先张法U形预应力混凝土板桩沉桩方法技术领域
本发明涉及建筑领域中围护结构的制作，尤其涉及一种对U形混凝土板桩进行沉桩作业的方法。
背景技术
基坑围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的水压力和土压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。目前，对于基坑支护的方法主要有钻孔灌注桩、地下连续墙、钢板桩等。中国发明专利申请CN101812840A公开了一种U型混凝土板桩，由混凝土制成并具有大体上为U形的横截面，其中，所述U形横截面具有位于所述U形底部的弯折段，以及位于所述U形两侧的第一连接段和第二连接段，第一连接段和第二连接段分别具有形状相配合的第一连接部和第二连接部。这种U形结构的混凝土板桩具有桩身质量可靠、施工方便快捷、工程造价低及施工无污染等优点。与一般承受竖向荷载的预应力混凝土管桩相比，其抗弯及抗剪性能更好，适宜于承受水平荷载。
U型板桩能根据现场地质条件，采用静压、振动、钻孔植桩等施工工艺进行沉桩。但是，由于其采用U形截面，与截面形式为矩形、工字形的板桩相比，连接部接触面较小，基准面不易对准找平，第一连接部与第二连接部难以良好结合影响止水性能，由此造成沉桩施工的困难。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种适用于U形混凝土板桩的沉桩方法，保证沉桩桩位准确，方便施工。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种先张法U形预应力混凝土板桩沉桩方法，包括下列步骤：
(1)确定排桩中心线并标定每根板桩的中心点位置；
(2)设置型钢导向架，所述型钢导向架包括夹持待沉桩的板桩的一对水平设置的导梁，固定连接两导梁一端的型钢托架，设置在两导梁另一端上部的一对导向架钢支架和连接两导向架钢支架的连接件；设置一对临时支撑钢桩，第一临时支撑钢桩上部连接型钢托架，第二临时支撑钢桩上部连接导向架钢支架或连接件，使型钢导向架中，导梁的上表面低于桩顶标高而连接件的下表面高于桩顶标高；
(3)将第一根板桩插入型钢导向架内，对准标定的第一根板桩的中心点位置，进行沉桩操作至设定标高；
(4)将下一根板桩插入型钢导向架内对应位置，在板桩的外侧设置垂直于导梁的滚轮装置，所述滚轮装置的两端由定位索具连接在导梁上的固定位，收紧定位索具，使滚轮装置夹紧待沉桩的板桩，进行沉桩操作至设定标高；
(5)重复步骤(4)，当型钢导向架内无法容纳下一根板桩时，松开第二临时支撑钢桩，移动型钢导向架和第一临时支撑钢桩，使型钢导向架的另一端经导向架钢支架夹持已沉桩的一根板桩；
(6)重复步骤(4)和(5)，直至完成沉桩操作。
上述技术方案中，所述沉桩操作可以采用现有技术中的静压、振动、钻孔植桩等任一种方法实现，沉桩前需要校正垂直度，沉桩过程中应注意标高控制。相邻板桩间的连接处应当进行止水处理，以保证沉桩过程中桩与桩之间的咬合紧密。根据不同的地质土层条件，采用不同的止水措施：应用于透水性不强的地质土层时，采用桩接口处的橡胶条进行止水；应用于透水性强的地质土层、支护结构要求高的工程时，桩接口处采用分段接口配合压密注浆进行止水。
进一步的技术方案，在所述一对导向架钢支架上相对设置多个高度调节栓孔，所述步骤(5)中，当导向架钢支架夹持已沉桩的一根板桩时，采用钢栓连接固定两导向架钢支架。
优选的技术方案，所述沉桩操作采用振动沉桩方式。施工锤采用电振动和液压振动锤，桩锤功率及频率大小根据工程地质条件及桩大小型号综合选用。沉桩机械一般选用履带式吊车、步履式桩架、履带式桩架等施工机械。
遇有地质条件比较复杂，一般沉桩方式难以顺利穿透土层沉桩时，型钢导向架架设后，采用辅助预成孔方式辅助沉桩，成孔方式根据地质情况而定：
(1)在砂层土层中，采用高压射水成孔方式，桩体内预埋射水管，接入高压注浆泵，沉桩过程中通过高压射水辅助成孔。
(2)在可塑性粘土层中，采用钢桩预成孔辅助沉桩，钢桩采用H型钢制作，钢桩底部采用特殊构造，在成孔过程中可以将原状土导入H型钢槽段内，在起拔过程中可将大部分原状土取出，达到预成孔效果。
(3)在硬塑性粘土层中，直接采用螺旋钻孔取土辅助引孔沉桩。
采用辅助引孔沉桩时，应根据地质土层实际情况，不同辅助沉桩方法综合运用，达到最佳的辅助效果。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明通过设置型钢导向架，解决了U形板桩沉桩时不易对准的问题，便于施工并保证施工质量；
2.通过设置滚轮装置，可以保证相邻U形板桩连接部间的对准连接关系，从而保证围护结构的止水性能。
附图说明
图1是本发明实施例一的工艺流程图。
图2是初次沉桩时型钢导向架架设示意图。
图3是图2的A-A剖视示意图。
图4是图2的B-B剖视示意图。
图5是移动型钢导向架后的状态示意图。
图6是图5的C-C剖视示意图。
图7是实施例一中采用滚轮装置张紧时的示意图。
图8是振动沉桩时侧视示意图（局部剖视）。
图9是滚轮装置作用方式示意图。
其中：1、待沉桩的板桩；2、导梁；3、第一临时支撑钢桩；4、第二临时支撑钢桩；5、型钢托架；6、滚轮装置；7、定位索具；8、导向架钢支架；9、连接件；10、高度调节栓孔；11、已沉桩的板桩；12、履带式吊车；13、固定位；14、钢栓。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种先张法U形预应力混凝土板桩沉桩方法，包括下列步骤：
1、定位放线
根据建设单位提供的测量控制点及设计图纸，初步定出排桩中心线位置，开挖沟槽后，精确测量标定出排桩中心线，架设钢围檩，根据板桩尺寸定出每根桩中心点，经建设单位等有关单位人员复核验线后即可开始施工。要求测量人员高度负责地记录各个桩位中心点以及水平标高，确保桩位准确和桩顶标高基本符合要求。施工过程中测量人员也应对桩位经常复核，以免桩位发生偏差。
2、桩身质量验收
对板桩外观质量及尺寸允许偏差、抗弯试验等进行检测验收。
3、型钢导向架架设
型钢导向架做法：
(1)型钢导向架应采用H型钢制作。
(2)采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。
(3)导梁的高度要适宜，梁端架设部位设置高度调节装置。
(4)导梁内侧应涂刷润滑剂，导梁不能随着板桩的打设而产生下沉和变形。
(5)用于板桩紧密的索具设备，应采用滚轮装置，防止摩擦损坏桩接口。
4、沉桩（振动法）
板桩沉桩方式优先采用振动沉桩方式，施工锤采用电振动和液压振动锤，桩锤功率及频率大小根据工程地质条件及桩大小型号综合选用。沉桩机械一般选用履带式吊车、步履式桩架、履带式桩架等施工机械。在施工中要注意以下施工有关要求：
(1)打桩前，对板桩逐根检查，剔除连接锁口处异物，检查止水橡胶条是否损坏。
(2)除第一根桩外，其他板桩采用固定索具与前施工板桩锁紧，在沉桩过程中严格控制垂直度。
5、止水措施
对于板桩止水的要求，主要是保证沉桩过程中桩与桩之间的咬合紧密，根据不同的地质土层条件，采用不同的止水措施：
(1)应用于透水性不强的地质土层时，采用桩接口处的橡胶条进行止水。
(2)应用于透水性强的地质土层、支护结构要求高的工程时，桩接口处采用分段接口配合压密注浆进行止水。
6、辅助预成孔
遇有地质条件比较复杂，一般沉桩方式难以顺利穿透土层沉桩时，型钢导向架架设后，采用辅助预成孔方式辅助沉桩，成孔方式根据地质情况而定：
(1)在砂层土层中，采用高压射水成孔方式，桩体内预埋射水管，接入高压注浆泵，沉桩过程中通过高压射水辅助成孔。
(2)在可塑性粘土层中，采用钢桩预成孔辅助沉桩，钢桩采用H型钢制作，钢桩底部采用特殊构造，在成孔过程中可以将原状土导入H型钢槽段内，在起拔过程中可将大部分原状土取出，达到预成孔效果。
(3)在硬塑性粘土层中，直接采用螺旋钻孔取土辅助引孔沉桩。
采用辅助引孔沉桩时，应根据地质土层实际情况，不同辅助沉桩方法综合运用，达到最佳的辅助效果。
7、桩顶处理
为保证U形混凝土板桩围护整体刚度，在桩顶处应设置冠梁将板桩连成整体，板桩桩头破除使主筋外伸与冠梁钢筋锚固。
具体地，在沉桩时，首先设置型钢导向架，所述型钢导向架包括夹持待沉桩的板桩的一对水平设置的导梁，固定连接两导梁一端的型钢托架，设置在两导梁另一端上部的一对导向架钢支架和连接两导向架钢支架的连接件；设置一对临时支撑钢桩，第一临时支撑钢桩3上部连接型钢托架，第二临时支撑钢桩4上部连接导向架钢支架或连接件，使型钢导向架中，导梁的上表面低于桩顶标高而连接件的下表面高于桩顶标高。
架设完成后，如图2-图4所示，进行初次沉桩，在完成第一根板桩沉桩操作至设定标高后，对后续的板桩，如图9所示，在待沉桩的板桩1的外侧设置垂直于导梁2的滚轮装置6，所述滚轮装置6的两侧由定位索具7连接在导梁上的固定位13，收紧定位索具7，使滚轮装置6夹紧待沉桩的板桩1，进行沉桩操作至设定标高。
当型钢导向架内无法容纳下一根板桩时，松开第二临时支撑钢桩4，移动型钢导向架和第一临时支撑钢桩3，使型钢导向架的另一端经导向架钢支架8夹持一根已沉桩的板桩11；参见图5和图6所示，此时，可以通过钢栓14连接固定两导向架钢支架8。
振动沉桩操作，如图8所示，可以利用履带式吊车12等施工机械进行施工。
实施例二：一道路箱涵工程，全长约340.0m，宽6.0m。场区表层分布土层依次为杂填土及淤泥，厚度0.7～1.3m；粉质粘土1.0～2.3m；淤泥质粉质粘土2.1～5.3m；粉质粘土3.3～3.7m；粉质粘土1.7～4.6m。箱涵边坡围护采用先张法预应力U形混凝土板桩。
先张法预应力U形混凝土板桩施工采用振动法，桩长最长L=10m，穿越3层粉质粘土，采用螺旋取土引孔辅助沉桩，节省了工期。
实施例三：一挡墙围护工程，场区表层分布土层依次为杂填土，厚度0.8～1.2m；粘土0.5～1.0m；淤泥质粘土1.5～1.9m；淤泥10.0～11.1m；粉质粘土1.7～4.6m。挡墙围护长度770m，在采用传统支护形式情况下，围护体为临时结构，在挡墙施工结束后弃用，现围护结构采用了先张法U形预应力混凝土板桩，挡墙与围护板桩“两墙合一”，在节约工程造价的同时缩短了工期。
先张法预应力U形混凝土板桩施工采用振动法，桩长L=11.3m，桩端位于淤泥土层，直接沉桩，无辅助措施。
实施例四：
一航道整治工程项目的驳岸围护工程，场区表层分布土层依次为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土和粉砂，其中-4.6m以下为粉砂层，现驳岸围护结构采用了先张法U形预应力混凝土板桩，围护总长度55m。
先张法预应力U形混凝土板桩施工采用振动法，桩长L=11.3m，桩端进入粉砂层3.40m，采用高压射水法辅助沉桩。
实施例五：
一综合用房基坑围护工程，9-9’，10-10’区段坑内高差部位支护结构采用先张法预应力U形混凝土板桩挡土，同时作为止水帷幕截水，围护总长度75m，开挖高差深度3.8m，开挖深度范围土层为粉砂层。
先张法预应力U形混凝土板桩施工采用振动法，桩长L=10m，整桩位于粉砂土层内，采用螺旋取土引孔辅助沉桩。