锤击管桩施工工法部.doc

曹妃甸超厚欠固结吹填土地区
锤击预应力高强混凝土管桩施工工法

编写单位：中冶京唐路桥工程公司
日 期：2023年11月

目 录

前 言 2
1 工法特点 2
2 合用范围 2
3 工艺原理 3
4 工艺流程及操作要点 3
5 材料与设备 7
6 质量控制 8
7 安全措施 9
8 环保措施 10
9 效益分析 11
10 工程实例 11

前 言
预应力高强混凝土管桩（PHC桩）因其单桩承载力高，施工周期短，对土体有挤密作用，可提高软土地基的承载力等特点，在我国乃至世界建筑领域的地基解决工程中被越来越广泛的应用。 在曹妃甸管委会大楼工程、中冶京唐曹妃甸工业园厂房工程、中冶京唐曹妃甸工业园办公楼工程中我们采用了锤击管桩进行桩基础施工，经检查证明该工艺是成功的，并对超厚欠固结砂质土起到了良好的挤密作用，使该层土体达成了固结目的，较少了地基解决的工程费用，取得了较好的经济效益和社会效益。
1 工法特点
1.0.1应用范围广
在同一建筑物基础中，可使用不同直径的管桩，容易解决布桩问题，可充足发挥每根桩的承载能力，单桩可接成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限，既合用于多层建筑，也合用于50层以下的高层建筑。
1.0.2质量可靠
桩体采用工厂化生产，其混凝土强度等级不低于C80，单桩承载力高，桩身质量可靠。只要严格执行沉桩操作规程，成桩质量较好，沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行检测。桩身耐锤击和抗裂性好，穿透力强。
1.0.3造价低廉
管桩单位承载力造价较低，仅为钢桩的1／3-2／3，为灌注桩的3/4，并节省钢材。
1.0.4环保性高
施工速度快，文明施工，无泥浆排放。
1.0.5挤密土体
对欠固结软土起到挤密作用，使土体颗粒进行重组，改变土体性状，提高承载力。

2 合用范围
锤击管桩合用性较强，多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土、砂土、黄土等土层中。预应力管桩最适宜用在基岩埋藏深、强风化岩层或风化残积土层厚的地质条件。管桩的穿透能力一般说是很强的，但有一些地质条件是不宜使用的，如：石灰岩地层不宜应用、孤石和障碍物多的地层不宜应用、有坚硬隔层时不宜应用或慎用。曹妃甸地区
3 工艺原理
由打桩架和筒式柴油锤组成该工艺重要施工设备，打桩架实际是一台打桩专用的起重和导向设备，桩锤用来产生沉桩所需的能量。锤的冲击体在圆筒形的气缸内，根据二冲程柴油发动机的原理，以轻质柴油为燃料，运用冲击部分的冲击力和燃烧压力为驱动力，引起锤头跳动夯击桩顶，使竖向荷载逐步施加于桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面受到土体向上摩阻力，桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，使桩体逐渐沉入土层中并对土体挤压，由于沉桩过程的振动作用，而使桩周砂质土体进行颗粒重组，提高承载力，随着时间的增长消除土体液化。
4 工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
施工准备
测量定位
底桩就位，对中调直
锤击沉桩
接桩
再锤击、接桩
打至持力层
收锤

图4.1.1 工艺流程图

4.2 操作要点
4.2.1施工准备
1 整平场地，清除桩基范围内的高空、地面、地下障碍物；架空高压线距打桩架不得小于10m；修设桩机进出、行走道路，做好排水措施。
2 按图纸布置进行测量放线，定出桩基轴线，先定出中心，再引出两侧，并将桩的准确位置测设到地面，每一个桩位打一个小木桩；并测出每个桩位的实际标高，场地外设2~3个水准点，以便随时检查之用。
3 检查桩的质量，将需用的桩按平面布置图堆放在打桩机附近，不合格的桩不能运至打桩现场。
4 选择打桩设备
1）桩架的选择
桩架的型号、安装和准备工作对打桩效率有很大影响。重要分为三点支撑履带打桩机或步履式打桩机。打桩机的桩架由支架、导向杆、起吊设备、动力设备、移动装备等组成，桩架分节组装，选择桩架高度按桩长+滑轮组高+桩锤帽高度+起吊移位高度的总和另加0.5～1m的富余量。打桩机的桩架必须具有足够的承载力、刚度和稳定性，并应与所挂桩锤相匹配。本工法桩架选用DH558型履带行走式桩架，其最大特点是移动灵活，使用方便，运营机构为履带，对路面规定比较低。
2）桩锤的选择
选择桩锤时，必须充足考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以及土质等条件，并掌握各种锤的特性。桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入阻力，涉及克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。假如桩锤的能量不能满足上述规定，则会引起桩头部的局部压曲，难以将桩送到设计标高。桩锤分为落锤、气动锤、柴油锤、液压锤等类型。以上几种桩锤中，柴油锤爆发力强，锤击能量大，功效高，锤击作用时间比自由落锤作用时间长，因此锤击应力相应低一些，冲击体冲击距离（原距）随桩阻力的大小而自动调整，比较适合于管桩的施打。针曹妃甸地区工程的特点，重要选用8.0t、5.0t筒式柴油锤。
3）桩帽和垫层
桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性。桩帽宜做成圆筒型，套桩头用的筒体深度宜为35～40cm。内径应比管桩外径大2～3cm，并设有导向角与桩架导轨相连，保证与柴油锤的中心线重合。桩帽应设有桩垫层和锤垫层两部分。“锤垫”设在桩帽的上部，是保护柴油锤和桩头的，一般用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳制作，厚度宜取15～20cm。“桩垫”设在桩帽的下部套筒的里面，与管桩顶部相接触，它可以延长锤击作用时间，减少锤击应力，保护桩头，一般是用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板等材料制作，规定厚度均匀，软硬合适，锤击后压实厚度不应小于12cm。

图4.2.1-1 桩帽示意图

4）送桩器
送桩器宜做成圆筒形，并有足够的强度、刚度和耐打性。长度宜做成送桩深度的1.5倍，应与管桩匹配，本工法采用套筒式送桩器，套筒深度宜取250～350mm，内径应比管桩外径大20～30mm。

图4.2.1-2 送桩器示意图

5 检查打桩机设备及起重工具；进行设备架立组装和试打桩。在桩架上设立标尺或在桩的侧面画上标尺，以便能观测桩身入土深度。
6 打桩场地建（构）筑物有防震规定期，应采用必要的防护措施。
7 学习、熟悉桩基施工图纸，并进行会审；做好技术交底，特别是地质情况、设计规定、操作规程和安全措施的交底。
4.2.2测量定位
测定桩位时，应有专职测量员在桩位中心打入一根长约30cm的细钢筋，露出地面约5～8cm并扎红布条作为“样桩”。
4.2.3底桩就位，对中、调直
管桩就位时，由于其重量轻、节长较短，一般应用单点吊装。吊桩时应先将桩头送入桩帽，再用人工辅助桩管下端将桩尖对中“样桩”。并注意保证桩身垂直度偏差不得大于0.5％，还应使桩身、桩帽和桩锤的中心线重合。
4.2.4锤击沉桩
1 在预应力管桩施工时，要特别注意安全。打第一节桩时必须采用桩锤自重或冷锤（不挂档位）将桩渐渐打入，直至管桩沉到某一深度不动为止，同时用仪器观测管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打，必要时，宜拔出重插，直至满足设计规定。
2 正常打桩宜采用重锤低击，常规打桩顺序应根据桩的密集限度及周边建（构）筑物的关系拟定：
1）若桩较密集场地且距周边建（构）筑物较远，施工场地开阔时宜从中间向四周进行。
2）若桩较密集场地狭长，两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行。
3）若桩较密集且一侧靠近建筑物时，宜从毗邻建筑物的一侧开始，由近及远地进行。
4）根据桩入土深度，宜先长后短。
5）根据管桩规格，宜先大后小。
6）根据高层建筑塔楼(高层）与群房（低层）的关系，宜先高后低。
在曹妃甸地区施工锤击管桩时，为了达成一次沉桩土体固结的目的，在打桩顺序上，采用隔桩跳打的施工顺序，当第一批桩沉入地下达成48小时后，考虑土体颗粒已重组结束，孔隙水压力也逐渐消散，再进行第二批桩锤击施工。这样就可以通过预制管桩沉桩施工，同时提高地基承载力。

图4.2.4-1常规打桩顺序和土体挤密情况示意图

图4.2.4-2 曹妃甸地区打桩顺序意图
4.2.5接桩
预应力管桩的接头，用端头板四周一圈开坡口进行电焊连接。当底桩桩头被沉至离地面0.5～1.0m时，可用钢丝刷将两个对接桩头上的泥土、铁锈刷净，露出金属光泽，然后在四周均匀对称点焊4～6点，待桩固定后拆除夹具在正式焊接。为防止产生接桩偏斜，应用两个焊工对称操作，焊接层数不小于三层，待焊缝冷却8～10min后便可继续锤击沉桩。
4.2.6送桩
对承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度不宜过大，否则桩头容易被打坏，桩顶位移也大。打桩至送桩宜连续进行，防止周边土体固结，承载力增长而使沉桩困难。
4.2.7收锤
收锤标准对打桩工程质量起着至关重要的作用，收锤标准定得恰当可以满足设计规定的承载力，减少打桩破损率，保证桩身质量。
设计明确规定以桩端标高作控制的摩擦桩，除应保证设计桩长外，尚应按设计、施工等部门共同确认的收锤标准收锤。 一般情况下施工中常以最后贯入度作为标准进行收锤，但最后贯入度是受外界影响较大的一个变量。柴油锤型号不同，贯入度不同样；桩长不同，贯入度不同；不同时间测得的贯入度不同；因此，收锤标准应根据场地工程地质条件、单桩承载力设计值、桩入土深度、总锤击数、每米沉桩锤击数及最后1m沉桩锤击数、桩端持力层的岩土类别及桩尖进入持力层深度等指标给出。正常情况下，最后贯入度不宜小于20mm／10击；当持力层为较薄的强风化岩层且上覆土层较软弱时，最后贯入度可适当减少，但不宜小于15mm／10击。
4.3桩与基础的连接
桩与基础的连接是整个基础施工中的关键工序之一，必须认真进行，具体参照《预应力混凝土管桩图集》（03SG409）施工。
5 材料与设备
5.1材料
5.1.1桩体
PHC－AB－600（110）、PHC－AB－500（100）、PHC－AB－400（80）

图5.1.1 管桩构造图

5.1.2桩尖
开口型桩尖，具体参照《天津市工程建设标准设计图集》（02G10）。
5.2机具设备
本工法需要的重要机具设备为：DH558打桩架4台；筒式柴油锤6个（8.0t4个、5.0t2个）；15t吊车2台；推土机1辆；接桩电焊机具8套、送桩器4个。
6 质量控制
本工法质量标准按《预应力钢筋混凝土管柱桩施工技术规程》（YBJ235-91）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2023）、《工程测量规范及条文说明》（GB50026-93）执行。
6.1预应力管桩质量检查标准
6.1.1成品桩质量
外径无蜂窝、露筋、裂缝、色感均匀、桩顶处无空隙。桩径±5mm、管壁厚度±5mm、桩尖中心线＜2mm、顶面平整度10mm、桩体弯曲1/1000L（ L为桩长），以上项目用钢尺、水平尺量测。
6.1.2桩位偏差

表6.1.2 预制桩（PHC桩）桩位的允许偏差
项次
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
注：H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。
6.1.3接桩
电焊结束后停歇时间＞8.0min 、上下节平面偏差＜10mm 、节点弯曲矢高＜1/1000L（L为两节桩长），以上项目用秒表、钢尺量测。
6.1.4桩顶标高
偏差±50mm，用水准仪量测。
6.1.5收锤控制
1 桩端（指桩的全截面）位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考。
2 桩端达成坚硬、硬塑的粘性土，中密以上粉土、砂土、碎石类土、风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高可作参考。
3 当贯入度已达成，而桩端标高未达成时，应继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值加以确认。
6.2验收规定
施工结束后应对承载力和桩体质量进行检查。桩的静载荷实验根数应不少于总桩数的1%，且不少于3根；当总桩数少于50根时，应不少于2根；当施工区域地质条件单一，又有足够的实际经验时，可根据实际情况由设计人员酌情而定。桩身质量的检查，对多节打入桩不应少于桩总数的20%，且每个柱子承台不得少于1根。
7 安全措施
本工法安全标准按《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2023 ）、《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2023）执行。
7.0.1按照责任制规定，施工前进行安全施工交底。施工时随时检察安全情况；
7.0.2电工、焊工、机械工必须持证上岗。雨天严禁操作，若必须施工时，需采用保证安全施工的措施；
7.0.3吊桩时，回转范围内不得站人。每班组工作前要检查钢丝绳,如有破损及时更换。
7.0.4打桩结束，要对桩口孔洞进行封堵。
8 环保措施
8.1对环境影响
锤击管桩由于桩体在冲击作用下于短时间内沉入土中，会对周边环境带来下述危害：
8.1.1振动
打桩过程中在桩锤冲击下，桩体产生振动，使振动波向四周传播，会给周边的设施导致危害。
8.1.2超静水压力
土壤中含的水分在桩体挤压下产生很高的压力，此很高压力的水向四周渗透时亦会给周边设施带来危害。
8.1.3噪声
桩锤对桩体冲击产生的噪声，达成一定分贝时，亦会对周边人民的生活和工作带来不利影响。
8.2防止措施
为避免和减轻上述打桩产生的危害，根据过去的经验总结，可采用下述措施：
8.2.1限速
即控制单位时间（如1d）打桩的数量，可避免产生严重的挤土和超静水压力。
8.2.2对的拟定打桩顺序
考虑沉桩过程对周边土体的振动影响，选用隔桩跳打的顺序，减少孔隙水压力的影响，使土体颗粒重组固结。
8.2.3挖应力释放沟（或防振沟）
在打桩区与被保护对象之间挖沟（深2m左右），此沟可隔断浅层内的振动波，对防振有益。如在沟底再钻孔排土，则可减轻挤土影响和超静水压力。
8.2.4埋设塑料排水板或袋装砂井
可人为导致竖向排水通道，易于排除高压力的地下水，使土中水压力减少。
9 效益分析
运用该工艺优势和特点，对桩架和桩锤进行合理选型，保证施工质量。锤击管桩施工速度快，单桩承载力高，方案安全可靠，费用节省。因此，该工艺是一种值得推荐的方法。重要表现在以下几个方面：
9.0.1工程造价低
该工艺采用的预应力高强混凝土管桩单桩承载力高，为中空型桩，节省材料，对施工现场条件规定不高，采用该工艺比方桩施工节省费用10％左右；比钢管桩施工节省费用50％左右；比混凝土灌注桩施工节省费用30％左右，提高地基承载力，使沉桩和土体固结一次完毕，减少地基解决费用。
9.0.2质量安全可靠
预应力高强混凝土管桩采用工厂化生产，桩身质量可靠，严格控制操作过程，成桩质量较好。
9.0.3工程工期短
该工艺施工速度快，适应土层范围较广，无泥浆排放，施工周期比混凝土灌注桩节省约1/3周期。
9.0.4施工范围广
预应力高强混凝土管桩规格较多，承载力也不同，既合用于多层建筑和大型工业厂房建筑，也合用于中小型建筑。同一建筑中，也可采用不同桩径地管桩，充足发挥其承载力，便于布桩。
10 工程实例
实例1：中冶京唐曹妃甸办公楼工程，桩基础采用锤击预应力高强混凝土管桩，施工完毕后进行小应变检测，桩身完整性好，未发现断桩，满足施工使用规定。
实例2：中冶京唐曹妃甸工业园工程，桩基础采用锤击预应力高强混凝土管桩，施工完毕后进行小应变检测，桩身完整性好，未发现断桩，满足施工使用规定。
实例3：曹妃甸管委会大厦工程，桩基础采用锤击预应力高强混凝土管桩，施工完毕后进行大、小应变检测，承载力满足设计规定，桩身完整性好，未发现断桩，满足施工使用规定。