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1水运工程施工技术117―148.doc
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2022-11-26
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1水运工程施工技术117―148.doc
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图 7—13 打击力曲线
②满足沉桩速度和质量的要求。使沉桩效率高并保证桩身完好,但锤的重量和冲击能量
不能过大。若过大,沉桩速度固然可以加快,但必将导致桩身承受过大的应力而破坏,这是
不允许的。
桩锤应通过试桩选择,若无条件进行试桩时,可根据当地或其他类似地区的经
验选择。我国现行港口工程技术规范“桩基工程”给出几种常用锤型贯穿土层的能
力可供参考。
也可以通过一些经验或半经验的打桩动力公式,根据要求的承载力,要求或实
测的最后平均贯入度来反算满足施工条件时所需的冲击能量,以校核所选的是否合
乎要求。这一类的公式很多,由于各地的地质条件和施工条件不大同,难以有一个
对各处都适用的公式。根据国外普遍采用的工程新闻公式,结合多年来我国航务工
程打桩的经验,推荐以下与工程新闻
式(7—2)适用于柴油打桩锤。
在满足锤冲击能要求的前提下,锤选重些为好,因为沉桩时的冲击能一部分用在沉桩上,
是有效的能量消耗,另外还有一部分能量消耗在锤的冲击回弹和桩垫、桩帽、桩等的变形上,
是无效的能量消耗。用公式表示:

用冲击能量的有效利用系数(K。)来表示能量的利用情况,则:
E
k
愈大,说明能量利用越充分,打桩的效果愈好。
E
k
取决于桩重与锤冲击部分重量之
比值。
当锤的冲击能相同时,应选择冲击部分重量大些的锤,可提高 Ke 值。在冲击能量一定
时,桩身应力随锤重的增加而减少,单动锤比双动锤重,因而选用单动锤比双动锤能使桩下
沉的深度更大。
随着电子计算机的发展,提出了以波动理论为基础的锤击桩应力波动法,这个方法用来
分析沉桩时的应力状态,并据此选择恰当的桩锤,准确地预测桩承载力和检验桩身质量。
2. 桩架
桩架是起吊桩、桩锤、替打等的支架,并作为沉桩时导向之用,根据其支承结构和工作
条件可分为陆上打桩架和水上打桩架(打桩船)。
(1)、陆上打桩架:
通常是用钢材制成井架装在轨道小平车上,或是装在可在滑道上滑行的平台上,加上绞
车轮组及其它设备组成陆上打桩机;将井架装在履带式起重机上成为履带式打桩轨,这种打
桩机移动迅速,可作 360。回转,因而使用方便。这种桩架高度可达 50m(见图 7.-14)。
(2)水上打桩架(打桩船) 、
将打桩架设置在平底驳船上即成打桩船。其主要设备与陆上打桩架相同,此外,打桩船
还配备有以下设备:
①锚缆系统:打桩时通常配备前后边锚(八字锚)及艏锚、艉锚,有 6---8 个锚,由操纵
台集中控制打桩的移位和就位。
②船体平衡装置:随着沉桩的进程,船体因局部增荷或减荷将会造成船身倾斜和摆动,

影响船位的准确和桩身安全。因此船上备有供打桩时使用的船体平衡装置。
③使桩架俯仰的机构及吊龙口:打桩架除打直桩外还可以打斜桩,最大斜度为 3:1,
型打桩船可达 1:1,要求打桩架能很容易的改变坡度进行俯打和仰打。有的打桩船口可以
出船头一段距离,进行吊龙口打桩,以便打设岸边水深较浅的桩,如图 7-15 所示。
④背板:是在龙口上固定桩位的设备。有了背板就可以使桩顺着龙口的方向滑动。在斜
桩时,背板还有承受桩身重量的作用(图 7—16)。
(3)打桩架的高度:
打桩时,要根据桩长、打桩方式来选择桩架的高度,桩架高度(见图 7—14 及图 7—17)
按下式确定:
我国现有几艘较大的打桩船,最大的桩架高度 80m(从水面起算);有效桩架高度为 70m,
可打 80m 以下,桩重 80t 以下各种型式、倾角、仰俯 30。的桩,最大的打桩直径为 1.5m。
(4)抗风浪性能:
选择打桩架时除了考虑桩架的高度,最大的打桩直径、起吊能力外,还要考虑抗风浪的
能力,尤其是打桩船。一般的打桩船只能在 5 级风以下拖航和打桩,因此只适宜在近海作业,
若要在外海打桩,则要求抗风浪性能更好的打桩船。

在风浪大而频繁的地区,用设在临时施工栈桥或海上施工平台上的打桩机打桩,如图
7—4 所示为海上自升平台打桩示意图,拖运时支腿升起,工作时支腿插入海底,平台上升
到冰面以上波浪打不到的高度,可以全天候进行施工作业。
3.替打及桩垫
替打,接在桩顶和桩锤之间,主要起缓冲作用,能减少对桩顶打击力,保护桩头。结构
上它有一定刚度,当受锤击时,本身的变形尽量少,以便锤击的能量更有效地传递给桩,要
有足够的重量。同时也起送桩作用,把桩顶送至设计标高,将桩顶送入水面以下或泥面以下
设计深度时,替打伸出龙口的长度不超过替打长度的]t2,-:2/3,这是为了保证沉桩时锤、
替打、桩三者的轴线在一条直线上,以减少偏心。
桩垫,垫于桩顶与桩帽之间,起缓冲减震作用,降低桩身打桩拉应力,避免桩身产生裂
缝;也减少桩头压应力,保护桩头不被破坏。80 年代以前国内外对垫层材料作了长时间的
研究,未能找到理想的材料。我国工程上常用木、水泥袋纸、麻布等材料作为桩垫材料,以
水泥袋纸效果较好。80 年代国外采用碟簧桩帽作为缓冲减振设备,这是国际打桩工程的新
技术,我国也已研究成功 DH 一 8000 型碟簧桩帽,适于锤蕊重 70~80KN 的柴油锤,可降低
打桩应力,压应力减少 50%以上,拉应力减少 75%以上,而且延长有效锤击力作用时间,
见图 7—18。
二、震动沉桩方式
(一)震动沉桩原理和震动锤种类
震动沉桩是在桩头上刚性连接一震动锤,形成一个震动体系。由锤内几对轴上的偏心块
相对旋转产生的震动力,使震动体系(桩、替打、锤的总合)上下震动,强迫与桩接触的土壤
也发生震动,破坏原来的土壤结构,大大降低,减少了对桩的阻力,桩在震动体系的压重作
用下沉入土中,图 7—19 为震动沉桩原理示意图。 .
目前的震动锤是按照共震作用或震动冲击作用二种理论进行设计的,大致有四种类型的
震动锤:
1.依共震作用理论设计的锤型
(1)低频震动锤:
当震动体系的频率与土壤的自振频率(一般在 15Hz~20Hz)一致时,就会产生共振,使
振幅加大,能迅速破坏桩和土壤间的粘结力和弹性力,因而桩在自重和压重的作用下下沉。
按这种理论制造的震动锤的特点是频率低(为 8Hz 20Hz)、震幅大
(7mm~25ram)、能重点克服桩尖阻力,其缺点是对附近的建筑物可

能产生危险的影响。适用于打大口径钢管桩和钢筋混凝土桩。多用于码头和桥梁桩基的施工。
图 7—19 震动沉桩示意图
(2)中高频震动锤:
频率 20Hz~60Hz,用高频来提高振动力,增大震动加速度,振幅较小,一般为 3mm~
8mm。适宜在含水的松散冲积层、松散和中等密实砂层中沉桩,大多用于下沉断面小,重量
轻的桩,如钢板桩、小口径的钢管桩和 II 型钢桩。在拔钢板桩时也常用这种锤。
(3)超高频震动锤:
频率 100Hz 150Hz,认为桩体是一均质的弹性体,当震动锤的频率接近于桩体纵向震动的
自震频率时,震动锤与桩体发生共震,最大限度地增大桩体的弹性变形量,由于桩体的弹性
伸缩,使断面缩小和增大,破坏了桩侧面和土壤的接触,减小了桩侧面摩阻力。另外,桩的
自震频率非常高,桩的运动速度比土壤的弹性反弹快,桩前端给土层以频繁的冲击和较大的
冲击动量使土壤分子来不及进行弹性变形,颗粒间的结合一时遭到破坏,土壤液化,阻力减
小,因而可以用最小的力使桩很快地沉入土中。这种类型锤的震动对周围的影响小,一般不
超过 30cm,噪音小,因而适用于城市中建筑物桩基的施工,在硬质土壤中下沉大断面桩效
果好。
2. 依据震动冲击作用理论设计的锤
依据震动冲击作用理论,土壤的自震频率大不相同,不易做到使震动锤的强迫震动频率
与土壤的自震频率相接近。因此桩的下沉不仅仅是靠自重加压重来破坏桩尖下面土层的阻力,
还依靠震动时所产生的向下冲击力,使桩尖下面土层破碎,据此设计了震动冲击联合作用的
震动冲击式锤(图 7-20)。这种锤适用于在粘性土壤和坚硬土层上打桩和拔桩。
(二)震动沉桩的主要参数及其选择
震动锤的选择应考虑下述要求:
1.震动锤的起振力 P(激振力)应能克服土壤对桩周围的阻力 T。
P≥X·T (7—6)
式中:X——土壤弹性影响系数(主要受振动加速度 a 的支配,振动加速度加大,将会使土壤
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