淺談錘擊沉樁的施工

屠慧穎,潘英澤

(1.黑龍江龍捷市政軌道交通工程有限公司;2.黑龍江省龍建路橋第三工程有限公司)

錘擊沉樁一般適用于中密砂類土、黏性土。由于錘擊沉樁依靠樁錘的沖擊能量將樁打人土中。因此,一般樁徑不能太大(≤0.6m),人土深度在 40m左右,否則對沉樁設備要求較高。沉樁設備是樁基施工質量與成敗的關鍵,應根據土質、工程量、樁的種類、規格、尺寸、施工期限、現場水電供應等條件選擇。

1 沉樁設備

錘擊沉樁的主要設備有樁錘、樁架及動力裝置三部分。表 1為常用沉樁機具的適用性能。沖擊錘的選擇,原則上是重錘低擊。具體選擇時可考慮下述因素。

表 1 常用沉樁機具適用范圍參考表

(1)按錘重與樁重的比值:可依表 2選用。

表 2 錘重與樁重比值表

(2)按樁錘的沖擊能:根據單樁的設計荷載估算樁錘所需沖擊能,可按下式估算E≥250P式中:E為樁錘的一次沖擊能,kN?m;P為單樁的設計荷載,kN。

估算沖擊能 E后,再用下式驗算其適用系數是否符合要求

式中:K為適用系數(計算的適用系數K值,對于雙動汽錘及柴油機錘不宜大于 5.0;對于單動汽錘不宜大于 3.5;對于墜錘不宜大于 2.0);Q為樁錘重力,kN;q為樁重包括送樁、樁帽及樁墊的重力,kN。

下沉鋼板樁、工字鋼樁及配合射水沉樁時,適用系數 K值可提高 50%。

柴油機樁錘是一種特殊的二沖程柴油發動機,其本身既是發動機又是工作機,不需要外部能源和蒸汽鍋爐、空壓機或電動機等,較單動、雙動汽錘優越,且沉樁效率較高,工程上應用較為普遍。柴油機樁錘形式多樣,總的分為桿式和筒式兩種。

樁架在沉樁施工中,承擔吊錘、吊樁、插樁、吊插射水管及樁在下沉過程中的導向作用等。樁架可用木料和鋼料做成,工程中常用的是鋼樁架。樁架的正面是導向桿,用于控制樁錘和樁身的方向。頂上裝有滑輪,底盤上裝有卷揚機,用于提升樁錘與樁等。其特點是叮以在軌道上運行,并可在水平面內轉動 360°。導向桿能夠伸縮、傾斜(用于打斜樁)等。以上作業均由自備的動力設備和機械裝置驅動與操縱。這類樁架最大高度可達 35m,最大傾斜度可達 1∶3。缺點是比較笨重,成本較高。

其他設備中主要有樁帽與送樁。樁帽主要是承受沖擊,保護樁頂,在沉樁時能保證錘擊力作用于樁軸線而不偏心,故要求構造堅固,墊木易于拆換或整修。當樁頭低于導桿而仍須繼續沉入或用浮運駁船沉樁時,一般均需使用送樁。

2 施工要點

沉樁前,應對樁架、樁錘、動力機械等主要設備部件進行檢查。開錘前應再次檢查樁錘、樁帽或送樁與樁的中軸線是否一致;錘擊沉樁開始時,應嚴格控制各種樁錘的動能:用墜錘和單動氣錘時,提錘高度不宜超過 0.50m。用雙動氣錘時,可少開氣閥降低氣壓和進氣量,以減少每分鐘的錘擊數。用柴油機錘時,可控制供油量以減少錘擊能量;如樁尖已沉人到設計高程,但貫入度仍達不到要求時,應繼續下沉至達到要求的貫人度為止。沉樁時,如遇到:貫入度突然發生急劇變化;樁身突然發生傾斜、移位;樁不下沉,樁錘有嚴重的回彈;樁頂破碎或樁身開裂、變形,樁側地面有嚴重隆起現象等,應立即停止錘擊,查明原因,采取措施后方可繼續施工。

沉樁過程中應注意:樁帽與樁周圍應有 5～10 mm間隙,以便錘擊時樁在樁帽內可作微小的自由轉動,避免樁身產生超過許可的扭轉應力;打樁機的導向桿應予以固定,以便錘打時穩定樁身;導向桿設置應保證樁錘上、下活動自由;預制樁頂面應附有適合樁帽大小的樁墊,其厚度視樁墊材料、樁長及樁尖所受抗力大小決定;樁墊破碎后應及時更換;選用的樁帽,應將錘的沖擊力均勻分布于樁頂面。

3 錘擊沉樁的停錘控制標準

(1)設計樁尖高程處為硬塑黏性土、碎石土、中密以上的砂土或風化巖等土層時,根據貫入度變化并對照地質資料,確認樁尖已沉入該土層,貫入度達到控制貫入度。

(2)當貫入度已達到控制貫入度,而樁尖高程未達到設計高程時,應繼續錘人 0.10m左右(或錘擊 30～50次),如無異常變化即可停錘;若樁尖高程比設計高程高得多時,應報有關部門研究確定。

(3)設計樁尖高程處為一般黏性土或其他松軟土層時,應以高程控制,貫入度作為校核。當樁尖已達設計高程,而貫入度仍較大時,應繼續錘擊,使其接近控制貫人度。

(4)在同一樁基中,各樁的最終貫入度應大致接近,而沉入深度不宜相差過大,避免基礎產生不均勻沉降。如因土質變化太大,致使各樁貫人度或沉樁深度相差過大時,應報有關部門研究,另行制訂停錘標準。對于特殊設計的樁,樁尖設計高程有高低時(如拱橋的橋臺樁等),應按設計要求處理。

從沉樁開始起,應嚴格控制樁位及豎樁的豎直度或斜樁的傾斜度。在沉樁過程中,不得采用頂、拉樁頭或樁身的辦法來糾偏,以防樁身開裂并增加樁身附加彎矩。