大直径锤击沉管灌注桩的施工

  近几年，随着高层建筑、房地产开发的增多，对砂质土、残积土和强风化层厚度较大的地质条件，已有不少的建筑桩基础设计为大直径锤击沉管灌注桩。大直径锤击沉管灌注桩是指沉管直径56mm～700mm的锤击沉管灌注桩，其桩靴和桩管沉到设计的深度后，在桩管内下入钢筋笼，灌注砼，尔后开启振动锤和桩机卷扬机，边振动边将桩管拔起而成桩。

一、特点

    1、单桩承载力较传统的锤击（静压）沉管灌注桩和预制桩有明显提高，因为大直径锤击沉管灌注桩按承载性状分类，属以磨擦力为主的端承磨擦桩，它不但桩侧摩阻力大（桩周面积大），而且能贯穿N63.5=30～60击的砂土层、残积土和强风化岩层。同时，在沉管过程中，由于柴油锤产生巨大的冲击能对土层的强夯作用，使持力层变形模量值大大提高。一般单桩设计承载力标准值能达到3000～4500kN。

    2、较冲（钻）孔灌注桩具有施工周期短（平均1.5～3h打一根桩），经济合理，可降低工程造价，且施工场地不存在泥浆污染的优点。

    3、桩身质量能得到充分保证。因为在拔管时边振动边拔管，大大增加了砼密实度和向管口扩散能力，提高了桩身砼强度。

    二、适用范围

    大直径锤击沉管灌注桩适用于桩端持力层为坚硬的残积土层或较厚的强风化岩层，也可用于桩端持力层为起伏较大或断层破碎带的风化岩层。但由于施工中柴油锤和振动锤产生的噪声和震动等对周围环境有影响，特别在市区和有特殊规定的地方，未经批准不宜使用。

    三、工艺原理

    大直径锤击沉管灌注桩工艺原理（详见图一）：沉桩管底端安设比沉桩管外径大100mm的钢桩靴，在柴油锤施打下，把桩靴打到设计持力层。再从桩管中下入钢筋笼，灌注混凝土。在边灌边拔管的过程中开动安装在桩管顶部的振动锤，既能松动土层有利拔管，又能使桩身砼得到充分振捣，保证顺利成桩。

图一 大直径锤击沉管灌注桩工艺原理示意图

四、工艺流程

    大直径锤击沉管灌注桩施工工艺流程详见图二； 

图二 大直径锤击沉管灌注桩施工工艺流程

五、操作要点

    1、认真做好施工准备阶段各项工作

    （1）调查建筑场地和邻近区域内有无影响施工的地下管线、地下构筑物、危房、精密仪器等，并采取预防措施。

    （2）桩机进场前，做好施工场地平整工作，对松软部位要进行铺垫石子压实处理。对建筑物旧址或杂填土层应预先进行查探，挖除桩位处的旧基础、石块，废铁块等障碍物。

    （3）在场地中心位置，按桩机装配要求在吊车协助下进行安装。桩机安装要严格遵守安全操作规定，统一指挥，确保安全。桩机各部件技术性能必须良好，要求桩管垂直并与桩位对中。在桩管外表面自下而上用电焊划出长度刻痕，籍以沉管、拔管量测。

    （4）根据建设方提供的测量基准点，用经纬仪和钢卷尺引测桩基轴线。角桩轴线坐标及标高水准点应设在不受施工影响的地方，并在施工中经常复测。轴线和桩位放样应经复核无误后才能施工。

    2、锤击沉管

    （1）正式施工前应进行试打桩，以了解地层对施工的影响和确定桩端持力层贯入度与收锤标准。收锤标准由设计院、建设方、施工方和监理在现场确定，并形成试桩纪要以指导工程施工。

    （2）施工顺序原则上由中间往外退打，当相邻桩中心距小于4倍桩靴直径时应跳打，以保证邻桩桩身砼质量。

    （3）桩底有可能进泥进水时，应对桩管与钢桩靴间隙采取止水密封措施。

    （4）施工员要认真填写打桩各项记录，施工记录应包括每米锤击数和最后1m的锤击数，必须准确记录最后三阵，每阵十击的纲入度及落锤高度。

    （5）沉管过程中若发现桩管未达设计桩长且反弹严重，往往是桩靴遇到了孤石，应将情况提请有关部门研究。一般是拔出桩管回填砂子，在桩位邻近进行钻孔探明孤石后，补桩处理。

    （6）沉管收锤应由施工员、建设方代表、监理工程师在现场按下列要求确定：

    ①沉管深度接近或超过设计桩长。

    ②最后三阵，每阵十击的贯入度应在规定柴油锤落锤高度条件下基本符合试桩纪要规定的收锤标准。

    （7）沉管收锤后氢柴油锤提升到桩架顶部锁定，用探灯察看桩底，并按下列原则处理：

    ①桩底进泥进水严重时，应采取有效措施清除干净，并确保灌砼前不再出现进泥进水现象。

    ②桩靴与桩管变形较大时，可在桩管内灌入0.2～0.3m3坍落度为180mm～200mm的C30砼后将桩管拔起，用砂子或碎石回填空孔，然后在原位再次沉管，沉管深度宜比第一次沉管深度少0.4～0.6m。

    ③桩底情况正常时，即可转入下一道工序施工。

    3、钢筋笼制作与吊放

    （1）大直径锤击沉管灌注桩的钢筋笼一般都通长设置，施工中应按设计图纸的要求在地面专用台架上制作，焊接质量应符合行业标准要求，并按规定设置扶正块，保证层厚度为70mm。在搬动钢筋笼时要合理设置钢筋笼受力点，防止弯曲变形。

    （2）吊放较长的钢筋笼时，要专人指挥，并应按图三要求作业，以防变形。

                                    图三 钢筋笼吊放示意图

                        1、主钩;2、辅钩;3、斗车牵引

    主钩1与辅钩2要在保持钢筋笼不变形情况下相互配合提升，钢筋笼底端部用斗车先往相反方向牵引，然后配合主钩和辅钩往前送，使钢筋笼不拖地面，直至可以卸去牵引和辅钩为止。

     （3）钢筋笼从桩管口下入时要慢且稳，防止钢筋笼箍筋和加劲筋碰刮管口。钢筋笼下到位后，其顶端要用钢丝绳通过卷扬机吊紧固定，防止钢筋笼下部受压弯曲。

    4、由于振动锤重量较大，吊装与拆卸作业时都要设置专用导向线，并注意收放随机的电缆线。振动锤安装要稳妥，振动钳夹持要可靠。

    5、灌注砼与拔管

    （1）根据需要和可能桩身砼可采用预拌砼或现场搅拌砼，砼配合比事先按试验确定，砼拌合物应具有良好和易性。桩端2～3m长度范围内砼坍落度宜为150～180mm，其余部分宜为120～150mm。

 （2）根据工程条件，混凝土灌注可采用泵送或专用料斗。灌注过程中每根桩要制作1～2组试块。

    （3）拔管过程要有专人观测管内砼面监测仪，以控制砼扩散后桩形成的直径和拔管速度。砼面监测仪由砼面浮子、细钢丝绳、小滑轮、刻度筒、卡标和绞车组成，其工作原理见图四。

图四 砼面监测仪工作示意图

1、砼面浮子、浮于砼面上，随砼面下降;2、φ6mm钢丝绳;

3、小滑轮;4、刻度筒;5、卡标;6、绞车

    拔管过程中浮子随砼面下降带动钢丝绳上卡标上移，可以反映出桩身砼扩散情况。拔管速度一般不得大于1m/min，对软弱土层或软硬互层处拔管速度应控制在0.3～0.8m/min以内，必要时采用反插。

    （4）若用长桩管打短桩（20m以内）时，如拔管允许，混凝土可以一次连续灌足。灌注量必须保证桩顶砼强度达到设计值，超灌量一般控制不应低于0.5m。

    （5）当桩较长或拔管有困难时，宜采用分次灌注砼办法。即第一次先灌入1/3左右砼量，振动30s后，采用大滑轮组边振边拔，当砼面监测仪显示桩端砼开始扩散，可继续将桩管拔起大约5m，抽出砼面监测浮子，进行第二次灌注砼，灌完预计的砼量，再放入砼面监测浮子。然后边振动边采用双股钢丝绳拔管，直至将桩管拔出地面成桩。拔管要与振动锤同步上升。

    6、桩机转向应在沉管结束时进行。移机前，先将专用滑轮组支在桩管口，通过卷扬机拉紧钢丝绳使桩机前面地轨悬空，此时可启用专用一套绳索系统来调整地轨左右长度与方向。桩机后部走管悬空则用二只固定千斤顶完成，调整左右长度与方向同前所述。移机要专人统一指挥，协调作业。

六、主要施工机具配备 

    大直径锤击沉管灌注桩施工主要机具配备表见表1;

                   表1 大直径锤击沉管灌注桩施工主要机具配备表

    七、劳动组织

    大直径锤击沉管灌注桩施工人员劳动组织见表2;

                           表2 大直径锤击沉管灌注桩施工人员劳动组织

    八、质量标准与控制

    1、成桩允许偏差：

    （1）桩位偏差：

    单桩、条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩允许偏差100mm。条形桩基沿轴线方向和群桩基础中间桩，允许偏差150mm。若桩端遇孤石时，桩位偏差可适当放宽。

    （2）垂直度：允许偏差小于1%

    （3）桩径不得小于桩管外径。

    2、桩靴质量允许偏差：

    （1）钢板厚度±1mm。

    （2）桩靴外径±10mm。

    （3）桩靴高度±10mm。

    （4）靴尖中心±10mm。

    3、钢筋笼制作允许偏差按《建筑桩基技术规范》JGJ94-94的规定。

    4、成桩过程质量控制项目

    （1）桩位准确及邻桩距离。

    （2）沉桩管长度刻度与垂直度。

    （3）桩靴标高及最后三阵贯入度。

    （4）桩靴是否进泥进水。

    （5）拔管速度、砼扩散监测及桩顶灌注标

    5、钢筋笼制作质量控制项目

    （1）钢筋品种及力学性能检测报告。

    （2）钢筋笼直径、长度、与安放位置。

    （3）主筋搭接、箍筋、加劲筋位置。

    （4）变形情况与焊接质量。

    （5）保护层扶正块设置。

    6、砼灌注质量控制项目

    （1）水泥、砂、石子的质保检测报告。

    （2）配合比及现场计量。

    （3）坍落度。

    （4）试块留置、养护与测试。

    （5）灌注作业应在砼初凝时间内完成。

    7、严格按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）、《地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202-83）及设计图纸的要求施工。特别是要确保单桩单柱的施工工程质量可靠性。

    九、安全措施

    1、施工人员必须经过技术培训，并取得合格后方可安排上岗操作。施工中要经常对操作人员进行安全教育，使施工人员树立安全第一的思想。

    2、进入施工现场人员必须戴安全帽，穿工作鞋（上桩架工作不准穿硬度鞋），在高空作业时必须系安全带。

    3、各种设备转动外露部分均应设置安全防护罩。开工前各岗位操作人员必须检查设备完好情况，特别要定期对桩架进行检查，确认桩机性能良好才能使用。

    4、桩机安装与卸架时要由经验丰富的人员统一指挥，并要检查底盘后部配重是否足够。安卸或移动桩机时要确保桩架与高压电线等障碍物有足够的安全距离，并设专人负责监护收放随机电缆线。

    5、确保施工中桩机稳定

    （1）桩机前部底盘两侧应辅助液压支腿支于地轨上；后部走管要辅设足够数量的钢枕，钢枕间距不大于0.6m。

    （2）对软弱地面一定要铺垫石子并经压实后才能施工。

    （3）用千斤顶顶起走管时，千斤顶必须安装平衡垂直，以防因千斤顶失稳而造成事故。

    （4）遇台风来临时，应采取有效措施确保桩架稳定。

    6、起吊重物（如振动锤、上料等）卷场机司机、指挥员必须检查施工现场人员所在位置是否安全。现场没有指挥人员时严禁擅自进行吊装；严禁超负荷吊装。

    7、移机或振动拔管时，桩架上禁止留人。高空作业时，应采取措施，防止物件从高空坠落。

    8、除沉管外，拔管滑车（耳环）应扣在桩管上，沉管结束柴油锤移开桩管口后可靠地固定在桩架上。

    9、当需要人员乘吊笼下到桩底检查作业时，应有通风设施并在桩管口设专人联络监护。

    10、严格遵守桩基施工其他安全生产规定。