更新时间：2023-08-10 14:32
打入桩又叫沉入桩，是靠桩锤的冲击能量将预制桩打（压）入土中，使土被压挤密实，以达到加固地基的作用。沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩。沉入桩的施工方法主要有：锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩以及钻孔埋置桩等。
概述
上海地区的桥梁与高层建筑的基础普遍采用预制钢筋混凝土方桩与 PHC 薄壁预应力钢筋混凝土管桩。钻孔灌注桩因其质量难以控制 , 施工中会产生大量的泥浆废渣造成环境污染 , 故在上海地区的建设工程中已逐步被限制使用。建设工程的建设方式 , 推广采用模块化建设 , 即工程各部件使用工厂化预制 , 现场安装。而预制桩施工有速度快、工厂集中预制质量好、现场无固液污染物等优点 , 特别是 PHC 管桩采用旋转离心成型工艺、高压蒸汽养护 , 从钢筋制作入模、张拉、混凝土浇注、旋转成型、蒸压养护至脱模堆放 , 总耗时一般不超过 24 h, 且出厂后可立即施打 , 大大缩短了施工周期 , 对加快工程建设进度、节省造价起到了积极的作用。预制桩的沉入方法有重力静压与冲击打入二种方式 , 一般在市郊偏远地区均采用打入预制桩 , 打入桩具有沉桩速度快、桩机相对自重轻的优点 , 但其沉桩原理为采用重锤冲击能量迫使桩身下沉 , 这就使得打入法施工有难以避免的缺点 , 本文论述了打入桩施工中常见问题的原因及防治处理方法。
桩头与桩身击破问题
同三国道大型立交施工 , 基础设计为 Φ600标号 C80 的 AB 型预应力管桩与 400×400、标号C35 的预制钢筋混凝土方桩, 桩长分别为 28～31 m与 29～31 m, 按公路施工规范要求 , 分为 2 节桩与 3 节桩错位布置。预制钢筋混凝土方桩桩头一般内设多层加强钢筋网片 , PHC 桩桩头为预应力索定位钢法兰盘 , 桩头均能承受较大的锤击能量。依据该工程地质勘察报告显示 : ①层 , 耕植土与杂填土 0～1.1 m; ② 层 , 褐色粉质粘土 ; ③ 层 , 黑褐色淤泥质粉质粘土 ; ④、⑤、⑥、⑦ 层 , 绿褐色粉质粘土。该工程占地约 950 m×1 100 m, 范围较大 ,地层组成深度与厚度分布均匀 , 但③层在场地的东南角部分缺失 , 基础承载力主要由桩身摩阻力提供 , 桩端进入⑤层作为持力层。按设计要求 , 在同三跨越沪青平的高架主线选取 2 处进行试桩 , 试桩未发现有异常现象 , 试桩报告提交后 , 设计未改变桩长与桩型 , 仍按原施工图施行。依据业主工期要求 , 在施工时 , 项目部共安排了 12 台 DH508 与 85P 型柴油打桩机 , 桩锤均为 DEMAG4.6 t。因 R3、R8、R7 匝道有部分桥跨设计为现浇后张法预应力箱梁 , 其墩台桩共计378 根 , 长度 11 260 m, 先安排 3 台桩机进场并行施工 , 但开打后出现了沉桩困难的现象。桩入超过1 节半后( 约 20 m) 沉桩速度变缓 , 经测算平均每米锤击次数达到 120 击 , 每击下沉仅为 0.8 cm, 每根桩下沉耗费时间长达近 3 h。而一般正常情况下 , 每台桩机每天能沉桩约 7～9 根 , 工效减低了约 2/3, 且有相当部分桩出现锤击无效停止下沉的情况。鉴于增加桩机将增加成本 , 经项目部讨论后 , 将 3 台桩机的桩锤改换成 6.2 t。换锤恢复施工后沉桩速度大大加快 , 能满足工期要求 , 但其后又频繁出现桩头击破与桩身爆裂 , 总计 7 次方桩桩头被击破 , 1 次管桩桩头击破 , 2 次方桩桩身断裂。击破的桩头在桩顶以下约 1 m 范围内的混凝土全部破裂成碎石状 , 下部并有延伸裂纹 , 破损的桩身离桩顶以下约 6 m 处、80 cm 范围内混凝土全部爆裂成碎石状 , 钢筋弯曲但无断裂。随后对PHC 桩桩头采用钢板包覆 , 环氧快速修补后重新施打 , 方桩截桩后采用补桩。
频繁出现的桩头击破 , 大大影响了施工进度。针对上述现象初步分析 , 桩头与桩身的混凝土强度可能存在薄弱环节。遂使用回弹仪对坏桩的其他完好部分桩身进行混凝土强度检测 , 经检测方桩桩身混凝土强度平均达到 C38, 对现场尚未施工的桩堆的桩头抽检混凝土强度 , 检测平均达到C33,PHC 桩桩头与桩身均到达设计标号。对破损的方桩桩头进行目测观察后发现 , 因桩头钢筋加强网片空隙较小 , 在混凝土浇注震捣时 , 进入桩头的粗骨料粒径偏小 , 未能按混凝土设计配比成型 ,骨料外包面积增加 , 而水泥含量未相应提高 , 故造成桩头部分的混凝土强度相对桩身偏低 , 至厂家制桩现场踏勘后证实了该现象。除桩强度原因外 ,初始击桩时的桩头与桩锤间使用三层草包作为缓冲衬垫 , 草包在锤击数十次后即压缩板结失去弹性 , 造成桩头承受直接冲击。项目部技术人员与打桩专业分包单位共同商讨后 , 拟尝试按如下方法解决 :
( 1) 桩机采用三档重锤轻击方式。
( 2) 桩锤套筒与桩顶间增加钢套一个 , 桩顶弹性衬垫改为 Φ12 钢丝绳盘 , 厚度约2～3 层盘圆绑扎 , 下垫厚度 50 cm 的白松木枕 ,木枕约 3 d 更换一次 , 保证击打过程中缓冲垫层的有效性。
( 3) 原接桩焊接工 2 人改为 4 人 , 缩短接桩时间在半小时内 , 减少接桩焊接时的停打时间 , 从而防止土体摩阻力增大出现沉桩困难。
( 4)加强工厂预制方桩的质量监控 , 桩头混凝土采用5- 25 标号 C40 的细石混凝土浇注 , 强度与龄期双控 , 制桩模板采用新的定制定尺长钢模 , 保证平整度与顺直度 , 防止击打时偏心矩产生。落实上述措施后 , 在后续约 6 万 m 沉桩施工中再也未出现坏桩、停桩事故 , 且在局部场地进入持力层过厚的位置的桩 , 锤击次数大于 2 000 击的情况下 , 桩身仍能保持完好无损。
桩位偏离问题
桩位偏离指桩的平面位置、桩顶标高、桩身垂直度超过设计规范要求的偏差。通常由于测量误差与施工不当造成的。施工测量误差中, 因场地受限引桩离基坑过近 , 人员机械施工不当触碰、基坑开挖沉降造成引桩变形 , 测量工作未很好履行一放二复制度 , 复杂的建筑物基础测设混乱。施工不当一般表现为下节桩下沉过快、单侧挖土过深、未按间隔沉桩造成的土体推挤等。桩位偏离问题防治应从测量控制措施、沉桩控制措施着手进行。
( 1) 编制桩位测量放线图及说明书大型建筑物基础形状复杂 , 群桩数量较大 , 为便于桩基础施工测量 , 在熟悉资料的基础上 , 在作业前需编制桩位测量放线图及说明书。为便于施测放线 , 对于平面成矩形、外形整齐的建筑物一般以外廓墙体中心线作为建筑物定位主轴线 , 对于平面成弧行、外形不规则的复杂建筑物则以十字轴线和圆心轴线作为定位主轴线。以桩位轴线作为承台桩的定位轴线。根据桩位平面图所标定的尺寸, 建立与建筑物定位主轴线相互平行的施工坐标系统 , 一般应以建筑物定位矩形控制网西南角的控制点作为坐标系的起算点 , 其坐标应假设成整数。为避免桩点测设时的混乱 , 应根据桩位平面布置图对所有桩点进行统一编号 , 桩点编号应由建筑物的西南角开始 , 从左到右 , 从下而上的顺序编号。根据设计资料计算建筑物定位矩形网、主轴线、桩位轴线和承台桩位测设数据 , 并把有关数据标注在桩位测量放线图上。根据设计所提供的水准点( 或标高基点) , 拟定高程测量方案。
( 2) 测量质量控制
建筑物或桥梁定位的矩形网点与三角引桩( 攀线桩) 需要埋设直径 8 cm、长 35 cm 的大木桩 , 桩位既要便于作业 , 又要便于保存 , 并在木桩上钉小铁钉作为中心标志 , 对木桩要用水泥加固保护 , 在施工中要注意保护 , 使用前应进行检查。对于大型或较复杂、工期较长的工程 , 应埋设顶部为 10 cm×10 cm、底部为 12 cm×12 cm、长为80cm 的水泥桩为长期控制点。必须加强检查工作 , 对桩位测量放线图的所有计算数据 , 必须经第二个人进行检查 , 确认无误后才能到现场测设。现场测设完毕后 , 在施工前必须经项目部与监理二次复核无误后方可允许施打。建筑物桩位轴线测设是在建筑物定位矩形网测设完成后进行的, 是以建筑物定位矩形网为基础 , 采用内分法 , 用经纬仪定线精密量距法进行桩位轴线引桩的测设。对复杂建筑物圆心点的测设 ,一般采用极坐标法测设。对所测设的桩位轴线的引桩均要打入小木桩 , 木桩顶上应钉小铁钉 , 作为桩位轴线引桩的中心点位。为了便于保存和使用 ,要求桩顶与地面齐平 , 并在引桩周围撒上白灰。在桩位轴线测设完成后 , 应及时对桩位轴线间长度和桩位轴线的长度进行检测 , 要求实量距离与设计长度之差 , 单排桩位不应超过±1 cm, 群桩不超过±2 cm。在桩位轴线检测满足设计要求后才能进行承台桩位的测设。
建筑物承台桩位的测设 , 是以桩位轴线的引桩为基础进行测设的 , 桩基础设计根据地上建筑物的需要分群桩和单排桩。规范规定 3～20 根桩为一组的称为群桩。 1～2 根为一组的称为单排桩。群桩的平面几何图形分为正方形、长方形、三角形、圆形、多边形和椭圆形等。测设时 , 可根据设计给定的承台桩位与轴线的相互关系 , 选用直角坐标法、线交会法、极坐标法等进行测设。对于复杂建筑物承台桩位的测设 , 往往设计所提供的数据不能直接利用 , 而是需要经过换算后才能进行测设。在承台桩位测设后, 应打入小木桩作为桩位标志, 并撒上白灰, 便于桩基础施工。在承台桩位测设后, 应及时检测, 对本承台桩位间的实量距离与设计长度之差不应大于±2 cm,对相邻承台桩位间的实量距离与设计长度之差不应大于±3 cm。在桩点位经检测满足设计要求后,才能移交给打桩专业分包单位进行桩基础施工。
(3)防止偏移施工措施
初始沉桩时, 往往因为表层土质松软而下沉过快, 且桩尖定位时使用桩机行走粗略调整, 容易发生桩位偏斜, 施工中可采用定位箍固定沉桩, 桩机履带下一般有厚钢板或钢路基箱, 作为走道板。沉桩施工前, 桩机首先应基本就位, 桩由桩机钢丝吊绳起吊稳定, 在桩位测放位置采用钢抱箍焊接在钢走道板上, 钢抱箍尺寸可略大于桩截面尺寸约1 cm 左右,抱箍可采用Φ48 钢管,管桩可采用双层Φ12 钢筋弯圆,双侧延长段点焊在钢走道板上, 便于拆装。下节桩下沉时将桩尖插入抱箍, 桩锤初始下压时不宜速度过快, 吊桩钢丝绳应适当牵引, 经纬仪应保持观测, 发现由偏移迹象的, 予以及时调整机位拨正桩身。在上下节接桩时, 若桩帽间不平整, 应用薄钢板衬垫空隙。同时打桩程序应严格按施工常规要求, 跳位隔打, 防止单向推挤土体而造成已沉桩移位。采用上述措施经济简便易于操作, 除了每桩次需重新拆装定位箍较为繁琐外, 能充分保证桩位的施工精确度。据统计, 未采用上述措施的单排桩竣工测量偏位超出规范值的比例高达43% ,采用保证措施后为6% ,且方桩单边方向顺直、无扭转现象。
坏桩与偏移桩的处理
经小应变测试为3 级以下有严重缺损的、最后50 cm 锤击数未达到设计要求一半值的、大应变测试单桩承载力未达到设计承载值90% 的,均为坏桩, 必须报请设计同意后进行补桩处理。偏移桩即桩顶标高、桩位偏差大于50 cm 的,必须报请设计同意后进行补桩或恢复处理。对坏桩以及偏移桩, 不能原位进行补桩的, 则必需采取原桩补强或恢复处理。解决思路: 为确定桩的损伤程度和完整性, 首先对其进行低应变动力检测, 对大部分桩身完整、无明显缺陷的桩可进行原桩补强与恢复。恢复可采用顶推法( 即桩顶施加水平推力) , 使桩复位。容许水平推力可根据EI(桩身抗弯刚度) 、桩顶容许位移和桩顶水平位移系数代入相关公式, 进行计算, 小于容许水平推力, 即对预应力混凝土管桩的桩身是安全的。施工时先部分清除桩前侧的土, 最大幅度地减少所需的水平推力, 再采用小于容许的水平推力使桩复位, 就能保证桩的质量与安全。此法工期较短, 处理费用约为每根4 000 元。
3.1 顶推法处理的施工方法
顶推法处理适用于偏移桩桩身完好、且偏移量不大的桩。其施工设备采用XU- 100 型地质钻机2 台,注浆泵2 台,100 kN 千斤顶4 台,高压油泵1 台,反力钢架若干,若无条件安装反力架的,则牵引配备10 t 手扳葫芦4 套。施工步骤如下:
(1)钻孔排土。根据偏位的程度,在桩的前侧用地质钻机钻1 个直径与桩截面直径或边长相同、深与桩长相同的孔, 以减少纠偏时的牵引阻力, 插入注浆管, 注水造浆, 同时排浆清除桩身前侧土体, 以利于用较小的水平推力回复桩位。
(2)安装反力架,就位千斤顶,推桩移位。用高压注浆管贴紧桩身冲孔, 深至持力层, 借千斤顶初步推桩移位, 要严格控制挤桩顶移位的速率, 以2～5 cm/h 为宜,完成总偏移量的一半时停30～60 min,保持高压注浆管扩孔,第二次将桩顶推至原位。若现场无条件安装反力架, 可采用桩顶钢丝绳手扳葫芦牵引, 钢丝绳牵引端安装测力计, 控制牵引力不大与100 kN,牵引过程同千斤顶。
(3)桩的固定。在桩侧的孔穴内,灌入5～25 mm 碎石,插捣密实,注入速凝水泥浆,使桩侧和桩底的虚土空隙部分被浆液所充填, 散粒被胶结,并较大幅度增加桩侧和桩底一定范围内的土体强度和变形模量, 提高桩底土的抗偏荷载能力。
(4)增加沉降观测点,加强对上部结构的工内、工后沉降量及沉降差的监测。
3.2 缺陷补强
对所有经顶推纠偏处理的桩进行再次低应变检测, 以便确定还有缺陷的管桩的损伤位置, 然后用高压水冲洗桩孔至损伤处以下1～2 m,排除泥浆, 吊模后投碎石并注入快硬水泥浆液, 使管内形成牢固的混凝土柱。这样, 不但可以加固桩身, 保证损伤程度不再加剧, 而且能确保开口管桩以全断面承受荷载。
概述
打入桩导向装置作为打入桩施工的重要临时结构，首先应保证打入桩的施工精度和施工工效满足设计和施工的要求，还应具有结构简单、拆装方便、安全可靠、经济适用等特点。其结构设计尚未有明确规范，对其结构形式进行系统研究的成果较少。为此，对打入桩导向装置结构进行深入的总结和研究，从而选择一种合适的打入桩导向装置，是打入桩施工质量和进度的重要保证。
导向装置简介
打入桩导向装置对打入桩主要起导向作用，保证打入桩施工时其平面位置和垂直度符合设计和施工要求，同时应具有一定刚度以抵抗施工过程中的水平力。根据施工工况的不同，常用的导向装置主要包括简支移动式、骑跨阶梯式、装配液压移动式和装配半固定式等。
简支移动式导向装置
2.1 结构形式及特点
2.1.1 结构形式
简支移动式导向装置主要包括辅助桩和导向架体，为了方便拆装，辅助桩和导向架体之间采用精扎螺纹钢锁紧，同时可根据现场实际情况设置多个龙口，一次施打多根桩。
2.1.2 结构特点
1） 辅助桩可根据桩锤夹钳形式选择工字钢或钢管，采用钓鱼法施工，在陆上和静水中施工效率较高。
2） 导向架体可根据施工需要设置多个龙口，施工便利。
3） 辅助桩和导向架体之间采用精扎螺纹钢锁紧，装拆方便。
2.2 适用范围
简支移动式导向装置虽然可通过调整钢结构的型号来抵抗所受的水平力，但结合其经济性和实用性，该导向装置主要适用于陆上、水深较浅且流速较小的江河和水深较浅且波浪力较小的海域使用。
2.3 应用实例
由中交二航局承建的巴基斯坦卡西姆码头项目在水深 8 m 左右和有效波高 1 m 左右的海域成功应用了简支移动式导向装置进行钢板桩施工，一次性可施工 7 组钢板桩。
骑跨阶梯式导向装置
3.1 结构形式及特点
3.1.1 结构形式
骑跨阶梯式导向装置主要由龙口和锚固系统组成。其中锚固系统将整个导向装置固定在既有打入桩上，龙口用于对后续打入桩的导向。
3.1.2 结构特点
1） 该结构适用范围受工程桩刚度影响较大。
2） 该导向装置无需使用辅助桩，直接固定在既有打入桩上，定位较快。
3） 该导向装置为悬臂结构，每次仅能施工1根桩。
3.2 适用范围
骑跨阶梯式导向装置使用时，整个导向装置的精度控制主要依赖于锚固桩（既有工程桩）的稳定性。因此，该导向装置的适用范围主要根据锚固桩的刚度以及现场的实际施工条件确定，以保证新建打入桩的精度为准，完全可以适用于陆上和静水区域施工。
3.3 应用实例
由中交二航局承建的巴基斯坦深水港码头项目在陆上和静水中成功应用了骑跨阶梯式导向装置进行2.5 m 直径钢管桩施工，一次施打1 根钢管桩。
装配液压移动式导向装置
4.1 结构形式及特点
4.1.1 结构形式
装配液压移动式导向装置主要包括行走轨道和定位龙口以及液压系统。行走轨道与打桩平台栓接或焊接固定，定位龙口通过嵌入滑槽与行走轨道连接，采用液压千斤顶提供行走动力。4.1.2 结构特点
1） 采用液压千斤顶提供动力，定位速度快，施工效率高。
2） 需装配在打桩平台或打桩设备上使用，无法独立使用。
3） 每次施打1 根桩。
4） 打桩设备选型确定后，直接装配该导向装置，不受施工环境影响。
5） 该导向装置不能转动，同时打桩平台或打桩设备难以精确定位，所以，主要适用于管型打入桩施工。
4.2 适用范围
装配液压移动式导向装置需与打桩平台或打桩设备装配使用，整个装置定位精度与打桩平台或打桩设备稳定性相关。在打桩平台或打桩设备满足施工条件的前提下，该导向装置基本适用于任何可提供稳定平台的管型打入桩施工。
4.3 应用实例
由中交二航局承建的以色列阿什杜德港项目 28 号码头施工期有效波高2 m 左右，采用400 t 顶升平台装配该导向装置施打准1.2 m 和准0.9 m 钢管桩，平台约30 m 宽，定位一次可施打7 根钢管桩，应用效果良好。
装配半固定式导向装置
5.1 结构形式及特点
5.1.1 结构形式
装配半固定式导向装置主要包括导向架体和三角支撑架。三角支撑架与打桩平台或打桩设备上的基座采用螺栓连接，导向架体和三角支撑架之间采用精扎螺纹钢锁紧，同时可根据现场实际情况设置多个龙口，可一次施打多根桩。
5.1.2 结构特点
1） 装配式结构拆装方便，定位较快。
2） 需装配在打桩平台或打桩设备上使用，无法独立使用。
3） 可实现定位一次施打多根桩。
4） 打桩设备选型确定后，直接装配该导向装置，不受施工环境影响。
5.2 适用范围
该导向装置适用范围基本与装配液压移动式导向装置相当，但更适用于钢板桩的打入施工。5.3 应用实例由中交二航局承建的以色列阿什杜德港项目出运码头采用250 t 顶升平台装配该导向装置施打组合板桩（H+AZ 型组合板桩），平台定位1 次可施打14 组钢板桩，应用效果良好。
结合多个打入桩施工项目，通过对各个导向装置的深入分析和研究，得到以下结论。
1） 以上打入桩导向装置均成功应用于实际施工项目，可以作为打入桩导向装置选型和设计的参考。
2） 以上打入桩导向装置具有不同的适用范围，今后在打入桩导向装置的设计中可在此基础上针对不同的施工工况进行必要的创新和优化，以便增强其适用性和实用性，从而进一步提高打入桩的施工精度和施工效率。