打桩锤击应力计算与影响因素分析

• 作 者: 王朝晖
• 机 构: 中建五局技术中心,长沙410004
• 出 处: 中国建筑技术中心2011年技术交流会
• 发表日期: 2011年10期
• 关键词: 建筑施工 打桩过程 锤击应力 冲击初速度 垫材刚度

打桩时,经常发生桩顶打碎或桩身打断的情况,造成资金方面的浪费和工期方面的延迟.因此,有必要计算打桩时的冲击应力,并且分析影响其大小的因素,以便设计、施工时考虑这些因素,防止施工时桩的破坏.本文将桩锤-垫材-预制桩简化为刚体-弹簧-弹性体系统,应用应力波理论,列出该系统的平衡微分方程.通过求解此微分方程的数值解,分析锤重、冲击初速度及垫材刚度的不同取值对桩顶最大锤击应力的影响,为打桩机具的选择及参数的确定提供理论依据.研究发现：冲击应力波在桩身内的传播与反射，将在桩内产生压、拉应力。在地基土很软、摩阻力很小的情况下，拉、压应力近似相等。因预制混凝土桩的抗拉、抗压强度相差悬殊，故在软土中打桩时要特别注意防止桩被拉坏。对与端承桩，因桩尖入岩，桩尖处压应力近似为2σpmax，要注意桩尖的加固与保护。桩锤的冲击能（表征打桩效率）与其重量成正比，锤击应力与桩锤重量成非线性的正相关关系。为了获得高的打桩效率，应选用较重的桩锤。桩锤的冲击初速度对桩顶最大压应力影响最大，它们之间为线性关系。因此，在保持总冲击能量不变的情况下，选用重锤以低落距或低初速度打桩产生的冲击应力小于轻锤以高速度或高落距打桩产生的最大冲击应力，故在打桩施工时，应尽量采用重锤低击的施工方法，以减小冲击应力。垫材实现缓冲的方式是通过自身的弹性变形吸收桩锤的冲击能量，然后再通过回弹释放。垫材刚度对冲击应力、打桩效率影响很大，合理选择垫材刚度是施工中的重要环芾。