振动打桩机的应用和钢板桩施工方法

□ 高国军

广西柳工机械股份有限公司 广西柳州 545007

1 振动打桩机的应用

振动打桩机广泛应用于建筑、桥梁、街道、河堤等工程施工过程中,是桩基与地基改良加固、地下连续墙挡土与防渗等施工的重要机械设备,作用是将各类桩打入土中,以提高基础的承载能力。

振动打桩机如图1所示,一般由振动打桩锤和改装后的液压挖掘机组合而成。液压挖掘机改装时,主要将动臂和斗杆设计为专用加长型,以满足打桩深度的要求。振动打桩锤的齿轮箱内置两根偏心轴,通过液压柱塞马达来驱动。高速旋转产生竖直激振力,实现锤头的高频振动。通过减振橡胶块后,维持一定的振幅,将机械产生的竖直振动传递至桩体,使桩体周围的土体结构因振动而松散,桩身周围土体遇水浆化,减小桩身与土体的摩擦阻力。振动打桩机能够满足各种类型土质的打桩要求,对各类钢板桩、钢管护筒桩、混凝土桩进行沉拔施工。

2 打桩方法分类

钢板桩施工通常采用的桩锤包括柴油锤、蒸汽锤、落锤、振动锤。在人口密集的城市中,为避免噪声及对周围建筑产生损害,往往采用低噪声、低振动的方法,如液压锤和静压法。在钢板桩施工过程中,采用型钢导向架来控制钢板桩的位置,打桩方法分类见表1,各种打桩方法的特点见表2。

3 钢板桩施工要求

钢板桩施工的一般要求如下:

(1) 钢板桩的设置位置需符合设计要求,便于沟槽基础土方施工,在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地;

(2) 基坑、沟槽钢板桩的支护平面布置形状应尽量平直整齐,避免出现不规则转角,以便标准钢板桩的利用和支护设置,各周边尺寸尽量符合板装模数;

(3) 整个基础施工期间,在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业时严禁碰撞支护,禁止任意拆除支护,禁止在支护上任意切割、电焊,也不应在支护上放置重物。

4 钢板桩施工步骤

振动打桩机进行钢板桩施工作业,具体可以分为七个步骤。

表1 打桩方法分类

表2 打桩方法特点

4.1 支护线测量

依据基坑、沟槽开挖设计的要求,测绘钢板桩施工位置线,用白石灰标示出钢板桩的打桩位置。

4.2 钢板桩进场及堆放

按施工进度计划或现场情况安排钢板桩的进场时间,确保钢板桩的施工满足进度要求。钢板桩堆放位置如图2所示,根据施工要求及场地情况沿支护线分散堆放,避免集中堆放,造成二次搬运。

4.3 施工顺序

钢板桩的施工顺序为定位放线、挖沟槽、安装导梁、施打钢板桩、拆除导梁、围檩及支护施工、土方开挖、基础施工、拆除支撑、地下室主体结构施工、土方回填、拔除钢板桩、钢板桩拔出后空隙处理。

4.4 钢板桩检验、吊运、堆放

4.4.1 钢板桩检验

对钢板桩的检验一般分为材质检验和外观检验,以便对不符合要求的钢板桩进行矫正,减少打桩过程中的困难。

外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、端部矩形比、平直度、锁口形状等内容。对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除,割孔、断面缺损进行补强处理。若钢板桩有严重锈蚀,则应测量其实际断面厚度。原则上要求对全部钢板桩进行外观质量检查。

材质检验时,对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验,包括钢材化学成分分析、构件拉伸与弯曲试验、锁口强度试验、延伸率试验等。每一种规格的钢板桩,至少进行一次拉伸与弯曲试验。

4.4.2 钢板桩吊运

钢板桩宜采用两点吊装的方法进行吊运。吊运时,每次起吊的钢板桩数量不宜过多,并应注意保护锁口避免损伤。吊运方式分为成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎,单根起吊采用专用吊具。

4.4.3 钢板桩堆放

钢板桩的堆放场地需选择在不会因压重过大而发生较大沉陷变形的平坦、坚固场地,方便运往施工现场。堆放时应注意堆放的顺序、位置、方向、平面布置等,考虑后续施工方便。钢板桩按型号、规格、长度分别堆放,并在堆放处设置标牌说明。钢板桩应分层堆放,每层堆放数量一般不超过五根,各层间需垫放枕木,垫木间距一般为3～4 m,且上下层垫木应在同一竖直线上,堆放的总高度不宜超过2 m。钢板桩堆放实物如图3所示。

4.5 导架安装

在钢板桩施工中,为保证沉桩轴线位置的正确和钢板桩竖直,控制钢板桩的打入精度,防止钢板桩的屈曲变形及提高钢板桩的贯入能力,一般都需设置一定刚度的坚固导架,也称施工围檩。

导架采用单层双面形式,通常由导梁和围檩桩等组成,围檩桩的间距一般为2.5～3.5 m。安装导架时应注意以下几点:采用经纬仪测绘,水平仪控制,并调整导梁的位置;导梁的高度要适宜,需有利于控制钢板桩的施工高度,提高施工效率;导梁不能随钢板桩的锤打深入而产生下沉、变形等情况;导梁的位置应尽量竖直,并且不能与钢板桩产生碰撞。

4.6 钢板桩施打

钢板桩施打是钢板桩施工中最关键的步骤之一,需注意六方面施工要求。

(1) 钢板桩采用专用的振动打桩机施打,施打前需要熟悉地下管线、建筑物的情况,严格按照白石灰标示的准确位置施打。

(2) 打桩前,对钢板桩逐根进行检查,剔除连接锁扣处有锈蚀、变形严重的钢板桩,待修整合格后才可使用,整修后不合格的禁用。

(3) 打桩前,可以在钢板桩的锁口内涂抹油脂,以方便钢板桩的打入和拔出。

(4) 在钢板桩施打过程中,随时测量监控每块桩的斜度,当偏斜过大无法用拉齐方法调正时,必须拔起重打。

(5) 钢板桩合拢效果如图4所示。井位的四个角需要使用转角钢板桩,若没有转角钢板桩,则可用旧轮胎或碎布等塞缝辅助密封,避免由于漏水带走泥沙,造成地面塌陷。

(6) 在基坑、沟槽开挖过程中,随时观察钢板桩的变化情况,若有明显的倾覆或隆起现象,则需立即在倾覆或隆起的部位增加对称支撑。

4.7 钢板桩拔除

基坑回填后,需拔除钢板桩,以便重复使用。拔除钢板桩前,应仔细研究拔桩方法、顺序、时间、土孔处理。由于拔桩的振动影响,以及拔桩带土过多,会引起地面沉降和移位,给已施工的地下结构带来危害,并影响邻近原有建筑物、地下建筑物、地下管线的安全。由此可见,减少拔桩带土环节十分重要,目前主要采用灌水、灌砂措施。

可以采用振动锤拔桩,利用振动锤产生的高频振动,扰动土质,削弱钢板桩周围土的黏聚力,以克服拔桩阻力,依靠附加起吊力拔除。

拔桩时需注意拔桩的起点和顺序。对于封闭式钢板桩墙,拔桩起点至少应离开转角钢板桩五根以上,具体可根据沉桩时的情况确定,必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序基本与打桩时的顺序相反。

如果钢板桩难以拔出,那么可以采用振动锤再重复振打一次,以克服桩身与泥土的黏聚力及咬口间锈蚀等产生的阻力。如果钢板桩单侧的土较为结实,那么可以在附近并列打入另一根钢板桩,从而使原钢板桩顺利拔出。也可以在钢板桩两侧开槽,放入膨润土浆液,拔桩时可减小阻力。

5 施工中常见问题

5.1 倾斜

产生倾斜现象的原因是被施打钢板桩与相邻钢板桩锁口间阻力较大,打桩的行进方向贯入阻力小。处理方法为在施工过程中用仪器随时检查、控制、纠正。发生倾斜时,用钢丝绳拉住钢板桩身,边拉边打,逐步纠正,对先打入的钢板桩适度预留偏差。

5.2 扭转

产生扭转现象的原因是锁口为铰式连接。处理方法为在打桩行进方向用卡板锁住钢板桩的前锁口,在钢板桩之间的两边空隙内设滑轮支架,阻止钢板桩在下沉中产生转动,也可以在两块钢板桩锁口搭扣处的两边用垫铁和木榫填实。

5.3 共连

产生共连现象的原因是钢板桩倾斜弯曲,使槽口阻力增大。发现钢板桩倾斜时要及时纠正,将相邻已打好的钢板桩用角铁电焊进行临时固定。

6 结束语

随着工程建设机械化产品的广泛应用,由液压挖掘机改装而成的振动打桩机在钢板桩施工中得到了良好的应用。严格按照钢板桩施工方法进行打桩和拔桩施工作业,可以保证工程质量,提高施工效率。