

为改善预制桩沉桩产生的挤土影响及对周围环境的影响,预先在桩位进行钻孔取土,然后以锤击、振动或静压等方法沉桩,称为预钻辅助沉桩法。该方法常用于软土地区。城市密集建筑群中的桩基工程。

预钻孔的孔径一般为桩径的 60%~80%,约比桩径小 50~100mm,深度根据桩距和土的密实度、渗透性而定,一般为桩入土深度的 1/3~3/4。

2.冲水辅助沉桩

为减少沉桩阻力,提高桩的贯入能力、采用压力喷射水辅助锤击、振动、静压等沉桩方法进行沉桩施工,称为冲水辅助沉桩。冲水辅助沉桩能适用于淤泥、砂、砂砾土及粘土等多种地层,沉桩效率高、工期短,特别对层面起伏变化较大的持力土层,仍能满足设计标高的要求。但由于冲水导致桩周土结构的破坏,会显著降低桩的承载力,且消耗大量水,产生泥浆污染等。因此只有当沉桩困难时才辅以冲水助沉。射水沉桩可分为内冲内排、内冲外排、外冲外排、外冲内排、内外冲内排等施工方法。

3.振动辅助沉柱

振动辅助沉桩法可增大沉桩贯入硬土层能力,提高工效,与锤击等沉桩工艺组合能充分发挥沉桩设备的潜力,显著加快施工速度。振动辅助沉桩法通常用于软土地基以及存在硬夹层和硬持力层地基的桩基工程。

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(五)预制桩沉桩施工质量控制标准预制桩沉桩施工质量控制应满足以下规定;

①对以标高控制的桩,桩顶标高的允许偏差为一50~+100mm;

②对斜桩倾斜度的偏差,不得大于倾斜角正切值的 15%;

③桩位允许偏差,应满足表 11-5 的规定。