水冲锤击沉桩在砂质地基中的应用及监控措施

水冲锤击沉桩在砂质地基中的应用及施工技术**广州**集团有限公司邮编：**摘要：水冲锤击沉桩是当桩锤的锤击能量不足以克服桩端阻力时，用水冲压力减少桩端砂土结构阻力以提供桩贯入的一种辅助锤击沉桩工艺。工程实践表明，利用水冲减少阻力提高锤击贯入性是有效的，保证了砂土层地质条件下锤击预应力管桩的成桩质量。关键词：水冲气举法锤击沉桩砂质地基施工技术前言：目前预应力高强管桩作为建（构）筑物的基础应用相当广泛，新的沉桩设备和成桩方法的不断涌现，更促进了施工工艺的改进和创新。随着管桩基础的大量应用，经常遇到在深厚砂土层地质条件下进行锤击预应力管桩施工，而这样的地质条件很容易使桩身质量产生缺陷，出现断桩的现象。控制好在深厚砂土层地质条件下锤击预应力高强管桩的成桩质量，保证桩端顺利沉达设计持力层，让管桩断裂的机率降到最低，是保证整个建筑工程质量、降低工程造价的前题。水冲锤击沉桩主要解决锤击管桩基础在遇到深厚砂土层这一不利地质情况时容易断裂的质量难题，同时能降低工程造价，也改善了噪音环保方面的功能。本文对该工艺技术的具体操作和其质量的控制等方面作以阐述，以供同行实际工程中应用此技术时参考。1施工准备1.1具备常规的锤击沉桩施工工艺条件外，还需要特别做好下述准备工作。1.2预应力混凝土管桩进场时，除对生产厂家的资质、该批管桩的检验报告、合格证、管桩预应力张拉应力表、管桩的混凝土、钢筋、主要附件等检测报告进行检查外，还应在现场检查桩身质量，如管桩内、外径尺寸偏差；管桩桩身的裂缝、裂缝宽度(不得出现环向及纵向裂缝)；桩帽是否空鼓、空鼓的范围及程度等。在原材料上把好质量控制的第一关。1.3水冲气吹辅助锤击沉桩必须使用特制的桩帽，并且设泥浆池、沉淀池、清水池以及高压水泵、空气压缩机等设施。1.4根据工程地质勘探报告及试打桩数据进行综合分析，用地质资料判断桩入土深度与砂层的距离，某区域沉桩过程中存在有砂层（粉砂，细砂，粉、细、中粗砂相间）中密，夹砂层厚度很深，而且确认锤击能量无法使桩沉入到设计高程时，采用水冲气吹辅助锤击沉桩（内冲内排法）进行施工。这样能把水冲锤击桩的数量减到最少，节省费用，经济效应最佳。2工艺原理2.1工艺原理：水冲气吹是利用预制管桩的空腔（桩芯），配置特制的水冲锤击桩桩帽，让冲水管头在桩芯内（内冲内排）作业；用水（气）冲力削弱桩尖处土体阻力的同时再锤击沉桩，使桩端顺利穿过深厚泥沙层而沉达设计持力层，保证了深厚泥沙层地质条件下锤击预应力高强管桩的成桩质量。2.2水（气）冲力破坏桩尖土体的阻力的同时再锤击沉桩的工艺，根据土质的不同，采取不同的打冲结合的方法沉桩；当桩尖沉达离预定高程1m左右时，应停止冲水和供气，单用锤击沉桩，使桩顺利下沉，保证桩端穿过深厚夹砂层顺利到达持力层。内冲内排水冲桩桩帽、冲水供气系统示意图如下：冲水供气系统示意水冲桩桩帽3施工流程3.1水冲锤击沉桩施工流程：沉桩设备、冲水供气设备就位→穿冲水供气管→吊桩、套桩帽→设备连接→调试冲水供气设备→冲水、供气，下桩→锤击→继续冲水供气沉桩→离桩端控制高程1～1.5米时停止冲水供气→拔管，锤击沉桩3.2施工工序见下图：接桩接桩锤(水冲)沉桩放样现场三通一平桩机进场桩机架设、定位结束保护桩孔送桩至设计高程送桩至设计高程套送桩器检验场内驳管桩卸桩、堆放、保管开工准备经纬仪控制插桩吊桩PHC管桩施工工序图3.3从桩帽开口处穿入高压橡胶软管，与桩顶空芯处插人的冲水管和气管连接，并分别向该两管输人高压水和压缩空气，高压水经水管从桩尖喷气射水咀射出，直接射到桩尖前端的中砂层，被水射散的中砂和水混合成混合水，该混合水经桩尖出水口和回水口进人管桩内空腔，进人内空腔的混合水用气举法将它沿着桩轴线上提从桩顶排出。以此排出的混合水带有砂，这样达到排出桩尖处砂的目的，该砂排出后桩尖处阻力减小，此时停止射水锤击，重复操作就能将桩穿过夹砂层。4施工技术要点4.1根据沉桩流程安排要求，由吊车将管桩驳至桩位附近，桩机就位后起锤，将管桩吊起喂进笼口，调节桩架位置，使桩尖对准样点缓缓放下，插入土中；由2台经纬仪十字交会校核桩位并控制其垂直度，待桩身稳定进行桩位和垂直度校正后，并在桩身或桩架上设置标尺，做好记录，才能开始施打。当桩尖进入土面，即可送0.3MPa的水压力和0.4MPa的气压下桩，接着可增加到0.6MPa水压，进入砂层3米以上时，则可增加到1.2MPa，气压0.5MPa，当桩下到一定深度，调整桩位和桩的垂直度，再调整水压和气压，配合锤击沉桩。标准贯入击数与水(气)压关系参考表标准贯入击数30～3535～4040～50＞50正常水压（MPaa）1.21.41.4～1.8＞1.8正常风压（MPaa）0.50.70.8～1.0＞1.04.2第一节桩的沉桩质量非常关键，其沉桩时的垂直度精度将会对整桩的垂直度精度及桩顶完好等有直接的影响。在下桩过程中，正、侧面的经纬仪要认真观测，调节桩架使桩锤、桩帽、桩身处在同一垂直线上，并使桩架龙口与桩身保持平行，以免产生偏心锤击。使用2台经纬仪从正、侧面控制桩身倾斜度偏差不得超过0.5%，如果偏差超过0.5%，必须及时调整，必要时应将打下的桩拔出再重新下桩。4.3连接射水系统和供气系统后，必须先检查运行情况，观察水压、气压、水量、气量是否满足需要。当桩顶冒出的水由浓变清时，即可开锤实施边打边冲，此时水压、气压要视土质和贯入度来决定。最大水压可增加到1.2～1.8MPa，气压增加到0.6～1.0MPa，当贯入度少于10mm时，即停止锤击。调节冲水管上下位置，继续水冲，当冒出的水由浓变清后，继续锤击。4.4水冲锤击时，应采用重锤轻打，贯入度宜控制在4～8cm，当贯入度小于10cm时，要停锤水冲。水冲桩顶宜采用橡胶垫，可防止水浸损坏，且施工时应注意出水孔排水情况，防止桩垫打胀堵住出水孔，影响内排效果。下沉初期，必须控制水压、气压、水量、气量，在徐徐下桩的过程中，要不断边沉桩边校正桩位。开锤前要校正桩位和桩的垂直度并严格控制射水咀在桩孔中的位置。绝对不允许将内冲内排改为内冲外排施工，这样会影响沉桩质量和桩的承载力。4.5在锤击贯入度较小时，为保护桩不受打击破坏，应及时采取多冲少打，打打停停以冲为主的沉桩工艺。同时要防止冲水过度造成桩尖空洞，发生溜桩事故而造成设备损坏。施工过程中，不能突然停止供水供气，只能逐渐减小，否则砂泥将堵塞射水咀和射水管。严重的会损坏高压水泵。4.6当管桩需要接长时，当下节桩沉至离地面约0.8～1.0米时，可停止锤击，将待接的上节桩吊起与下节桩对位后进行焊接。下节桩的桩头处设导向箍以方便上节桩就位；接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm；上下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于0.1％桩长。接桩处应做防腐处理。4.7电焊接桩工艺宜采用二氧化碳气体保护焊。焊接采用多层焊，每层焊缝接头错开，焊渣要及时清除，焊接前，上下端板表面用铁刷子清刷干净，坡口处刷至露出金属光泽后方可焊接；焊接时宜先在坡口周围上对称点焊4～6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，施焊应由两个电工对称进行。选用焊丝直径应满足焊透坡口根部的要求。焊接时，电流强度与使用的焊机和焊丝相匹配，要求分层、对称、均匀、连续施焊。焊接道数不得少于2道，每道焊接接头应超前引弧，注意焊接始端与终端的焊口处。表面加强焊缝高度宜为1～2mm，力求平滑。焊缝完成后必须进行质量检查验收，要求表面没有咬边、焊瘤、焊渣、凹痕、夹渣、裂缝等缺陷，焊接完毕自然冷却后，再继续锤击沉桩。4.8桩径≤500mm不能采用内冲内排工艺施工；在持力层中慎重施工，以免对桩的承载力产生影响。4.9停冲锤击：桩端沉达离预定高程只剩1.5～2米处时，水（气）逐步减压，到1米左右时即停止冲水供气。使用纯锤击沉桩方法继续下沉管桩。4.10套上送桩器，调节桩架，使送桩器帽与桩顶接触平实，送桩器与桩轴线成一直线后开锤送桩，直至达到收锤标准。5施工主要机具设备配置水冲锤击机具设备配置表序号设备名称设备型号单位数量备注1水冲锤击桩帽特制个1水冲锤击桩用2高压水泵150TSWA台1提供压力水3空气压缩机11m3/minn台1提供压力气4耐高压橡胶软管Dg75mm、DDg40mmm米按需供水（气）5无缝钢管￠75mm、￠400mm米按需供水（气）6射水咀中心喷口￠27mmm个侧面设8个喷口6质量控制6.1施工现场建立健全完善高效的工程质量保证体系和质量保证措施，加强施工人员的业务素质培养，教育作业人员树立严格的质量观念。6.2严格执行桩进场验收制度，验收执行施工规范，坚持不合格的桩不用。6.3在施工中，必须严格按照相关规范规定及操作规程的要求进行施工。6.4插桩时应调校桩架及桩身垂直度，对于一般土质而言桩尖入土1/4-1/3桩长后不宜再强行调校桩身垂直度，否则可能发生断桩；若桩身倾斜过大必须校正时，应在拔出桩尖用碎石或河砂填满桩孔后重新插桩。6.5电焊接桩应采用试桩确定时的施工参数（施焊电流及施焊层数，桩锤选型亦然），焊接完成后，应将焊缝冷却到自然温度后再打桩，以免焊完既打造成焊缝遇水发生“淬火”现象。6.6当桩间距小[桩间距≤4D（桩径）]、桩数量大，需要考虑桩间挤土效应时，通过合理布设卸压孔和袋装砂井,可以弱化挤土时引起的桩体上浮、水平位移及土体隆起。6.7必须严格检查桩内腔位置是否在规范规定之内，否则不能用做内冲桩。6.8射水管（喷咀）内留长度控制在0～20cm，不能伸出桩尖外，不得将内冲内排工艺改为内冲外排工艺。6.9水冲锤击沉桩的过程中应随时对桩位和桩的垂直度进行监测，每一次冲水后开锤前都要复测一次。6.10必须控制水、气的压力。桩垫、桩帽的排水孔不能比桩内腔孔小，以免发生因来不及排水，桩内腔压力过高，产生水动力作用，造成桩身破裂的情况。6.11成桩质量必须符合现行质量验收标准。6.12考虑到基桩施工的作业条件，先成桩后开挖基坑。在浅层淤泥质地带可增加水泥搅拌桩做地基加固，预防桩基倾斜。在已成桩的条件下开挖基坑，必须严格实行均衡开挖，避免不均衡开挖，形成“坑中坑”，导致土体蠕变滑移将基桩推歪推断，软土场地高差不应超过1m，不得在坑边弃土，以确保已成基桩不因土体滑移而发生水平位移和折断。7安全及环保措施7.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，详细编制施工安全生产、文明施工的安全施工组织设计；建立安全生产、文明施工的管理网络体系；成立安全领导小组。加强安全管理，建立定期检查、考核机制。7.2按施工安全规范做好施工质量、安全文明施工管理，从人身安全、工程安全、设备安全和环境安全四个方面针对本工程的特点，进行综合分析，采取相应的安全措施和安全预案。7.3参照现行国家标准《建筑物防雷设计规范》，在施工现场的桩机上按规定安装防雷保护装置；设置现场变电所时的进、出口处还应有防雷装置。7.4强化安全教育和安全交底制度，未通过安全教育人员不得入场，未通过交底人员不得进入施工作业区，不符合相关安全规定的人员不得进入相关工作面作业，特殊工种作业必须持证上岗。7.5在已沉桩完的区域周边，应做好防护并设明显标志，夜间设置红灯，以策安全。7.6严格执行《建筑施工现场环境与卫生标准》（JGJ146－2004）中相关要求，成立对应的施工环境管理机构，强化现场文明施工管理。7.7遵守《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-90）规定制定降噪措施，对施工现场的噪声值进行监测和记录，控制昼间工作时间≤8h，噪声限值在85（db）内；有效控制和降低噪声污染。7.8现场主要道路、料场、生活办公区域进行硬化处理，施工运输车辆上路前清洗轮胎，杜绝带泥上路；防止尘土飞扬，污染周围环境。7.9施工现场设置排水沟、沉淀池及清水池，对废水、污水集中做好无害化处理，不得直接排入市政污水管网和河流，清水重复利用，从根本上防止水污染。结语水冲气举辅助沉桩技术只作为一种辅