钢筋混凝土预制桩的施工与沉桩方式详解

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：钢筋混凝土预制桩施工，包括预制、起吊、运输、堆放、沉桩等过程。钢筋混凝土预制桩沉桩方式可分为锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩和射水沉桩等数种。单动蒸气锤的冲击力较大，打桩速度较落锤快，一般适用于打木桩及钢筋混凝土桩。柴油打桩锤设备轻便，打桩迅速，多用于打钢筋混凝土桩。振动桩锤在砂土中打桩最有效，并适合打设钢筋混凝土管桩。

1.类型

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图11-10　钢筋混凝土预制桩

钢筋混凝土预制桩分实心桩和管桩两种。为了便于预制，实心桩大多作成方形断面。断面一般为200mm× 200mm ～550mm×550mm （见图11-10）。单根桩的最大长度根据打桩架的高度而定，目前一般在27m 以内，必要时可做到31m。一般情况下，打设超过30m以上的桩，则将桩预制成几段，在打桩过程中逐段接桩予以接长。管桩系在工厂内采用离心法制成，它与实心桩相比，可大大减轻桩的自重。目前工厂生产的管桩有外径为400mm、550mm等数种。

钢筋混凝土预制桩施工，包括预制、起吊、运输、堆放、沉桩等过程。对于这些不同的过程，应该根据工艺条件、土质情况、荷载特点予以综合考虑，以便拟出合适的施工方案和技术措施。钢筋混凝土预制桩沉桩方式可分为锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩和射水沉桩等数种。其中，射水沉桩仅适用于砂土层中。

2.锤击沉桩打桩技术

（1）桩锤与桩架选择。锤击沉桩俗称打桩。为了保证沉桩质量，需要合理地选择打桩机具，做好现场准备工作，并拟订相应的技术安全措施。

打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三部分。

1）桩锤选择。桩锤种类很多，有落锤、单动蒸气锤、柴油打桩锤和振动桩锤等。落锤构造简单，使用方便，能随意调整其落锤高度，适合在黏土和含砾石较多的土中打桩，但打桩速度较慢。落锤质量一般为0.5～1.5t。

单动蒸气锤的冲击力较大，打桩速度较落锤快，一般适用于打木桩及钢筋混凝土桩。单动蒸气锤重有3t、7t、10t、15t等数种。

双动蒸气锤工作效率高，一般打桩工程都可使用，并能用于打钢板及水下打桩。双动蒸气锤的锤质量，一般为0.62～3.5t。

柴油打桩锤设备轻便，打桩迅速，多用于打钢筋混凝土桩。这种桩锤不适合于松软土中打桩。柴油打桩锤分杆式和筒式两种。杆式柴油打桩锤有0.6t、1.2t、1.8t、2.5t、3.5t数种；筒式柴油打桩锤近年来采用较多，其规格有 1.8t、2.5t、4.0t、6.0t、7.0t等。

振动桩锤在砂土中打桩最有效，并适合打设钢筋混凝土管桩。

桩锤质量选择可以由施工单位根据桩的长度来选择。例如对于单动蒸气锤，当桩长不大于20m时，锤质量不大于5t；桩长为20～30m时，锤质量用7t；桩长大于30m，锤质量用10t或15t。对于柴油打桩锤，桩长在6m 左右时，用0.6t 桩锤；桩长为12m 左右时，用1.2t桩锤；如桩更长，则选用质量更大的柴油打桩锤。

2）桩架选择。桩架的主要作用是在沉桩过程中保持桩的正确位置。桩架的主要部分是导杆。导杆由槽形、箱形、管形截面的刚性构件组成。分为多功能桩架和一般落锤或蒸气锤桩架。图11-11 是常用的两种桩架示意图。

确定桩架高度时，应满足下述条件

式中　H——桩架高度，m；

h1——桩长，m；

h2——滑轮组高度，m；

h3——桩锤高度，m；

h4——桩帽及锤垫高度，m；

h5——起锤工作余位高度，m。

（2）打桩顺序。打桩顺序是否合理，直接影响打桩进度和施工质量。影响打桩顺序的因素有：相邻桩的中心矩、打桩架的移动等因素，图11-12 是两种不合理的顺序。图11-13是中心矩小于4 倍桩的直径时，合理的打桩顺序。

打桩顺序确定后，还需要考虑打桩机是往后 “退打”还是往前 “顶打”。因为这涉及到桩的布置和运输问题。一般来说，打桩后，桩顶高出地面时，打桩机采取往后退打的方法。桩顶的实际标高在地面以下时，打桩机采取往前顶打的方法进行施工，此时要注意铺平地面会留有的桩孔，以便打桩机前行。

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图11-11　桩架示意图

（a）蒸气锤（或落锤）桩架；（b）多功能柴油打桩锤桩架
1—枕木；2—滚筒；3—底架；4—钢炉；5—卷扬机；6—桩架；7—龙门导杆；8—蒸气锤；9—桩帽；10—缆风绳；11—钢轨；12—底盘；13—回转平台；14—司机室；15—平衡重；16—撑杆；17—挺杆；18—水平调整装置；19—柴油打桩锤；20—成向节

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图11-12　不合理的打桩顺序

（a）逐排单向打设；（b）分段迎面打设

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图11-13　合理的打桩顺序

（a）逐排打设；（b）自中部向边沿打设；（c）分段打设（可同时施工）

（3）桩的提升就位。桩运至桩架下以后，利用桩架上的滑轮组进行提升就位（又称插桩）。即首先绑好吊索，将桩水平地提升到一定高度（为桩长的一半加0.3～0.5m），然后提升其中的一组滑轮组使桩尖渐渐下降，从而桩身旋转至垂直于地面的位置，此时，桩尖离地面0.3～0.5m。图11-14 是三吊点的桩的提升情况，左（面对桩架正面而言）滑轮组连接吊点A和B，右滑轮组连接吊点C，桩长为L。

桩提升到垂直状态后，即可送入桩架的龙门导杆内，然后把桩准确地安放在桩位上，随着将桩和导杆相连接，以保证打桩时不发生移动和倾斜。在桩顶垫上硬木（通称“替打木”）或粗草纸，安上桩帽后，即可将桩锤缓缓落到桩顶上面，注意不要撞击。在桩的自重和锤重作用下，桩向土中沉入一定深度而达到稳定的位置。这时，再校正一次桩垂直度，即可进行打桩。

（4）打桩。打桩时，可以采取两种方式：一为 “轻锤高击”，二为 “重锤低击”，见图11-15。这两种方式即使所作的功相同，但所得到的效果是不同的。轻锤高击，所得到的动量较小，而桩锤对桩头的冲击大，因而回弹大，桩头也易损坏。重锤低击，所得的动量较大，而桩锤对桩头的冲击小，因而回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都可以用来克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力，因此桩能较快地打入土中。此外，由于重锤低击的落距小，桩锤的频率高，对于较密实的土层，如砂或黏土，能较容易地穿过（但不适用于含有砾石的杂填土）。所以，打桩宜用重锤低击法。

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图11-14　桩的提升示意图

1—桩；2—右滑轮组；3—左滑轮组

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图11-15　两种打桩方式示意图

（a）轻锤高击；（b）重锤低击

至于桩锤的落距究竟以多大为宜，根据实践经验，在一般情况下，单动汽锤以0.6m 左右为宜；柴油打桩锤不超过1.5m；落锤不超过1.0m为宜。

（5）打桩质量要求。打桩质量包括两个方面的内容：一是能否满足贯入度或标高的设计要求：二是打入后的偏差是否在允许范围以内。

打桩的控制原则是：①桩尖位于坚硬、硬塑的黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考；②贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，应继续锤击3 阵，其每阵10 击的平均贯入度不应大于规定的数值；③桩尖位于其他软土层时，以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考；④打桩时，如控制指标已符合要求，而其他的指标与要求相差较大时，应会同有关单位研究处理；⑤贯入度应通过试桩确定，或做打桩试验与有关单位确定。

按标高控制的预制桩，桩顶允许偏差为-50～＋100mm。

上述所指的贯入度，为最后贯入度，即最后一击时桩的入土深度。实际施工中，一般是采用最后10 击桩的平均入土深度作为其最后贯入度。

最后贯入度是打桩质量标准的重要指标，但在实际施工中，也不要孤立地把贯入度作为惟一不变的指标。因为影响贯入度的因素是多方面的，例如，地质情况的变化，有无“送桩”（当桩顶打入地面以下时，一般将长2～3m 钢材做成的工具式短桩置于桩顶，承受锤击，这一工具式的短桩称为“送桩”），若用汽锤，蒸气压力的变化等，都足以使贯入度产生较大的差别。因此，打桩中对于贯入度的异常变化需要具体分析，具体解决。

为了控制桩的垂直偏差（不大于1%）和平面位置偏差（一般不大于100～150mm），桩在提升就位时，必须对准桩位，而且桩身要垂直，插入时的垂直度偏差不得超过0.5%，施打前，桩、帽和桩锤必须在同一垂直线上。施打开始时，先用较小的落距，待桩渐渐入土稳住后，再适当增大落距，正常施打。

打桩系隐蔽工程施工，应作好打桩记录，作为工程验收时鉴定桩的质量的依据之一。

钢筋混凝土预制桩的施工与沉桩方式详解

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