浅析施工中桩基础机械设备的合理使用

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摘 要：在建筑工程中，桩基础是最常用的基础形式。随着现代建筑业的飞速发展和科学技术的进步，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩和钢桩，桩基础的施工方法与施工机械也有了长足的发展。桩基础机械设备很多，常用的成桩机械设备有打桩机及钻机。本文对桩基础机械设备在施工中的合理使用进行了探讨。

关键词：桩基础；机械设备；合理使用

Abstract：In the architectural engineering, pile foundation is the most commonly used form. Along with the rapid development and progress of science and technology of the modern architectureindustry, pile foundation has gradually been developed from timber pile to reinforced concrete pile and steel pile, and the construction method and construction machinery of pile foundation also had great progress. There are many types of foundation piling machinery equipment, and thecommonly used are piling machine and drilling machine. This article explores the rational use of the mechanical equipment in the construction.

Keywords：pile foundation；machanical equipment；Rational use

中图分类号：TB486 文献标识码： A 文章编号：

一、沉入桩基础机械设备的合理使用

1、沉入桩的类型

（1）打木制桩：木桩常用松木、杉木做成，其桩径（小头直径）一般为160―260mm， 桩长为4～6m。木桩自重小，具有一定的弹性和韧性，又便于加工、运输和施工。木桩在淡水下是耐久的，但在干湿交替的环境中极易腐烂，故应打入最低地下水位以下0．5m。由于桩的承载能力很小，以及木材的供应问题，现在只在木材产地和某些应急工程中使用。木桩桩顶应加设铁箍，以保护桩顶不被打裂，桩尖削成棱锥形，常加铁桩靴。

（2）打钢筋混凝土桩：沉桩（打入桩和振动下沉桩）采用预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆柱桩和方桩（少数为矩形桩），有空心的管桩，另外还有管柱（用于管柱基础）。混凝土预制桩的截面形状、尺寸和长度可在一定范围内按需要选择，其横截面有方、圆等各种形状。普通实心方桩的截面边长一般为 300―500mm，现场预制桩的长度一般在25―30m 以内。工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩时，在现场连接到所需长度。

（3）预应力混凝土管桩：采用先张法预应力工艺和离心成形法制作。经高压蒸气养护生产的为 PHC 管桩，其桩身混凝土强度等级为C80 或高于C80； 未经高压蒸气养护的为 PC 管桩，其桩身混凝土强度等级为 C60～C80（接近）。建筑工程中常用的 PHC、PC 管桩的外径为300―600mm，分节长度为 5―13m。桩的下端设置开口的钢桩尖或封口十字刃钢桩尖。沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。

（4）打钢管桩：常用的钢管桩有下端开口或闭口的钢管桩以及 H型钢管桩等。一般钢管桩的直径为 250―1200mm。H 型钢管桩的穿透能力强、自重轻，锤击沉桩的效果好、 承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便，其缺点是耗钢量大、成本高。我国只在少数重要工程中使用。

2、 沉入桩的设备合理使用

沉入桩的设备是打桩机，其主要有柴油打桩机和电动振动打桩机两类。柴油打桩机是利用柴油在汽缸内燃烧产生的爆发力和锤头的冲击力打桩，适于克服硬土层;在土质松软地段作业时，启动比较困难。其结构形式有筒式和导杆式两种。电动振动打桩机利用振动或振动冲击的方式打桩，适于在软土地段作业，有的可以很方便地改装成拔桩机。打桩机的合理使用主要是桩锤和桩架的选择。

（1）锤型选择。桩锤有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。柴油锤是利用燃油爆炸推动活塞往复运动而锤击打桩，活塞重量从几百公斤到数吨。用锤击沉桩，为防止桩受冲击应力过大而损坏，宜用重锤轻击。如用轻锤重打，锤击功大部分被桩身吸收，桩不易打人，且桩头易打碎。锤重与桩重应有一定的比值，或控制锤击应力，以防把桩打坏。

①坠锤

a.沉木桩和断面较小的混凝土桩。

b.重型及特重型龙门锤适用于沉钢筋混凝土桩。

c.在一般粘性土、 砂土， 含有少量砂石土均可使用 设备简单， 使用方便， 冲击力大，能随意调整落距， 但锤击速度慢 （每分钟约 6～20次） ，效率低

②柴油锤

a.杆式锤适宜沉小型桩、 钢板桩。

b.筒式锤适宜沉混凝土桩、 钢管桩等。

c.不适宜在过软或过硬土中沉桩。

d.用于浮船中沉桩较为有利 附有桩架动力等设备， 机架轻， 移动方便， 沉桩快， 燃料消耗多。也可以打斜桩，是使用最广的一种， 但振动大， 噪声大。

③液压锤

a.适用于沉重型的混凝土桩、 钢桩。

b.适用于粘性土、 砂土含少量砾石等 锤质量大， 冲击次数多、 工作效率高，其冲程可根据不同土质用人工调整。在一定条件下， 可保证锤对桩的捶击力， 噪声小， 且不会污染空气

（2） 桩架选择。桩架是支持桩身和桩锤， 沉桩过程中引导桩的方向， 并使桩锤能沿着要求的方向冲击的打桩设备。?常用桩架有多能桩架和履带式桩架， 多用后者。履带式桩架以履带式起重机为底盘，增设了立柱和斜撑用以打桩。

二、 钻孔灌注桩机械设备的合理使用

1、 钻孔灌注桩的施工方法

钻孔灌注桩的施工， 因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。

（1） 泥浆护壁施工法。

冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。 该施工法的过程是： 平整场地泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼灌注水下混凝土拔出护筒检查质量。施工顺序

（2） 全套管施工法。

全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是： 平场地、 铺设工作平台、 安装钻机、 压套管、 钻进成孔、 安放钢筋笼、 防导管、 浇注混凝土、 拉拔套管、 检查成桩质量。

全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外，其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度，取决于挖掘开始阶段的5-6m 深时的垂直度。因此应该随使用水准仪及铅垂校核其垂直度。

2、 施工机械设备的选择：

（1） 钻孔灌注桩的设备选择： 钻孔灌注桩常用的钻机有转盘钻孔机， 螺旋钻孔机， 全套管钻机， 可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。

（2） 施工机械设备的合理使用

①施工准备。施工准备包括： 选择钻机、 钻具、 场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。

②钻孔机的安装与定位。 安装钻孔机的基础如果不稳定， 施工中易产生钻孔机倾斜、 桩倾斜和桩偏心等不良影响， 因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基， 可用推土机推平， 在垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合， 将钻杆移动大致定位， 再用千斤顶将机架顶起，准确定位， 使起重滑轮、 钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上， 以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于 2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁， 并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

③埋设护筒。钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头， 增加孔内静水压力，能为孔壁、 防止坍孔。 护筒除起到这个作用外， 同时好有隔离地表水、保护孔口地面、 固定桩孔位置和钻头导向作用等。

制作护筒的材料有木、 钢、 钢筋混凝土三种。 护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大 20cm， 潜水钻、 冲击或冲抓锥约大 40cm）， 每节长度约 2-3m。一般常用钢护筒。

④泥浆制备。钻孔泥浆由水、 粘土 （膨润土）和添加剂组成。具有浮悬钻渣、 冷却钻头、 钻具， 增大静水压力， 并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流， 防止坍孔的作用。 调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆， 应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度， 泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握， 泥浆太稀， 排渣能力小、 护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能， 降低钻进速度。

⑤钻孔。 钻孔是一道关键工序， 在施工中必须严格按照操作要求进行， 才能保证成孔质量， 首先要注意开孔质量， 为此必须对好中线及垂直度， 并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣 （冲击式用）， 还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时， 附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔， 下放钢筋笼和灌注水下混凝土。 钻孔的顺序也应实事先规划好， 既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔， 又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

⑥清孔。钻孔的深度、 直径、 位置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直。为此， 除了钻孔过程中密切观测监督外， 在钻孔达到设计要求深度后， 应对孔深、 孔位、 孔形、 孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时， 应立即进行孔底清理， 避免隔时过长以致泥浆沉淀， 引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于 30cm； 当孔壁不易坍塌时， 不大于 20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前， 沉渣厚度不大于 5cm。 清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多， 操作方便， 清孔也较彻底， 但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。

⑦灌注水下混凝土。 清完孔之后， 就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定， 然后用导管灌注混凝土， 灌注时混凝土不要中断， 否则易出现断桩现象。

三、结束语

总而言之，桩基础机械设备的合理的使用必须考虑施工现场条件、建筑结构形式、 施工工艺和方法、 建筑技术经济等合理选择机械的类型和性能参数等条件， 只有认真执行各项规章制度， 严格遵守操作规程， 才能保证机械设备的安全运行。