7-2-8 钢桩.doc

7-2-8 钢桩7-2-8-1 钢管桩在我国沿海及内陆冲积平原地区，土质常为很厚（深达5060m）的软土层，当上部结构荷载较大时，这类地基常不能直接作为持力层，而低压缩性持力层又很深，采用一般桩基，沉桩时须采用冲击力很大的桩锤，用常规钢筋混凝土和预应力混凝土桩，将很难以适应，为此多选用钢管桩加固地基。因此，钢管桩在国内外都得到了较广泛地应用。钢管桩的特点是：（1）重量轻、刚性好，装卸、运输、堆放方便，不易损坏；（2）承载力高。由于钢材强度高，能够有效地打入坚硬土层，桩身不易损坏，并能获得极大的单桩承载力；（3）桩长易于调节。可根据需要采用接长或切割的办法调节桩长；（4）排土量小，对邻近建筑物影响小。桩下端为开口，随着桩打入，泥土挤入桩管内与实桩相比挤土量大为减少，对周围地基的扰动也较小，可避免土体隆起；对先打桩的垂直变位、桩顶水平变位，也可大大减少；（5）接头连接简单。采用电焊焊接，操作简便，强度高，使用安全；（6）工程质量可靠，施工速度快。但钢管桩也存在钢材用量大，工程造价较高；打桩机具设备较复杂，振动和噪声较大；桩材保护不善、易腐蚀等问题，在选用时应有充分的技术经济分析比较。1钢管桩构造、型式及规格钢管桩的管材，一般用普通碳素钢，抗拉强度为402MPa，屈服强度为235.2MPa，或按设计要求选用。按加工工艺区分，有螺旋缝钢管和直缝钢管两种，由于螺旋缝钢管刚度大，工程上使用较多。为便于运输和受桩架高度所限，钢管桩常分别由一根上节桩，一根下节桩和若干根中节桩组合而成，每节的长度一般为13m或15m，各节桩的构造、型式如图7-90。图7-90 钢管桩的构造型式（a）下节桩；（b）中节桩；（c）上节桩钢管桩的下口有开口和闭口之分，其构造、型式分别如图7-91。图7-91 闭口钢管桩构造型式钢管桩的直径自406.42032.0mm，壁厚自625mm不等，常用钢管桩的规格、性能见表7-92，应根据工程地质、荷载、基础平面、上部荷载以及施工条件综合考虑后加以选择。国内常用的有406.4mm、609.6mm和914.4mm等几种，壁厚用10、11、12.7、13mm等几种。一般上、中、下节桩常采用同一壁厚。有时，为了使桩顶能承受巨大的锤击应力，防止径向失稳，可把上节桩的壁厚适当增大，或在桩管外圈加焊一条宽200300mm、厚612mm的扁钢加强箍（图7-92）。为减少桩管下沉的摩阻力，防止贯入硬土层时端部因变形而破损，在钢管桩的下端亦设置加强箍，对406.4914.4mm钢管，高度为200300mm，厚度612mm。图7-92 钢管桩不同壁厚和桩端加强构造形式（a）不同壁厚的钢管桩接头构造形式；（b）桩顶端的加强箍；（c）桩下端加强箍t-钢管桩壁厚；t1-加强管壁厚常用钢管桩规格 表7-92钢管桩尺寸重量面积断面特性外径（mm）厚度（mm）内径（mm）（kg/m）（m/t）断面积（cm2）外包面积外表面积（m2/m）断面系数（cm3）惯性矩（cm4）惯性半径（cm）（m2）406.49388.488.211.34112.40.1301.281091022210214.112382.41178.55148.71421028910214.050894901119.011410.2031.601731043910217.6124841476.8187.02261057510217.5144801715.85217.32611066310217.5609.69591.61337.52169.80.2921.922511076610221.212585.61775.65225.33301010110321.114581.62064.85262.03811011610321.116577.62344.27298.44321013210321.0711.29693.21566.41198.50.3972.233441012210324.812687.22074.83263.64531016110324.714683.22414.15306.65241018610324.716679.22743.65349.45941021210324.6812.89794.81785.62227.30.5192.554521018410328.412788.82374.22301.95961024210328.314784.82763.62351.36901028010328.216780.83143.18400.57821031810328.2914.412890.43113.75340.20.5672.877581034610331.914886.43513.22396.08781040110331.816882.44202.85451.69971045610331.819876.42972.38534.511710253610331.71016129923463.37378.50.8113.199391047710335.5149883952.89440.710910255310335.4169844672.53502.712410262810335.4199783112.14595.414610274010335.2作为钢管桩的附件，主要有用于承受上部荷载而焊在桩顶上的桩盖，和焊于钢桩顶部用的扁钢带及用于保护桩底的保护圈，以及用于桩节焊接的铜夹箍。为减轻软土地基负摩擦力对桩的承载力的不利影响，一般在钢管桩的上部一定深度，将特殊沥青、聚乙烯等复合材料涂敷于钢管桩外表面以形成滑动层，层厚610mm（图7-93）可降低负摩擦力4/5-9/10。图7-93 钢管桩滑动层构造1-钢管桩；2-底漆；3-滑动层；4-表层2打桩机械的选择打桩机的选择要根据工程地貌、地质、配套锤的型号、外型尺寸、重量、桩的材质、规格及埋入深度、工程量大小、工期长短等而定。打桩机的型式很多，有桅杆式（履带行走），柱脚式、塔式、龙门式等多种，其中以三点支撑桅杆式（履带行走）柴油打桩机（图7-94），使用较普遍。具有桩架移动机动灵活，可作全向转动，导杆垂直度可全方位调节，锤、导杆可自由上下移动，可作各种角度微调，打桩精度较高，整机稳定性好，操作方便、安全，工效较高等优点。但对场地要求较高，要铺填厚1030cm碎石并碾压密实。主要型号有日KH100、KH180型、IPD80、IPD90型和D308、D408型等。柴油桩锤主要有日MH72B、K25、K35、K45、K60及IDH35、IDH45型等，表7-93可供参考。锤型选用 表7-93桩径（mm）406.4609.6914.4锤型2535级3545级6072级图7-94 三点支撑桅杆式（履带行走）柴油打（沉）钢管桩机1-桩机主体；2-桩架；3-桩锤；4-钢管桩3施工准备包括：平整和清理场地；测量定位放线；标出桩心位置，并用石灰撒圈标出桩径大小和位置；标出打桩顺序和桩机开行路线，并在桩机开行部位上铺垫碎石。4打桩顺序钢管桩施工，有先挖土后打桩和先打桩后挖土两种方法。在软土地区，一般表层土承载力尚可，深部地基承载力则往往很差，且地下水位较高，较难以排干。为避免基坑长时间大面积暴露被扰动，同时也为了便于施工作业，一般采取先打桩后挖土的施工法。它的施工顺序是：现场三通一平打桩切桩安混凝土圆盖堵住桩头填砂将坑口填平设井点降低地下水位进行基坑机械化挖土施工清理基坑修整边坡焊桩盖浇筑垫层混凝土绑钢筋支模板浇筑混凝土基础承台。钢管桩的施工顺序是：桩机安装桩机移动就位吊桩插桩锤击下沉接桩锤击至设计深度内切钢管桩精割戴帽。为防止打桩过程中对邻桩和相邻建（构）筑物造成较大位移和变位，并使施工方便，一般采取先打中间后打外围（或先打中间后打两侧）；先打长桩后打短桩；先打大直径桩，后打小直径桩的程序进行。如有两种类型桩，则先打钢管桩，后打混凝土桩，这样有利于减少挤土，满足设计对打桩入土深度的要求。另外，在打桩机回转半径范围内的桩宜一次流水施打完毕，为此应组织好桩的供应，并搞好场地处理、放样桩和复核等配合协调施工。5桩的运输与吊放钢管桩可由平板拖车运至现场，用吊车卸于桩机一侧，按打桩先后顺序及桩的配套要求堆放，并注意方向。场地宽时宜用单层排列。吊钢管桩多采用一点绑扎起吊，待吊到桩位进行插桩，将钢管桩对准事先用石灰划出的样桩位置，做到桩位正、桩身直。6打桩方法为防止桩头在锤击时损坏，打桩前，要在桩头顶部放置特制的桩帽（图7-95）。其上直接经受锤击应力的部位，放置硬木制减振木垫。图7-95 桩帽构造（用于914.4mm钢管桩）打桩时，先用两台经纬仪，架设在桩架的正面及侧面，校正桩架导向杆及桩的垂直度，并保持锤、桩帽与桩在同一纵轴线上，然后空打12m，再次校正垂直度后正式打桩。当沉至某一深度并经复核沉桩质量良好时，再行连续打击，至桩顶高出地面6080cm时，停止锤击，进行接桩，再用同样步骤直至达到设计深度为止。若开始阶段发现桩位不正或倾斜，应调正或将钢管桩拔出重新插打。7接桩钢管桩每节长15m，沉桩时需边打入边焊接接长，一般可采用日YM-505N型半自动无气体保护焊机焊接。这种焊机具有效率高，质量好，焊接变形小，适应全位置焊接，操作方便等优点。焊丝采用日SAN-53自动保护焊丝，直径3.2和2.4mm，由焊机的送丝机构自动送丝，靠人工手把（焊枪）焊接。焊接前，应将下节桩管顶部变形损坏部分修整，上节桩管端部泥砂、水或油污清除；铁锈用角向磨光机磨光，并打焊接剖口。将内衬箍放置在下节桩内侧的挡块上（图7-96），紧贴桩管内壁并分段点焊，然后吊接上节桩，其坡口搁在焊道上，使上下节桩对口的间隙为24mm，再用经纬仪校正垂直度，在下节桩顶端外周安装好铜夹箍，再行电焊。施焊应对称进行，管壁厚小于9mm的焊两层，大于9mm的焊3层。焊接时注意：焊完每层焊缝后，及时清除焊渣；每层焊缝的接头应错开；充分熔化内衬箍，保证根部焊透；遇大风，要装挡风板；气温低于0，焊件上下各100mm要预热；焊接完毕后应冷却15min，再行锤击打桩。图7-96 钢管桩接头焊接1-钢管桩上节；2-钢管桩下节；3-内衬箍；4-铜夹箍；5-挡块，（30mm30mm12mm）8送桩当桩顶标高离地面有一定差距，而不采用接桩时，可用送桩筒（图7-97）将桩打到设计标高。送桩筒应满足以下要求：打入阻力不太大；打击能量能有效传给所打的桩；上拔容易，能连续持久使用。图7-97 钢管桩送桩用送桩筒构造1-钢管桩同直径钢管；2-加筋肋D-钢管桩外径；d-钢管桩内径；ad100mm；bd20mm；cD40mm9贯入度控制钢管桩一般都不设桩靴，直接开口打入。沉桩时，土体由桩口涌入桩管内，至一定高度（一般为1/31/2的桩体贯入深度）后，即闭塞封死，其效用与闭口桩相似。贯入深度一般按以下标准控制：（1）持力层较薄时，打到持力层厚度的1/31/2；当持力层厚时，以最后十次锤击每击的贯人量S2mm为限；当持力层坚固时，打入12倍桩径的深度；当持力层不大坚固时，打入桩径510倍的深度。宝钢设计要求打入标准贯入阻力N值50以上的坚实砂层，进入深度（从持力层上表面算起）为桩径的35倍，以满足其土塞效应。（2）锤击桩顶时对桩产生的锤击应力应不超过钢管桩材料的允许应力（一般按80%考虑），一般限制最后10m的锤击数在1500击以下（总锤击数不超过3000击）。（3）以桩锤的容许负荷限制，避免桩锤的活塞受到过量冲击而损坏，一般限制每次冲击的最小贯入量不大于0.51.0mm作为控制。以上停打标准系以贯入深度为主，并结合打桩时的贯入量最后1m锤击数和每根桩的总锤击数等综合判定。宝钢停打标准：在满足下列条件之一时即可停打，贯入度S4mm/击；最后1m锤击数250击；每根桩的总锤击数N2500击。变通条件：如果必保深度达不到，则必须控制S3mm。打桩时要作好原始记录，记录桩号、打桩日期、桩锤型号、桩规格、打入深度、焊接质量情况、锤击次数、落锤高度、最后贯人度、回弹量、平面位移，以及打桩过程中出现的问题及处理措施等等。10钢管桩切割钢管桩打入地下，为便于基坑机械化挖土，基底以上的钢管桩要切割。由于周围被地下水和土层包围，只能在钢管桩的管内地下切割。切割设备有等离子体切桩机、手把式氧乙炔切桩机、半自动氧乙炔切桩机、悬吊式全回转氧乙炔自动切割机等，以前两种使用较普遍，工作时可吊挂送入钢管桩内的任意深度，靠风动顶针装置固定在钢管桩内壁，割嘴按预先调整好的间隙进行回转切割。割出短桩头，用图7-98所示内胀式拔桩装置，借吊车拔出，能拔出地面以下15m深的钢管桩，拔出的短桩焊接接长后再用。图7-98 内胀式拔管装置1-齿块；2-锥形铁陀；3-钢管桩11焊桩盖为使钢管桩与承台共同工作，可在每个钢管桩上加焊一个桩盖，并在外壁加焊812根20mm的锚固钢筋。桩盖形式有平桩盖和凹面形两种。当挖土至设计标高，使钢管桩外露，取下临时桩盖，按设计标高用气焊进行钢管桩顶的精割，方法是先用水准仪在每根钢管桩上按设计标高定上三点，然后按此水平标高固定一环作为割框的支撑点，然后用气焊切割，切割清理平整后打坡口，放上配套桩盖焊牢（图7-99）。图7-99 桩盖型式12桩端与承台连接钢管桩顶端与承台的连接一般采用图7-100所示刚性接头，将桩头嵌入承台内的长度不小于1d（d钢管桩外径）长度，或仅嵌入承台内100mm左右，再利用钢筋予以补强或在钢管桩顶端焊以基础锚固钢筋，再按常规方法施工上部钢筋混凝土基础。图7-100 钢管桩头与基础承台的连接（a）加防滑块；（b）桩内设加强锚筋；（c）桩外设锚固钢筋；（d）设盖板1-钢管桩；2-填充混凝土；3-防滑块；4-承台下部主筋；5-承台底部；6-承台顶面；7-加强锚筋；8-箍筋；9-贴角焊缝；10-锚固钢筋；11-桩盖13施工常遇问题及预防、处理方法（表7-94）钢管桩锤击式沉桩常遇问题及防治、处理方法 表7-94常遇问题产生原因防治措施及处理方法桩达不到设计标高或沉桩困难1桩锤大小与桩的形状、断面和地层不匹配2桩帽和锤垫选择不当，打击能量损失太大3遇地下障碍物或桩侧摩阻力很大或土的密度很高或桩距过小4选用的闭口桩沉桩阻力过大；或遇到坚硬土夹层；或桩端持力层深度与勘察报告不符需更换合适的桩锤更换合适的桩帽和锤垫清除障碍物；更换合适的桩锤；增大桩距改变桩断面，或桩端形状，或改换开口桩；采用植桩法，或中掘工法；变更设计桩长桩身破损1起吊时破损2打桩时遇地下障碍物，使桩身破损修复或更换原则上更换，但如在打桩终了桩身破损而破损度低，从设计上判断还能用，可在管内灌满混凝土桩顶破损桩帽和锤垫不合适，或遇到地下障碍物如仅仅是桩顶破损，且破损部分长度在1m左右，可挖出桩顶，加入补强筋并灌筑混凝土；破损部分长度较大时更换新桩桩身座屈（失稳）1壁厚过小；或桩顶未补强或补强不足2遇到硬夹层过打；或偏打增大壁厚，增加补强环和加劲板采用植桩法，或中掘工法；桩帽与桩径匹配；尽量不采用送桩桩端破损遇地下障碍物过打补桩打桩偏心或垂偏过大1钢管桩架立不正2桩帽与桩身不在同一直线上3送桩筒与桩顶接触不良4遇横向障碍物及时调正调正桩帽使两者接触面平整障碍物不深时，可挖除回填后再打承载力不够1实际的桩端持力层比原勘察评定的深2大直径开口桩的闭塞效果不明显继续施打，打进桩端持力层在桩端增加十字肋等以增加闭塞效果未焊透1焊根间隔狭窄2焊接速度太快或太慢3焊接电流低4焊枪角度及目标位置不合适确保焊根间隔14mm焊接速度合适，不使焊渣先行使用500A电源时，考虑其使用率，使最大电流为450A，则恰当将焊枪保持2030角度，以使内垫环能充分熔化夹渣1焊渣未完全清除就焊2焊条运行速度太慢3采用焊枪前进法焊接时应将前层的焊渣完全除掉稍增大电流，保持焊渣不先行的速度采用焊枪后退法（045）法焊接搭叠1焊接电流过低2焊条运行速度太慢增大焊接电流和焊条运行速度加快焊接速度裂纹1接头处混入水分、杂物2热影响区硬化脆化，或焊线吸湿3焊条、焊丝受潮状态下使用焊接前清扫坡口，将水分，泥土，油脂，垃圾、铁锈等彻底除掉焊前进行预热，平时好好保管，用时将焊线再干燥干燥后再使用14质量要求及验收（1）施工前应对进入现场的成品钢桩、电焊条作质量检验，成品桩的质量标准见表7-95。成品钢桩质量检验标准 表7-95项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1钢桩外径或断面尺寸：桩端桩身0.5%D1D用钢尺量，D为外径或边长2矢高1/1000l用钢尺量，l为桩长一般项目1长度mm10尺量2端部平整度mm2水平尺量3H钢桩的方正度h300h300mmmmTT8TT6用钢尺量，h、T、T见图示4端部平面与桩中心线的倾斜值mm2水平尺量（2）施工中应检查钢桩的垂直度、沉入过程情况、电焊连接质量、电焊后的停歇时间，桩顶锤击后的完整状况。电焊质量除常规检查外，应作10%的焊缝探伤检查。（3）施工结束后应作承载力检验。低应变整体性检验按需要确定。（4）钢桩施工质量检验标准如表7-96所示。钢桩施工质量检验标准 表7-96项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1桩位偏差见表7-66用钢尺量2承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1电焊接桩焊缝：（1）上下节端部错口（外径700mm）mm3用钢尺量（外径700mm）（2）焊缝咬边深度（3）焊缝加强层高度（4）焊缝加强层宽度mmmmmmmm20.522用钢尺量焊缝检查仪焊缝检查仪焊缝检查仪（5）焊缝电焊质量外观无气孔、无焊瘤、无裂缝直观（6）焊缝探伤检验满足设计要求按设计要求2电焊结束后停歇时间min1.0秒表测定3节点弯曲矢高1/1000l用钢尺量（l为两节桩长）4桩顶标高mm50水准仪5停锤标准设计要求用钢尺量或沉桩记录7-2-8-2 H型钢桩H型钢桩系采用钢厂生产的热轧H型钢打（沉）入土中成桩。这种桩在南方较软的土层中应用较多，除用于建筑物桩基外，还可用作基坑支护的立柱，而且还可拼成组合桩以承受更大的荷载。H型钢桩与钢管桩相比，具有穿透能力较强，可穿越中间硬土层；施工挤土量小，切割、接长较方便，取材较易，价格较便宜（约20%30%）等优点。但其承载能力、抗锤击性能要差一些，运输和堆放中易于造成弯折，要特别采取一定防弯折技术措施。1常用H型钢桩的规格H型钢桩常用规格如表7-97所示。H型钢桩亦可自行制作，制作允许偏差见表7-98，最好不用在永久性基础工程上，要用时桩长不宜超过20m。H型钢桩常用规格表 表7-97简图H型钢桩规格hb（mmmm）每米重量（kg/m）尺寸hbaer（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）HP200200HP2502504320020599105320420711.311.3105324325499136224625610.510.7138525426014.414.413HP310310642953049915792993061111159330330813.113.11511030831015.415.51512531231217.417.415HP3603708434036710101510834637012.812.81513235137315.615.61515235637617.917.91517436137820.420.415HP360410105344384121215122348390141415140352392161615158356394181815176360396202015194364398222215213368400242415231372402262615H型钢桩制作的允许偏差 表7-98项次项目允许偏差检查方法1截面尺寸桩端部桩身0.5%边长用钢尺量1%边长用钢尺量2长度10mm用钢尺量3矢高l/1000用钢尺量4端部平整度2mm水平尺量5端部平面与桩中心线的倾斜值2mm水平尺量注：l桩长。2施工机械的选用H型钢桩的施工机械与钢管桩相同，多用三点支撑履带行走式柴油打桩机，但由于其锤击性能较钢管桩差，桩锤宜选用K35（或4.5t级）以下各级的。对桩架只需考虑可设置横向稳定（约束）装置的即可；电焊机可采用一般BX型手工电焊机；桩的起吊、运送可采用812t轮胎式起重机。3施工工艺方法要点（1）H型钢桩的施工工艺程序为：现场三通一平桩机安装、就位吊桩插桩锤击下沉接桩再锤击控制停打标准基坑开挖精制钢桩戴桩帽。（2）打桩前应将桩位下的旧基础大块石以及大块建筑垃圾清除掉，以利顺利下沉。（3）桩起吊、堆放要适当增加吊点或垫木，以防产生过大变形而影响下沉。堆放层数不超过6层。（4）桩顶须设置桩帽（图7-101）；插桩需对准方向，其X和Y方向必须符合设计图纸要求。图7-101 H型钢桩帽e-翼板厚度（5）桩锤击时须设置横向稳定措施，一般在桩架上设置活络抱箍，以防止沉入过程中桩发生侧向失稳而迫使停锤。（6）桩接头多采用焊接，常用型式如图7-102。螺栓连接强度、刚度较差，极少采用。接桩时要注意不能使桩尖停在硬土层上。图7-102 H型钢桩接头型式（7）基坑较深宜采用送桩至设计标高，但不宜过深，否则容易使H型钢桩移位或者因锤击过多而失稳，送桩可直接用H型钢桩加焊钢夹板而成，如图7-103所示。图7-103 H型钢送桩管图（8）型钢桩在沉入标高并基坑开挖后，在其顶部亦需加盖桩盖，构造如图7-104所示。a型适用于承受较大弯矩的桩；b型适用于承受垂直荷载的桩。图7-104 H型钢桩盖帽（a）角钢钢帽；（b）钢板钢帽1-横焊缝；2-竖焊缝4常遇问题及预防处理方法（表7-99）打（沉）型钢桩常遇问题及预防处理方法 表7-99名称、现象产生原因预防措施及处理方法贯入度突然增大（桩在沉桩过程中回弹量过大；锤击声不很清脆）1桩在土中失稳2桩发生倾斜3.桩截面刚度过小，锤击时桩自由度较大4桩位下块石等障碍物未清除掉搞好测量控制，做到垂直地插入H型钢桩；桩架设置抱箍以横向约束桩的侧向变形；彻底清理桩位下的障碍物桩扭转（沉桩过程中，桩产生扭曲变位）聚集桩两翼间的土存在差异，随着入土深度的增力，使桩朝土体弱的方向产生转动利用抱箍，扭转过大的桩如入土深度不大，可拔出再次锤击入土桩难以打入（在硬粘土内，桩不易入土）土质过硬，摩阻力过大，阻碍桩的贯入可在桩翼两侧焊以长13m的钢板，来削减部分摩阻力，增加其贯入性5质量要求及验收质量要求及验收同7-2-8-1钢管桩。