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钢筋混凝土板桩施工详细讲解
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-05-22 14:47:00

一、钢筋混凝土板桩制作

1、制作方法

钢筋混凝土板桩制作不受场地限制,可以现场或工厂制作,钢筋混凝土板桩制作一般采用定型钢模板或木钢组合模板。养护方式有自然养护和蒸汽养生窑中养护。制作场地应制作同条件养护的混凝土试块,以便确定板桩的起吊、翻身和运输条件。

2、预制加工和施工中的制作要求

钢筋混凝土板桩的特殊构造和特定的用途,制作时要求必须保证板桩墙的桩顶在一个设计水平面上、板桩墙轴线在一条直线上,榫槽顺直、位置准确。

(1)桩身混凝土应一次浇注,不得留有施工缝。

(2)钢箍位置的混凝土表面不得出现规则的裂缝。

(3)板桩的凸榫不得有缺角破损等缺陷。

(4)预制板桩起吊时的强度应大于设计强度的 70%

(5)吊点位置的偏差不宜超过 200mm,吊索与桩身轴线的夹角不得小于 45度。

(6)板桩堆存时应注意:采用多支垫,支垫均匀铺设;多层堆放的每层支垫均应在同一垂直线上;现场堆垛不超过 3 层,工厂堆垛不超过 7 层。

(7)板桩装运时应注意:按沉桩顺序绘制装桩图,按图装船、车;运输中,用木楔将支垫垫实,按实际情况采取适当的加固措施;按多支垫少垛层原则装运。板桩工厂制作、堆放,如图 15-12a 和图 15-12b 所示。

3、板桩制作的允许偏差

板桩制作的允许偏差, 如 表 15-2 所示。

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二、钢筋混凝土板桩沉桩施工

沉桩对附近建筑物的影响必须充分考虑。打桩过程由于振动和排土对周围环境的影响进行预测并采取相应措施,采用静力压桩或者桩侧土中埋设袋装砂井或塑料排水板,包括放慢打桩速度等措施均有明显效果。

1、沉桩方法

沉桩方法包括打入法、水冲插入法和成槽插入法,目前最常用的还是打入法。

打入法分单桩打入、排桩打入(或称屏风法)或阶梯打入等。封闭式板桩施工还可以分为敞开式和封闭式打入。所谓封闭式打入就是先将板桩全部通过导向架插入桩位后使桩墙合拢后再打入地下,此种打入方法有利于保证板桩墙的封闭尺寸。如图15-13 所示。

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2、沉桩前的准备工作

(1)桩材准备

板桩应达到设计强度的 100%,方可施打,否则极易打坏桩头或将桩身打裂。施打前要严格检查桩的截面尺寸是否符合设计要求,误差是否在规定允许范围之内,特别对桩的相互咬合部位,无论凸榫或凹榫均须详细检查以保证桩的顺利施打和正确咬合,凡不符合要求的均要 运输、起吊、堆放均要保证不损坏桩身,不出现裂缝。本工程板桩制作的允许偏差见表 15-2。

(2)异型桩的制作

异型板桩包括转角用的角桩,调整桩墙轴线方向倾斜的斜截面桩,调整桩墙长度尺寸的变宽度桩以及起导向和固定桩位作用的导桩等。异型板桩可用钢材制作或采用其他种类桩,如 H 型钢桩等。转角桩制作比较复杂,板桩墙转角也可以不采用角桩而施工成 T 型封口(即转角处板桩墙相互不咬合,而相互垂直贴合)。

3、钢筋混凝土板桩制作

工艺流程:测量放线、设施工水准点→对板桩纵轴线范围上的障碍物进行探摸和清除→打桩机或打桩船定位→施打导向围檩桩→制作、搭设导向围檩→沉起始桩(定位桩)→插桩→送沉桩→ 搬迁导向围檩继续施工→对已沉好的桩进行夹桩→ 做好安全标志。

(1)围檩的制作

在拟打板桩墙的两侧平行与板桩墙设置导向围檩装置,以保证板桩的正确定位,桩体的垂直及板桩墙体的顺直。

围檩通常由导柱和导框组成,其型式分单面和双面,单层和双层以及多层,锚固式和移动式 。导桩可用型钢和钢管,也可以采用特制的钢筋混凝土板桩。导柱间距3~5m,其打入土中深度以 5m 左右为宜,导框宽度略大于板桩厚度 3~5cm。导框底面距底面高度设为 50mm,双层或多层导框的层高间距按导框刚度情况而定,但不宜过大。围檩应结构简单,牢固和设置方便,一般选用有足够刚度的型钢,如钢管、H 型钢、双拼大型槽钢等。围檩每次设置长度按施工具体情况而定,同时可以考虑周转使用。板桩在导框内打入时,可采用单桩打入法,如采用屏风法打桩可在板桩全部插入土中后,并在拆除围檩导框后再将桩打入地下,围檩型式如图 15-14 所示。

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(2)定位桩施打(即起始桩,或称首根桩)

定位桩以后的板桩将会顺着定位桩的顺直度入土,以后的板桩墙将依此为依据插入。因此定位桩的位置,垂直度(江岸侧与上、下游侧两个方向)将会对整个板桩墙产生很大的影响。所以定位桩打入时要求更仔细认真,特别是桩体的垂直度,要求控制到最小误差。定位桩一 围檩高程,但为防止下一根桩将其带下,可适当提高高程 1m 左右。导向围檩如图 15-15 所示。

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(3)插入板桩

定位桩基本插打到位后即可依次插入其他板桩。

将板桩顺着定位桩(或前一根已插桩到位的桩)的凹槽在导向围檩内逐一插桩到位,插入土体的深度根据桩长、打桩架高度及地质情况等因素而定。要求用桩锤静压,并留有 1/3桩长进行送打桩,在插入桩过程中,尽量不要开锤(尤其是开重锤)施打。

屏风法施工时,每排桩插桩数量为 10~20 根为宜,如果一次插桩数量过多,在桩打入时由于板桩间挤压力较大,打桩较困难并容易把桩打坏。

当地质较硬时,可采用钢制桩尖,在桩上端及桩顶加钢板套箍或增加钢筋并提高混凝土标号以提高板桩抗锤击能力。

(4)拆除导向围檩装置

板桩屏风墙体形成并确认不会因为拆除导向围檩装置后导致墙体倾斜、晃动,即可将导向围檩装置拆除并按施工流水布置进行下一导向围檩的施工。为能与下一施工段接口平顺,导向装置保留最后一段不拆,与下一段施工段顺接。

(5)送打板桩

围檩装置拆除后即可对已插桩成屏风墙体的板桩墙逐一打到设计高程。送打桩的顺序与插入桩时顺序相反,即后插的桩先送,先插的桩后送。在送打过程中发现相邻桩体有带下或板桩出现倾斜(指顺板桩墙方向)时,要考虑再分层送打桩。分层送打桩的顺序一般与上述相同。每一屏风段墙体的最后几根桩不送打,与下一施工段流水接口。

a.斜截面桩施工(亦称斜锥桩)

由于挤土等影响,板桩凹凸榫较难在全桩范围内均紧密咬合,桩墙会产生沿轴线方向倾侧,倾侧过大时施工将很困难。此时可通过打入斜截面桩即楔子桩进行调整。斜截面桩打入数量及位置应根据施工经验及情况而定。

b.转角施工

转角处可采取特制钢桩,两根 H 型钢桩焊接成型,也可采用 T 字型封口。为保证转角处尺寸准确,也可先施打转角处的桩而后打其它桩。转角板桩桩尖如同方桩尖,桩长比一般板桩长 2m,沉桩时一定要控制好转角方向。

(6)凹槽内灌注袋装混凝土

板桩之间的相对凹槽一般会伸入泥面(开挖面)1.0m 以下,在基坑开挖前要用高压水枪将凹槽内冲洗干净,用周边大于双凹槽内边长(不小于 5cm)的、长度大于双凹槽长度 0.2m以上的有足够强度的密封塑料袋放入双槽内,再在袋内灌装塌落度不小于 10cm 和板桩等强的细石混凝土,对凹槽充填密实,以起到止水防渗作用。

4、沉桩施工标准

板桩插入垂直度偏差不得超过 0.5%;板桩施打平面位置允许偏差 100mm;板桩施工垂直度允许偏差 1%;板桩用于防渗时板桩的间隙不得大于 20mm;用于挡土时不得大于 25mm;板桩轴线允许偏差 20mm;板桩施工桩顶标高允许偏差±100mm。

沉桩施工质量标准如表 15-3 所示。

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5、板桩脱榫、倾斜预防措施

对沉桩过程中,出现桩顶破碎、桩身裂缝、沉桩困难等常见质量问题的预防及处理方法,与一般钢筋混凝土方桩基本相同,这里仅对钢筋混凝土板桩施工中特有的脱榫,倾斜问题进行阐述。

(1)预制钢筋混凝土板桩的凹凸榫的尺寸及顺直度不满足设计要求是造成脱榫的主要原因,故施工前必须逐根检查验收,避免上述桩体打入土中。

(2)当桩尖与桩身不在同一条轴线上或沉桩过程中桩尖的某一侧遇到硬土或异物时桩身会产生转动(即桩横断面与板桩墙轴线产生夹角),若不及时采取措施,必然出现脱榫。

对此,首先认真验收预制桩,桩尖与桩身不在同一轴线上的桩不能使用。另外在沉桩过程中出现桩身转动而无法拔出该桩时,可在有转动趋势的板桩相对应的两侧的导向围檩上,各焊接一根用型钢制作的有足够强度的小限位,该小限位与板桩体贴紧(贴紧处要求光滑,最好是滚动接触),而后继续缓慢小心施打该桩。经过上述纠偏措施后一般均能予以纠正,至少能阻止脱榫发展,该措施的成功与否关键在早发现脱榫趋势,早落实纠正措施。

(3)有的板桩之间凸榫侧会有一个削角,如图 15-16 所示,设计者本意是便于桩体破土打入,但在桩体入土的过程中此削角处若遇小石块或其他硬物时,桩体易发生脱榫趋势,故建议取消上述削角。

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(4)板桩墙前、后方向的倾斜,在插桩时注意桩尖与桩顶控制在一条垂直线上(即桩顶与围檩槽保持在同一垂直线上)即可。特别是起始桩(定位桩)更要注意控制,因该桩的凹榫是以后形成的板桩墙体的垂直度的导向与“靠山”。因此起始桩的定位要求零误差控制,确认无误后再插桩,这对以后的施工控制极有好处。

(5)板桩在逐根沉入后常会向墙体形成方向(即桩体凹榫方向)倾斜。主要原因是插(打)入时,插(打)桩的桩体靠已打入的一侧与前一根桩之间的摩擦阻力大于另一侧与土体的侧摩擦阻力。另外板桩的桩尖除了定位桩外一般在凹榫侧有斜角,因为有该斜角的存在,板桩在打入过程中会越打越向前一根桩靠紧。设计这种形式的本意是使得板桩墙体接缝搭接不脱榫。但也会使得在桩体打入过程中,与前一根桩之间的摩擦阻力大大增加,从而增加了桩体倾斜产生的几率。所以,在板桩施工中,一般均会发生逐渐向板桩墙体形成方向倾斜的趋势。为此,采用屏风法施工而不采用逐根打入法工艺,可以从根本上减少桩体倾斜发生的几率。为进一步避免、减少及纠正上述桩体倾斜的发生,也可再选用下述措施:

a.围檩上设置“定位角铁”,并与插入桩紧贴,限制住往该桩的倾斜趋势。在“定位角铁”与插入桩之间可抹上黄油,便于板桩的插入。

b.插桩时在板桩的凹榫内插入一竹(青)片(厚度 1cm 左右,宽度略小于凹榫槽宽),以减少插(打)入桩与已打入桩体之间的摩擦阻力。

c.修正图 15-16 中所示的桩尖斜角,可有效控制桩体倾斜,但在施打板桩时,板桩一般均已预制好,再作调整已不可能。为便于现场调整可预制几根如同起始桩同样桩尖类型(即桩尖两面均有斜角,下桩时不会倾斜趋势)的板桩。在施打过程中,视现场情况每隔一段距离插打一根这类似板桩,对调整倾斜很有效果(若现场没有这类板桩而且桩尖所处土层不在硬土中时,也可凿去桩尖成为“平头桩”代替)。

(6)板桩脱榫处理

对板桩脱榫处拟采用压密注浆对脱榫处进行补强处理。即在接榫处除用细石混凝土将接榫处灌密实外,另在靠近河岸边用压密注浆对该接榫进行补强。对没有脱榫的钢筋混凝土板桩按照设计要求采用细石混凝土灌浆。钢筋混凝土板桩处理前将高出设计标高的板桩凿除至设计标高。

板桩脱榫大于 80mm 的采用双排压密注浆,且在板桩中间的注浆空中还采用树根桩补强,用高压水将板桩接榫部位的泥土冲洗干净,放下注浆管,然后填上重量比为 1:2 的中粗砂和 5~25 碎石,再用粘土将表面夯压密实,然后再开始注浆;板桩脱榫大于 25mm 小于或等于 80mm 的部位仅采用双排压密注浆。双排注浆时先注外排,再注内排。对于没有脱榫的板桩在板桩接榫部位注单排水泥浆。注浆浆液中掺入 1:0.3(水泥:细砂重量比)的细砂和2%的水玻璃。注浆量控制在约 25Kg/m,压浆压力控制在 0.4~0.5MP。注浆时要严格控制压浆压力在规范范围内。

6、沉桩倾斜纠正措施

板桩在施打时应用经纬仪经常观测保持板桩在两个方向的垂直,如有倾斜时,可按表15-4 所列方法纠偏。

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三、钢筋混凝土板桩沉桩设备选择

板桩可以采用柴油打桩锤,落锤,气动锤等各种机具打设,桩锤大小视板桩而定。

1、锤型要求

钢筋混凝土板桩,最适宜采用导杆式柴油锤施工,1.8t 的双导杆式柴油锤,其锤击能量在 30~40KN.m 之间,适宜施工 10~15m 长的桩;2.5~3.2t 的双导杆式柴油锤,其锤击能量在 65~85KN.m 之间,适宜施工 20m 长的桩;20~30m 长的板桩施工,也有选用冲击块在 2.5~4.6t,锤击能量在 60~140KN.m 之间筒式柴油锤施工。用筒式柴油锤施工,宜采用重锤轻打的方法,也可选择同等锤击能量的坠锤、汽锤施工。近几年有一批锤击能量在 20~150KN.m 的小型液压锤投入市场,也可用于钢筋混凝土板桩施工,其施工质量优于其他锤。

2、桩帽的形式

采用锤击工艺施工钢筋混凝土板桩,都要使用桩垫(杆式柴油锤)或桩帽加桩垫(筒式柴油锤)。因为板桩构造的特点和板桩墙结构及其施工工艺的特殊要求,为了达到板桩桩顶在一个设计平面上,它的桩帽形式与施工混凝土方桩的形式不一样,在靠已插桩到位的一侧面,是没有桩帽挡板的,为一侧开口;当它在送桩阶段时,桩帽在两侧面都是没有挡板的,为两侧开口。

当钢板桩采用收头桩顶时,也可采用四面都有挡板的类似混凝土方桩的桩帽。

3、锤垫、桩垫材料要求

由于钢筋混凝土板桩在使用中桩长受到一定限制,施工中所用锤的锤击能量较低,所以施工中所用桩垫、锤垫也与沉钢筋混凝土方桩有所不同;桩垫大都采用纸箱或纤维板加工,一般为 5~10cm 厚,也可用 5cm 厚松木加工;锤垫大都采用白棕绳盘成;有时用硬木加工做锤垫。

白棕绳加工的锤垫一般要锤击 50~100 根桩后才调换一次(一般不坏不换),硬木锤垫要损坏后才调换,一般可用到 500 根桩以上。

四、射水法预制钢筋混凝土板桩简介

射水法预制钢筋混凝土板桩 [3] ,又称为水力插钢筋混凝土板桩,对于沿海地区或江河水域的建设项目特别适用,如图 15-17 所示,这些地区有着充足的水源进行喷射,海水的使用对于自然环境没有显著的影响。水力插板技术已成功应用于建设港口码头、道路交通桥、水中人工岛、污水处理池、地下涵洞、泵站、水闸、输水渠道等。该技术在防止水患灾害方面可以建成长治久安的防洪堤坝和防潮堤坝;在海洋工程方面可以解决破除拦门沙建设深水航道这一世界性难题;在桩基工程方面可以形成多种多样的桩基结构形式为增大承载能力走出一条新路。该技术的推广和应用,对水利工程、桩基工程、港口航道工程以及消除水患灾害都将产生重大而深远的影响。

该技术主要包括以下步骤:

一、工厂预制,进行专为喷射和灌浆设计的混凝土桩的预制;

二、现场插桩,利用吊机、浮船或平台上的起重机等设备吊起板桩,开动水泵在水力喷射作用将桩插入土体;

三、整体连接,进行孔道灌浆将板桩之间纵向连结成整体,顶部现浇钢筋混凝土将板桩之间横纵向连接成整体,以加强连接并提高承载力。

1、构造要求

除了普通钢筋混凝土之外,射水法预制钢筋混凝土板桩设计还包括一些工艺构造要求,如图15-19 射水法预制钢筋混凝土板桩构造图所示。

(1)中心管道

板桩沿其中心轴线带有一根竖向钢管,该管道在桩头处敞开以便与塑料软管相连,并将压力水流从软管传至桩尖。

(2)桩尖喷管

桩尖有预埋水平钢管,该管道将水从中心管引入桩尖喷管,并通过小孔喷射入土体,如图 15-18 所示。该桩尖管包含大量间距规则的直径约为 3mm 的孔,中心管与桩尖管相连。

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(3)工字梁

一根工字钢梁沿其一边部分浇筑于混凝土板桩内,如图 15-19 所示。工字梁侧面为两个半圆形沟槽。

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(4)矩形管道

一根矩形截面钢管道(矩形管道)沿工字梁对边浇筑在钢筋混凝土板桩内,如图 15-19所示。矩形管道带有狭窄的开口,略厚于工字梁腹板但比工字梁翼缘窄。矩形管道的内部宽度略大于工字梁翼缘的宽度。

矩形管道的内部长度大于一半腹板的长度与翼缘厚度之和。矩形管道侧面为两个预制在混凝土内的半圆形沟槽。工字梁、矩形管道和 4 个半圆形开口槽的下方端部位于板桩桩尖上方 1m 处。

2、施工要求

(1)板桩制作

按照 15.5.1 钢筋混凝土板桩制作要求,预制用于喷射、灌浆和联接的特殊设计的钢筋混凝土板桩。

(2)喷射法沉桩

从桩内管道喷射水流的喷射方法有:

一是从桩尖的一个喷嘴采用锥形喷射水流 ;

二是从钢筋混凝土板桩桩尖的许多小型喷嘴采用许多向下的直线高速水流方式喷射水流。

当板桩竖立到正确位置时,通过塑料软管将压力水流泵送至垂直中心管。塑料软管与桩尖的一系列小型喷嘴相连,这些喷嘴将水喷射入土体,如图 15-18 所示。泵送压力大约在 1.0到 2.0Mpa。总的排水速率为 50–80L/s。沉桩速度约 1m/s。

为保证桩尖处小孔不会被沙子或砂砾阻塞,泵送和喷射的水不得包含任何大型固体颗粒。根据经验,建议水里固体颗粒的含量不应超过水总质量的 0.1%。

桩尖下方的土体被喷射作用冲散和液化,因此能使起重机控制下的钢筋混凝土板桩利用自重沉入土中。起重机操作员连续进行喷射,直到桩达到设计深度为止。当桩沉至设计深度以上约 0.5m 处时,他减小排水速率和水压以便将对永久桩尖下方土体的扰动降至最小。

第一根桩已安装到位后,按类似的施工程序进行第二根桩施工。喷射前,第二根板桩垂直侧边上的工字梁自由翼缘应插入第一根板桩垂直侧边上的矩形管内,第二根桩工字梁的自由翼缘与第一根板桩矩形管道内部相匹配。如水下插板堤坝工程,在板桩的侧面需要增设插入滑道定位。这一过程在以后所有的桩中重复进行。

(3)板桩连接

采用袋状水泥浆砂浆,将两根板桩相对应四个半圆形沟槽组成了两个垂直圆柱形孔、钢管道和两根混凝土桩侧墙间的间隙进行泥浆置换,使钢筋混凝土板桩之间纵向连结成整体。

最后利用顶部预留钢筋与新增加的横向钢筋绑扎起来,浇注钢筋混凝土压顶圈梁,使整体板桩横向连接成整体。

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