锤击法
利用桩锤的冲击能量克服地基土对桩的阻力,而将桩打入到预定深度,适用于软塑或可塑的粘性土层。使用的主要设备有桩架、桩锤、动力设备等。常用的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤和柴油锤等四种。落锤的锤体用铸铁做成,重量为250~2000千克,用人力或卷扬机提升,靠锤体自由下落的冲击能量打桩。其优点是结构简单,但打桩速度慢。单动汽锤是利用蒸汽或压缩空气的能量提升锤体,靠锤体自由下落的冲击能量打桩;锤体重量为1500~10000千克,每分钟锤击次数为25~30次,是较为常用的一种桩锤。双动汽锤是汽缸固定在桩顶,靠蒸汽或压缩空气的能量推动锤体在汽缸内上下运动: 因其冲击频率高,不仅可打桩,还可拔桩,被广泛应用于打桩施工。柴油锤有杆式和筒式两种,其工作原理与柴油发动机汽缸的原理相似,打桩效率也较高,也是较为常用的一种桩锤。桩锤的重量是打桩施工中的重要参数。打桩宜用重锤轻打,落距不宜太大,以免将桩顶打裂,或使桩顶以下1/3桩长范围内产生水平裂缝;轻锤重打,锤击动能很大部份被桩身吸收,工效低,还易于打碎桩头。因此,锤重应根据土质、桩重和桩的类型慎重选用。打桩时为避免先打入的桩被后打入的桩推挤而发生水平位移,要合理安排打桩顺序。多排桩时,可逐排改变推进方向; 同一排桩,可间隔跳打;大面积打桩时,一般从中间先打,逐渐向四周推进。
打桩过程分为三个阶段:
①重锤自由下 落。先用卷扬设备将重锤提起,使其具有足够 的重力势能,重锤释放后作自由落体运动,其全 部重力势能转变为动能。
②重锤与桩的完全非弹性碰撞。由于重锤与桩 之间相互作用的冲力极大,桩所受到地面的阻 力可忽略,碰撞时重锤与桩的总动量保持守恒。 根据动量守恒定律,有mv=(m+M)V,其中 m与v为重锤的质量和其碰撞前的速度,M为桩的质量,V为重锤和桩在碰撞后的共同速度。
③重锤与桩共同运动。它们共同的质量为 m+M,初速度为V,所遇到的土壤阻力比其重 力大很多,重力可忽略。利用碰撞后重锤与桩 的剩余动能,使它们克服土壤的阻力作功而进入土层。
桩基由桩和桩承台组成(见桩基础)。桩施工法分为预制桩和灌注桩两大类。打桩方法的选定,除了根据工程地质条件外,还要考虑桩的类型、断面、长度、场地环境及设计要求。中国古代已有用石硪夯打木桩施工。其后桩长、桩径加大,石硪逐渐被拉动铸铁的落锤取代。17世纪80年代始有蒸汽锤问世。至19世纪30年代已应用导杆式柴油锤。随着建筑工业的发展,为了适应大型桩基工程的需要,桩基础施工技术既要增加锤重和改进起重、吊装操作工艺,又要减少震动噪声和对环境的污染。有的预制桩的施工以钻孔取土后沉桩的钻打(或钻压)结合工艺,取代原来单纯锤击挤土或压入挤土等方法。同时能量大、无公害的冲击体重达 60多吨的液压锤、125吨蒸汽锤和15吨柴油锤都已得到应用。灌注桩施工亦由原来泥浆护壁、套管成孔进展到无噪声、不排污、不挤土的全套管施工。
桩身混凝土及混凝土保护层厚度应符合下列要求:
1 桩身混凝土强度等级不得小于C25,混凝土预制桩尖强度等级不得小于C30;
2 灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm,水下灌注 桩的主筋混凝土保护层厚度不得小于50mm;
3 四类、五类环境中桩身混凝土保护层厚度应符合国家现行标准《港口工程混凝土结构设计规范》JTJ 267、《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046的相关规定。