灌注桩技术之沉管灌注桩简介

2016-11-02  来自: 陕西岩泰基础工程有限公司 浏览次数:878

沉管灌注桩又叫套管成孔灌注桩。
沉管灌注桩是目前采用较为广泛的一种灌注桩。依据使用桩锤和成桩工艺不同,分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注桩等。这类灌注桩的施工工艺是:使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉人土中,造成桩孔,然后放人钢筋笼、浇筑混凝土,最后拔出钢管,形成所需的灌注桩,如图2~22所示。沉管桩对周围环境有噪音、振动、挤压等影响。

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                                           图2~22沉管灌注桩施工过程

           (a)就位  (b)沉管  (c)灌注混凝土  (d)下钢筋笼 (e)拔管成桩  1~柱管;2~钢筋笼;3~桩尖
  (一)锤击沉管灌注桩施工
  锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。
  锤击沉管桩适用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基,但不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。它的施工程序一般为:定位埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。
  施工时,用桩架吊起钢桩管,对准埋好的预制钢筋混凝土桩尖(图2~23)。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、草绳,以防地下水渗入管内。缓缓放下桩管,套人桩尖压进土中,桩管上端扣上桩帽,检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上,桩管垂直度偏差≤0.5%时即可锤击沉管。先用低锤轻击,观察无偏移后再正常施打,直至符合设计要求的沉桩标高,并检查管内有无泥浆或进水,即可浇筑混凝土。管内混凝土应尽量灌满,然后开始拔管。凡灌注配有不到孔底的钢筋笼的桩身混凝土时,次混凝土应先灌至笼底标高,然后放置钢筋笼,再灌混凝土至桩顶标高。次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的混凝土量为限,不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查混凝土面的下降情况。
图2~23  预制混凝土桩尖


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  拔管速度要均匀,对一般土层以1 m/min为宜,在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3 ~0.8m/min为宜。采用倒打拔管时,桩锤的冲击频率为:单动汽锤不得少于50次/min,自由落锤轻击不得少于40次/min。在管底未拔至桩顶设计标高之前,倒打和轻击不得中断。
  当桩较稀疏时(中心距大于3.5倍桩径或2m),可采用连打方法;当桩较密集时(中心距小于等于3.5倍桩径或2 m), 为防止断桩现象应采用跳跃施打的方法,中间空出的桩应待邻桩混凝土达到设计强度等级的 50%以上方可施打;对于土质较差的饱和淤泥质土,可采用控制时间的连打方法,即必须在邻桩混凝土终凝前,将影响范围内(中心距小于等于3.5倍桩径或2m)的桩全部施工完毕。
  锤击沉管灌注桩适用于一般粘土、淤泥质土、砂土、人工填工等。
  前面介绍的锤击沉管灌注桩的施工方法,一般称为“单打法”。而锤击沉管扩大灌注柱的施工方法则称为“复打法”。
  复打一般在下列情况下应用:
  1.设计要求扩大桩的直径,增加桩的承载力,减少桩的数量,减少承台面积等。
  2.施工中处理工程问题和质量事故。例如怀疑或发现有缩径、吊脚,夹泥等缺陷或持力层起伏不平,个别桩由于桩管长度所限达不到设计规定的进入持力层深度,以致使贯入度不符合要求,作为补救措施而采用复打法。复打法示意图如图2-23所示。
  复打法是在次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后,清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土,立即在原桩位上再次安放桩尖,进行第二次沉管,使次未凝固的混凝土向四周挤压密实,将桩径扩大,然后第二次浇筑混凝土成桩。
  复打施工时,桩管中心线应与初打(单打)中心线重合;次灌注的混凝土应接近自然地面标高;复打前应清除桩管外壁污泥;必须在次(单打)灌注混凝土初凝前,完成复打工作;复打以一次复打为宜;钢筋笼在第二次沉管后吊放。
  复打法有全复打、半复打和局部复打之分。如果缺陷在下半段,则次混凝土浇筑到半桩长,另加lm,开始复打。如果缺陷在上半段,则次浇筑混凝土到顶后,将桩管打入1/2桩长,再第二次灌注混凝土。对于饱和淤泥或淤泥质软土则宜采用全桩长复打法。
  (二)振动、振动冲击沉管灌注桩施工
  振动、振动冲击沉管灌注桩是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉人土中,然后灌注混凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比,更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动冲击沉管桩的施工工艺完全相同,只是前者用振动锤沉桩,后者用振动带冲击的桩锤沉桩。图2~24是振动灌注桩设备示意图。    
图2~24振动沉管设备示意图 :


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1~滑轮组;2~激振器;3~漏斗;4~桩管;5~前拉索;6~遮蓬;7~滚筒;8~枕木;9~架顶;10~架身顶段;11~钢丝绳;12~架身中段;13~吊斗;14~架身下段;15~导向滑论;16~后拉索;17~架底;18~卷扬机;19~架压滑论;20~活瓣桩尖;
  施工时,先安好桩机,将桩管下端活瓣桩尖(图2~25)合起来,或埋好预制桩尖,对准桩位,徐徐放下桩管,压入土中,校正桩管垂直度,符合要求后开动激振器,同时在桩管上加压,桩管即能沉人土中。当桩管沉到设计标高,且最后30s的电流值、电压值符合设计要求后,停止振动,安放钢筋笼,并用吊斗将混凝土灌人桩管内,然后再开动激振器和卷扬机,拔出钢管,边振边拔,从而使桩的混凝土得到振实。
图2~25活瓣桩尖  1~桩管;2~锁轴;  3~活瓣。


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  振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。单打法是一般正常的沉管方法,它是将桩管沉入到设计要求的深度后,边灌混凝土边拔管,最后成桩。适用于含水量较小的土层,且宜采用预制桩尖。桩内灌满混凝土后,应先振动5~10 s,再开始拔管,边振边拔,每拔0.5~1.0m停拔振动5~10s,如此反复进行,直至桩管全部拔出。拔管速度在一般土层内宜为1.2~1.5m/min,用活瓣桩尖时宜慢,预制桩尖可适当加快,在软弱土层中拔管速度宜为0.6~0.8m/min。
  反插法是在拔管过程中边振边拔,每次拔管0.5~1.0 m,再向下反插0.3~0.5 m,如此反复并保持振动,直至桩管全部拔出。在桩尖处1.5 m范围内,宜多次反插以扩大桩的局部断面。穿过淤泥夹层时,应放慢拔管速度,并减少拔管高度和反插深度。在流 动性淤泥中不宜使用反插法。
  复打法是在单打法施工完拔出桩管后,立即在原桩位再放置第二个桩尖,再第二次下沉桩管,将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压,扩大桩径,然后再第二次灌混凝土和拔管。采用全长复打的目的是提高桩的承载力。局部复打主要是为了处理沉桩过程中所出现的质量缺陷,如发现或怀疑出现缩颈、断桩等缺陷,局部复打深度应超过断桩或缩颈区1m以上。复打必须在次灌注的混凝土初凝之前完成。
  (三)沉管桩施工中常见问题的分析与处理
  沉管灌注桩施工时易发生断桩、缩颈、桩靴进水或进泥、吊脚桩等问题,施工中应加强检查并及时处理。
  1.断桩
  断桩的裂缝为水平或略带倾斜,一般都贯通整个截面,常常出现于地面以下1~3m软硬土层交接处。
  断桩原因主要有:桩距过小,邻桩施打时土的挤压产生的水平推力和隆起上拔力的影响;软硬土层传递水平力不同,对桩产生剪应力;桩身混凝土终凝不久;强度弱,承受不了外力的影响。
  避免断桩的措施如下:
  (1)布桩应坚持少桩疏排的原则,桩与桩之间中心距不宜小于3.5倍桩径;
  (2)桩身混凝土强度较低时,尽量避免振动和外力的干扰,因此要合理确定打桩顺序和桩架行走路线;
  (3)采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响。控制时间法指在邻桩混凝土初凝以前,必须把影响范围内的桩施工完毕。
  2.缩颈桩
  缩颈桩又称瓶颈桩,是指部分桩径缩小、桩截面积不符合设计要求。
  缩颈桩产生的原因是:拔管过快,管内混凝土存量过少,混凝土本身和易性差,出管扩散困难造成缩颈;在含水量大的粘性土中沉管时,土体受到强烈扰动和挤压,产生很高的孔隙水压力,拔管后,这种水压力便作用到新浇筑的混凝土桩上,使桩身发生不同程度的缩颈现象。
  防治措施:在容易产生缩颈的土层中施工时,要严格控制拔管速度,采用“慢拔密击”;混凝土坍落度要符合要求且管内混凝土必须略高于地面,以保持足够的压力,使混凝土出管扩散正常。
  施工时可设专人随时测定混凝土的下落情况,遇有缩颈现象,可采取复打处理。
  3.桩尖进水、进泥砂
  桩尖进水、进泥砂常见于地下水位高、含水量大的淤泥和粉砂土层,是由于桩管与桩尖接合处的垫层不紧密或桩尖被打破所致。处理办法:可将桩管拔出,修复改正桩靴缝隙或将桩管与预制桩尖接合处用草绳、麻袋垫紧后,用砂回填桩孔后重打;如果只受地下水的影响,则当桩管沉至接近地下水位时,用水泥砂浆灌人管内约0.5m作封底,并再灌1m高的混凝土,然后继续沉桩。若管内进水不多(小于200mm)时,可不作处理,只在灌槽混凝土时酌情减少用水量即可。
  4、吊脚桩
  吊脚桩即桩底部的混凝土隔空,或混凝土中混进了泥砂而形成松软层。形成吊脚桩的原因是由于混凝土桩尖质量差,强度不足,沉管时被打坏而挤入桩管内,且拔管时冲击振动不够,桩尖未及时被混凝土压出或活瓣未及时张开。
  为了防止出现吊脚桩,要严格检查混凝土桩尖的强度(应不小于C30),以免桩尖被打坏而挤入管内。沉管时,用吊砣检查桩尖是否有缩人管内的现象。如果有,应及时拔出纠正并将桩孔填砂后重打。


关键词: 灌注桩   地基处理        

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