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。
预制桩的施工预制桩的施工方法有:锤击法、振动法、压入法和射水法。①锤击法。桩基施工中采用广泛的一种沉桩方法。以锤的冲击能量克服土对桩的阻力,使桩沉到预定深度。一般适用于硬塑、软塑粘性土。用于砂土或碎石土有困难时,可辅以钻孔法及水冲法。常用桩锤有蒸汽锤、柴油锤(见打桩机)。②振动法。振动法沉桩是以大功率的电动激振器产生频率为700~900次/分钟的振动,克服土对桩的阻力,使桩沉入土中。一般适用于砂土中沉入钢板桩,亦可辅以水冲法沉入预制钢筋混凝土管桩。用于振动沉桩的振动机的常用规格为20吨及40吨。使用高频率达10000次/分钟的沉桩机头,震动与噪声小,沉桩速度快(见振动沉桩机)。③压入法。压入法沉桩具有无噪声、无震动、成本低等优点,常用压桩机有80吨及120吨两种。压桩需借助设备自重及配重,经过传动机构加压把桩压入土中,故仅用于软土地基。④射水法。锤击、振动两种沉桩方法的辅助方法。施工时利用高压水泵,产生高速射流,破坏或减小土的阻力,使锤击或振动更易将桩沉入土中。射水法多适用于砂土或碎石土中,使用时需控制水冲深度。
对于受水平荷载的桩,主筋不应小于8φ12;对于抗压桩和抗拔桩,主筋不应少于6φ10;纵向主筋应沿桩身周边均匀布置,其净距不应小于60mm;