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项目2 地基与基础工程
任务三 预制桩基础施工
3.3 施工方法
混凝土预制桩的沉桩方法有锤击沉桩、静力压桩、振动沉桩等。
1、打入法施工
打入法也称锤击法，是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种打桩施工方法。
锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。
1 打桩设备及选择
打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。
(1) 桩锤?
桩锤可选用落锤、汽锤、柴油打桩锤和振动锤。（分类见下页表）?
落锤一般由铸铁制成。有穿心锤和龙门锤两种，重0.2～2t。它利用绳索或钢丝绳通过吊钩由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度，然后自由落下击打桩顶(如图2.4) 。
汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械，有单动汽锤和双动汽锤两种(如图2.5) 。
柴油打桩锤利用燃油爆炸来推动活塞往返运动进行锤击打桩，柴油桩锤与桩架、动力设备配套组成柴油打桩机。
振动锤是利用机械强迫振动，通过桩帽传到桩上使桩下沉。
锤重选择应根据地质条件、工程结构、桩的类型、密集程度及施工条件等参考表2.3选用。实践证明：当桩锤重量大于桩重的1.5～2倍，能取得较好的效果。
表2.3 锤重选择表
锤 型 柴 油 锤 (t)
20 25 35 45 60 72
锤的
动力
性能 冲击部分重(t) 2.0 2.5 3.5 4.5 6.0 7.2
总 重(t) 4.5 6.5 7.2 9.6 15.0 18.0
冲击力(kN) 2000 2000~
2500 2500~4000 4000~5000 5000~7000 7000~
10000
常用冲程(m) 1.8~2.3
桩 的 边长或直径 预制方桩、预应力管桩的边长或直径(cm) 25~35 35~40 40~45 45~50 50~55 55~60
钢管桩直径(cm) φ40 φ60 φ90 Φ90~100
持
力
层 粘性土
粉土 一般进入深度(m) 1~2 1.5~2.5 2~3 2.5~3.5 3~4 3~5
静力触探比贯入阻力Ps平均值(MPa) 3 4 5 >5 >5 >5
砂土 一般进入深度(m) 0.5~1 0.5~1.5 1~2 1.5~2.5 2~3 2.5~3.5
标准贯入击数N(未修正) 15~25 20~30 30~40 40~45 45~50 50
锤的常用控制贯入度(cm/10击) 2~3 3~5 4~8
设计单桩极限承载力(kN) 400~
120 800~
1600 2500~4000 3000~
5000 5000~7000 7000~
10000
(2) 桩架?
桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向及维持桩的稳定，并保证桩锤沿着所要求方向冲击的设备。
桩架一般由底盘、导向杆、起吊设备、撑杆等组成。
根据桩的长度、桩锤的高度及施工条件等选择桩架和确定桩架高度。
桩架高度＝ 桩长 ＋ 桩锤高度 ＋ 滑轮组高度
＋ 桩帽高度 ＋ 起锤移位高度（取1～2m）
桩架的形式多种多样，常用的通用桩架（能适应多种桩锤）有两种基本形式：一种是沿轨道行驶的多能桩架；另一种是装在履带底盘上的桩架。
多能桩架的机动性和适应性很大，在水平方向可作 360°回转，立柱可前后倾斜，底盘下装有铁轮，可在轨道上行走。这种桩架可适应各种预制桩，也可用于灌注桩施工。缺点是机构较庞大，现场组装和拆迁比较麻烦。
履带式桩架以履带式起重机为主机，配备桩架工作装置而组成。操作灵活，移动方便，可适用于各种预制桩和灌注桩的施工，目前应用最多。
（动画）
(3)动力装置
打桩机械的动力装置是根据所选桩锤而定的。当采用空气锤时，应配备空气压缩机；当选用蒸汽锤时，则要配备蒸汽锅炉和绞盘。
2 打桩顺序的确定
打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。
根据桩的密集程度，避免因打桩对土体的挤密作用，造成浮桩，打桩顺序一般分为逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如图2.7所示。
当桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打(图2.7(c))，或由中间向四周施打(图2.7(b))。
当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设(图2.7(a)) 。
根据基础的设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。
但一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。
3 打桩
（1）吊桩就位
打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致，桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5％。然后进行检查，使桩身、桩帽和桩锤在同一轴线上即可开始打桩。
（2）打桩
①打入第一节桩体
桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度(1～2m)稳定以后，再以规定落距施打。
桩的施打原则是重锤低击、低提重打，这样桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上，桩能较快地沉入土中。
②接桩
预制桩施工中，由于受到场地、运输及桩机设备等的限制，而将长桩分为多节进行制作。砼预制方桩接头数量不宜超过2个，预应力管桩接头不宜超过4个。目前预制桩的接桩工艺主要有硫磺胶泥浆锚法、电焊接桩和法兰螺栓接桩等三种。前一种适用于软弱土层，后两种适用于各类土层。
③打入末节桩体
a、送桩
设计要求送桩时，送桩的中心线应与桩身吻合一致方能进行送桩。送桩下端宜设置桩垫，要求厚薄均匀。若桩顶不平可用麻袋或厚纸垫平。送桩留下的桩孔应立即回填密实。
b、截桩
在打完各种预制桩开挖基坑时，
按设计要求的桩顶标高将桩头多余
的部分截去。截桩头时不能破坏桩
身，要保证桩身的主筋伸入承台，
长度应符合设计要求。当桩顶标高
在设计标高以下时，在桩位上挖成
喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主
筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。?
4 打桩质量要求和测量记录
(1) 打桩质量要求
端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考（以贯入度为主，标高为辅）；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考（以标高为主，贯入度为辅）。
如贯入度已达要求，但标高未达到，应连击3阵（每阵10锤），按每阵贯入度≤规定数值，即可停打。
打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合表2.4的规定。
桩的承载力检验（验桩：采用静荷载检验）
表2.4 预制桩(钢桩)桩位的允许偏差
项 项 目 允 许 偏 差 (mm)
1 盖有基础梁的桩：
(1) 垂直基础梁的中心线
(2) 沿基础梁的中心线
100+0.01H
150+0.01H
2 桩数为1～3根桩基中的桩 100
3 桩数为4～16根桩基中的桩 1/2桩径或边长
4 桩数大于16根桩基中的桩：
(1)最外边的桩
(2) 中间桩
1/3桩径或边长
1/2桩径或边长
(2) 混凝土预制桩施工记录
打桩工程是隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观测和记录，这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录，见表2.5所示。
表2.5 混凝土预制桩施工记录
5 打桩施工常见问题的分析
在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。（动画1、2、3、4、5）
发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。
工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。
(1) 桩顶破碎?
打桩时，桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。在沉桩工艺方面，若桩垫材料选择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎。?
(2) 桩身被打断?
制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不足，在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物，增大落距，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂。
(3) 桩身位移、扭转或倾斜?
桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制作原因，桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转或倾斜。?
(4) 桩锤回跃，桩身回弹严重?
选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹。?
6 打桩过程中的注意事项
桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。
打桩时，应密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。
在正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。
打桩时振动大，对土体有挤压作用，可能影响周围建筑物、道路及地下管线的安全和正常使用，施工过程中要有专人巡视检查，及时发现和处理有关问题。
严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。
3.4 静力压桩
静力压桩是利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工。
静力压桩(图2.8)利用压桩架的自重和配重，通过卷扬机牵引，由钢丝绳、滑轮和压梁，将整个桩机的重力(800～1500kN)反压在桩顶上，以克服桩身下沉时与土的摩擦力，迫使预制桩下沉。
压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法。
接桩的方法目前有三种：焊接法、法兰螺栓连接法、硫磺浆锚法（视频）。
施工要点：
①钢筋混凝土预制桩、锚杆静压成品桩、先张法预应力管桩、钢桩，在运至现场，检验合格后方准使用，并核查出厂合格证与产品质量是否相符。
②桩位控制：压桩前对已放线定位的桩位按施工图进行系统的轴线复核，做好定位放线技术复核记录，压桩过程中应对每根桩位复核，防止引起桩位的位移。
③压桩顺序
根据基础的设计标高，宜先深后浅;根据桩的规格，宜先大后小、先长后短。
根据桩的密集程度可采用自中间向两个方向对称进行；自中间向四周进行；由一侧向单一方向进行。
④连续进行，因此停止时间不宜过长。否则压桩阻力将大幅度增长而导致桩压不下去或压桩机被抬起。
⑤桩身垂直度控制
保证桩架稳定垂直，控制桩锤、桩帽、桩身在同一中心线上。
桩或桩管插入时的垂直度偏差不得超过0.5%。沉桩时，由两台经纬仪从两个面（构成90°的两个面）控制沉桩的垂直度。
⑥接桩质量控制
焊接接桩：钢材宜用低碳钢，接桩处的间隙用铁片填实焊牢，对称焊接，焊缝应连续饱满。焊温冷却大于1min后方可施压。
硫磺胶泥接桩：浇筑硫磺胶泥的温度控制在140～150℃范围内，浇筑时间不得超过2min。浇筑后停歇的时间应大于7min。
⑦压桩的终压控制很重要
1）设计承载力较高的桩：终压力值应尽量接近压桩机满载 值；
2）摩擦桩：终压以设计桩长为控制条件；
3）长度大于21m的端承摩擦型桩：以设计桩长控制为主，终压力值作为参考；
4）14～21m的静压桩：终压力达到满载值为控制条件；
5）长度小于14m的桩：连续多次复压；
6）桩周土质较差且设计承载力较高的桩：宜复压1～2次为准。
施工特点（与打桩相比）
1、节省材料，降低成本
打桩：在桩体内产生锤击压应力和拉应力，故砼标号要提高到C30～C40，但在桩的使用期间根本不需要此高强度。另还要加入加强筋。
压桩：避免了锤击应力，砼强度及其配筋只需满足吊装弯距、压桩和使用中的受力要求即可（一般C20）。
2、提高施工质量
1）避免打桩中的事故；
2）避免桩的移动（打桩中（群桩）土表面的隆起，使桩架发生倾斜，造成移桩。），避免地面开裂（消除振动）；
3）无噪音。
将射水管附在桩身上，用高水流将桩尖附近的土体冲松液化，减少土体对桩端的正面阻力，同时，水流及土颗粒沿桩身表面涌出，减少土体对桩身的摩擦力，使桩体可借自重沉入土中，当桩沉至最后1～2m时停冲，锤击至终。
特点：可提高工效2～4倍。
适用：坚实砂土、粘土或砂砾石土层中的端承桩。
3.5 射水沉桩

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