桩基施工技术

                第一节    概述

桥梁基础采用桩基形式较多，有混凝土预制桩（非预应力或预应力），预应力离心管桩，钢管桩，混凝土灌注桩（嵌岩或非嵌岩）等。

桩基的特点：1 桥梁的桩基置于河床中，因河道冲刷所致，为确保必要的承载力，桩的长度会加长许多，而且要考虑必要的抗船舶冲击力，桩的截面亦不会很小。2 桥梁桩基对沉降要求高,尤其是一些连续梁桥或拱桥，不准有过大的沉降。这就要求桩的贯入度不能过大,灌注桩的清孔要求很高，否则不易得到较小的沉降。3桥梁桩基一般在水中有些工程处于水深浪大极不利环境中，需创造必要的条件，如：水中作业平台，施工栈桥，筑岛等，以便同陆上打桩一样进行桩基施工。

               第二节  水上施工作业平台

桥梁桩基一般都在水中，为确保正常施工条件，需要有适当措施，在水上先构筑一平台，桩基可在平台上移动（将桩架置于船上，依靠船的移动就位后将桩打入）桩基可在平台上移动，就同陆上施工一样，避免船舶定位，晃动等不利因素，易于保证施工质量。

一  水中填筑平台

当水深不深，水流不急，桥墩离岩并不远，此时可用倾卸车向水中倾倒砂石，如同水中筑堤，边填筑河道前进，直至桩基施工点，用这种方法施工水深一般在5m左右，流速在1m/s内，可用大块石做填料，利于构筑较为坚硬的路堤，但桩基范围内抛掷大量块石不利于沉桩作业。近水面的边坡可设防冲面层，如钢丝网块石，护坡桩等。

二  构架式平台

构架式平台由：桩，横梁，搁栅（梁），斜撑，面板组成。除了桩有时可用混凝土桩外，其余部件均为钢结构，桩还可用钢管桩，H型钢桩。

对于中小桥梁，桥桩不大，入土深度不深，则可用混凝土桩替代，此外，为便于同斜撑，横撑等连接，往往在混凝土桩上设置预埋件，或者制成带牛腿的桩。横梁，斜撑及搁栅，一般用工字钢，H型钢及槽钢做成，其形状，尺寸应根据其受力需要来确定。面板一般均用钢板铺成。对小型桥梁，施工荷载不大，也可用脚手板来铺设，但脚手厚度至少在50mm以上。

构架式平台所受的外力有风浪力，船舶撞击力（有时平台需停靠施工船只）平台上的施工材料及机具以及施工机具移动时的启动力或制动力。

桩是最主要构件。绝大部分荷载均由其承受，因此需要有足够的埋入深度及断面积。在易冲刷地区，需要考虑施工期内的冲刷深度。横梁及搁栅在结构中要将面板上的全部荷载传递给桩，因而也要有足够的刚度。斜撑是将桩连成整体，以抵抗水平力。构件间的相互连接，一般均用电焊。有时斜撑因潮流影响，会淹没于水中，需在退潮时抢时间焊接，据此，斜撑不会放置很低，但对需要承受大的撞击力或河水很深时候，为取保平台的稳定，不得不放置多道斜撑。此时，有可能要由潜水员进行水下作业，将斜撑与桩连撑一起，接头形式也有可能是拴接。

构架式平台中的桩，有时是的，即不是桥桩，属非永久性，将来在桥墩施工结束后可以拔除；有时是桥桩的一部分。

三  自升式平台

自升式平台施工优点：

（1）移动方便，平时四个支腿可提升，平台就如同一只平驳，停靠在码头边。

（2）平台达到施工地点后，能很快将四个支腿插入土中，形成施工条件。

（3）平台上可设置大型桩基施工机具。

缺点：1 支腿长度有限，对20m水深以下，尚能适应，水深过20m就不行了。

      2 造价高，是一个庞大的海上运输系统

1结构组成 

（1）平台

平台主要作用是提供海上作业面，安置施工机具或生活设施，作为桥梁施工用的平台。可采用 自浮的钢双体船，它与中间桥式跨越的联结梁，组合成空中的井字形构造，能方便容纳浮式沉井或套箱。也有用自浮的钢整体船，一边开缺口成凹字形结构，用天车跨越空挡，能方便的插放护筒或钢管桩。

（2）立柱

支撑平台的立柱布置一般为 适应矩形平台的4柱型或适应三角形平台的3柱型，立柱可设置在平台范围以内的空洞中，也可用托架连接在平台舷板的外侧。立柱通常为圆形或方形钢筒，下端按所支撑的岩土性质，分别为：半球形封闭靴，铰接齿板靴，钻孔筒形靴。围绕立柱有上下两层气压，液压操纵的柔性或机械式抱箍，可抱紧或放松立柱柱身，抱箍中心为加持装置，外环为支撑或连接千斤顶的挑臂，两层抱箍可用长行程液压千斤顶铰接，若形成较大可在每层设置各自的千斤顶，连接或支撑在平台台身，两层千斤顶交替工作，使平台上升或下降，由突出的固定装置，卡夹住柱身受力，利用立柱上焊接适当间距的弧形厚板，作为加持时的支点。

四 导管架式平台

导管架式平台与构架式平台大致相仿，平台下部也有钢管桩与横梁或斜向钢材连接成构架形式，平台部分为型钢与钢板组成的梁，板体系。两者主要区别在于以下几点：

（1）导管架式平台根据浮吊能力，可以做成一个整体，也可以在工厂内加工成数个分体，到施工点再由浮吊放入水中，组成一个整体，施工速度较快。

（2）组成导管架平台的各部件较构架式要大，要能承受风浪或船只撞击力，一般为海洋桥基中适用。

（3）构架式平台是将钢管桩一根根打入，然后在横向连接，最终构成面板，这种工艺只能在风浪较小，水流平衡的条件下进行施工。而导管架式平台是工厂已将平台制好，运到施工点后，浮吊即可放入水中。

               第三节    船上桩基施工

特点：

（1）沉桩的主要机械设备是专用的打桩船，船舶性能必须满足当地的水文，气家，航道多方面的条件。

（2）船上打桩一般都是预制混凝土桩或钢桩，桩必须在水上运输，因此施工中必须配备包括打桩船，运桩方駁，拖轮以及其他辅助船在内的船组。

（3）桩的制作一般在专门的预制场或场地加工，并有专用于陆上运输转到水上运输的机械设备和码头。

（4）桩基施工时，船舶虽已抛锚，但仍有晃动，对控制质量是不利的，水上施工需水陆配合，在陆上测量人员指挥下进行。

（5）沉桩的顺序是根据打桩船性能经过精心设计的。其先后顺序应统一安排，避免造成某些桩无法施工

（6）船上施工桩基受气象影响很大，必须掌握和熟悉施工地区气候及水文的变化规律，严密的制定安全技术措施，以防止造成严重事故。

（7）水上桩基的最后锤击贯入度，或称停锤标准的确定，必须了解打桩设备的性能，以免造成严重的机损和安全事故

一 打桩船的选择

按其动力和传动机械性能分三类：蒸汽为动力，蒸汽铰车传动（使用少）；柴油为动力，发动发电机，用电机直接传动；柴油为动力，发动发电机，电动机带液压系统传动。

选择打桩船，应能满足施工要求，包括吃水深度，船舶稳定性能，走锚可能性，锚缆布置能否打所有桩基平面内的桩，抗风浪性能，起吊能力，桩架高度，施工进度等方面因素。

桩位设计图上桩平面位置变化从下列两方面来考虑打桩船能不能施工：

1 甲板上的锚车只数和锚车位置，通过合理布锚，以及甲板上可能进行的锚缆作业，应满足所有桩位的施工要求。

2 打各种位置上的桩时，打桩架的操作下平台伸出船头的部分不得碰撞已打好的桩。若利用潮差，仍不能避让，应进行改造，或请设计方考虑对桩位进行修改，否则换船。（一般先按比例剪好一只打桩船纸样，在桩位图上模拟施工，研究可能发生的各种问题，再选定合适的打桩船）

二 船上桩架的选择

打桩机械设备必须满足施工要求，包括桩架高度，吊装钩的吊重，龙口，倾斜机构等。应遵循下列原则：

（1）打桩架的起吊能力取决于立桩过程中下掉点的小钩的起吊能力，因为在立桩进入龙口的过程中，将近垂直时，下吊点的小钩在瞬间承受整个桩中的90%——95%，因此在选择桩架时候，要考虑小钩或下吊点的吊重能力。

（2）当桩架高度在使用中已达极限，则可利用水深，但泥面的标高和打桩船的资料一定要准确，必要时候对桩架进行实测，若桩架不能满足要求，可以结合地质情况考虑采用超顶起吊，二次定位的辅助施工方法 。

（3）桩架倾斜机构应满足打斜桩的设计要求，若不满足，又不能修改设计时，只能调换打桩架。

（4）打桩船在外龙口原则上可打任何直径的桩，但必须结合锤的选用，锤与打桩船的龙口相吻合。打桩船的内龙口，对所打的桩是有限度的，只能施工比内龙口小10cm以内断面的桩，否则要修改桩的滑轨或换外龙口的打桩架。

选择打桩船必须根据船体打桩设备，水深，风浪，等多种因素来确定。

三 桩锤及其他辅助机具的选择

船上打桩所用的桩锤，桩帽，衬垫，替打等，与陆上打桩无大区别，一些常规做法均适用，但船上施工桥桩也有特点，在配置这些辅助机具时注意以下几点：

（1）桥梁桩基一般都很长，需要有较高的承载力，桩尖进入较硬的持力层，以减少最终降量。在确保桩材不破损的前提下，宜选择能量较大的桩锤。对大直径钢管桩或混凝土桩，以大能量的液压锤为优选。

（2）桩垫可以保护锤的冲击块和桩顶，还能够削减锤击应力的峰值，而延长锤击力作用时间，从实测锤击力随时间变化曲线，可明显看出，新鲜的较厚的松木桩垫在锤击下，与经过锤击后较薄的松木桩垫相比，锤击应力的降值较低，而延长的时间较长，相应桩顶及桩体内锤击压应力也较小，因此当遇到难打入的土层时，换用新的较厚的松木桩垫，往往效果良好。

（3）替打合适与否，影响到桩能否顺利沉到标高，配合时候需要以下几个条件：

a 满足锤施打的要求，由于它是焊接成型，为延长反复施打时间，必须对替打进行热处理，消除焊接应力。

b 长度必须满足在高潮位时，打斜桩，替打不易出龙口1/2，打直桩，替打不易出龙口1/3

c 对于桩顶留有伸出钢筋的桩，替打的中间隔板必须留孔并加厚；混凝土管桩的替打，中间要留出气孔。

d 锤垫也有小帽字形的，可方便替换延长替打的使用期，但小帽子必须和锤挂在一起。在施工管桩时候，则以加厚锤垫和经常替换锤垫来保证替打的使用寿命。采用柴油锤一般也不小于小帽子。

           第四节   路上打入桩施工

一 概述

打入桩形式很多。预制混凝土桩（方桩或管桩）可分为多节桩或单节桩；预应力混凝土桩（方桩或管桩）也称PHC桩，一般均为多节桩；钢桩有钢管桩和H形钢桩。

二 桩的制作，吊运及堆放

混凝土桩可在工厂内预制。

1普通钢筋混凝土桩：一般有实心方桩和空心管桩两种

2钢筋制备和绑扎：主筋连接应采用对焊，不得采用绑扎和搭焊。焊接前必须根据施工条件进行试焊。钢筋网片和骨架的绑扎及焊接质量及接头尺寸的允许偏差应符合建筑工程质量检验评定标准及焊接规程的规定。在同一截面的接头数量不得超过50%，且同一根钢筋两个接头距离应大于30倍直径并不小于500mm钢筋骨架和桩帽，桩靴，预埋件及混凝土保护层的允许偏差应符合设计要求。

冬季施工，钢筋进行冷拉时温度不宜低于--20.

3混凝土的养护

（1）自然养护：在自然温度下（5摄氏度）以上洒水进行养护。对于普通混凝土应在浇筑后12h内，在外漏面上加以覆盖和洒水，对于干硬性混凝土应在1——2h内立即覆盖浇水养护。浇水养护的时间以达到标准条件下养护28d强度的60%左右为度。用普通水泥和矿渣水泥时，不得少于7d。在施工中掺外加剂的混凝土不得少于14d.浇水次数应能保证混凝土有足够的湿润状态。

（2）蒸汽养护：养护混凝土的蒸汽温度，采用普通硅酸盐水泥时不宜超过80度，采用矿渣硅酸盐水泥时可提高至85——95度。蒸汽养护易使用低压饱和蒸汽蒸汽，加热应均匀，并须排除冷凝水和防止结冰。基土不应受水侵，参有引气型外加剂的混凝土不易采用蒸汽养护，采用暖棚法养护时，棚内温度不得低于5度，并应保持混凝土表面湿润。模板的保温层，应在混凝土冷却到5度后方可拆除。当混凝土与外界温度差大于25度时，拆模后的混凝土表面应临时覆盖，使其缓慢冷却。

2 预应力管桩

一般在工厂内制作，按照桩身强度等级，预应力管桩又分为一般预应力管桩（PC桩）及高强度预应力管桩（PHC），前者强度不低于C60，后者不低于C80

三 打入桩施工

打入桩沉桩方法有3种：静压法，振动法，锤击法

静压法沉桩是借助桩架自重和配重，通过压梁或压柱将整个桩架自重和配重或结构物反力，以卷扬机滑轮组或液压泵方式施加在桩顶或桩身上，当施加的静力与桩的入土阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐被压入地基土中。

振动法沉桩是在桩顶设置振动锤，使锤中的偏心块互逆旋转，其横向偏心力相互抵消，垂直离心力相互叠加，迫使桩产生上下运动，构成桩及桩周土体处强迫振动状态，从而使桩周土体强度显著下降，桩尖处土体被挤开破坏了桩与土体之间的粘结力，摩阻力。桩尖处土体抗力大大减小，桩在自重和振动力的作用下沉入土中。

锤击法沉桩所需机具设备，一：桩架，二：桩锤，（柴油锤，蒸汽锤。液压锤，落锤）三：桩帽和垫材

桩帽直接将锤击力传递给桩顶，因此必须要有一定的耐冲击性能，一般由铸钢或钢板电焊而成，其尺寸要稍大于桩顶断面，但太大易造成偏心锤击，桩顶被击碎，太小会损坏桩顶棱角部分，一般比桩顶断面大1——2cm为好。桩帽一般选用 碟簧桩帽。

             第五节   混凝土灌注桩施工

概述

灌注桩按照其成孔方式不同可分为人工挖孔桩和机械成孔灌注桩；按其挤土与不挤土或少挤土工艺性能分有沉管灌注桩（冲击或震动沉管）及机械成孔（出土）灌注桩；出土的机械成孔灌注桩，按其成孔方式不同有长（短）螺旋钻成孔，正反循环成孔，取土斗（筒）钻成孔；按其护壁方式不同有自立式，泥浆护壁式，套管护壁式。

机械成孔灌注桩   

（1）工艺流程；桩位放样——埋设护筒——桩机就位——成孔——孔底清淤——放钢筋笼——孔底清淤——浇筑混凝土

（2）机械成孔灌注桩成孔方法

1 螺旋钻成孔：长短螺旋两种。长，整个成孔全为螺旋叶片钻进，反之为短。

长螺旋钻孔时，螺旋叶片随着钻进深度的增加不断跟进，被切割土体不断从叶片中被带到孔外，用车将土运走。当叶片很长时，也可以在叶片顶端设置集料斗，土经料斗直接倒入卸土车车里。

短螺旋成孔时，由于螺旋叶片仅2——3m长。其余均为钻杆，土沿叶片上升至顶为止，形成土柱后，叶片上已集聚满土，此时提升钻头至孔外钻机反向旋转将土甩出。

螺旋钻孔还有干湿作业之分：干作业施工（当地下水位较低，土质较好），无泥浆护壁。否则就需泥浆护壁，进行湿作业施工。

（1）螺旋钻成孔设备：由桩架，动力头，螺旋钻钻杆及叶片，导向机构以及灌注混凝土用的附属设施等组成。桩架的形式较多，履带式，步履式，轨道式都能配螺旋钻，仅需导向龙门即可。

（2）螺旋钻成孔施工要点

1 桩机的垂直度在开钻前必须调直，这是确保孔的垂直度的重要环节。

2 如无干作业的条件下，应采取措施确保孔壁不发生塌孔

3长螺旋钻的成孔速度，主要取决于输土是否畅通。合理选择钻进速度是施工又一要点，钻速低，土屑不能沿叶片上升，钻速高，土屑堆积堵塞，形成"土塞".

4 钻进过程中遇到钻杆晃动，可能钻头碰到砖块等硬物，应提钻检查。

5适当控制钻进压力及給进量，以少进刀为宜，一般控制每一钻速度10——30mm为宜

6 成孔结束必须清除孔底虚土。干作业可在孔底标高处空转清孔，湿作业可用泵吸，气举法，取土筒进行清孔

                   螺旋钻孔施工常见事故与对策

人工挖孔

人工挖孔缺点：大量地下水使孔内像一水池，电线或其他电器绝缘稍不注意，会引起人员触电事故，危险性较大。此外。为确保井内施工条件，必然大量抽水，如果多跟挖孔桩同时施工，类似群井抽水，其后果会造成周围管线，道路，房屋的大量沉陷。此外，地层中若果含有沼气或一氧化碳等有毒气体，应尽量避免，加强通风效果。

混凝土护圈的施工，是人工挖孔的关键。

护圈混凝土的厚度：  护圈混凝土壁厚>(或等于）安全系数（取1.5~2.0）* 作用于每一段护壁上面的压力/混凝土的轴心抗压设计强度（N/cm)

护圈混凝土强度采用C25~C30，钢筋为6~10mm光面钢筋，护圈模板采用木模或钢模。

1柱体混凝土浇筑：浇筑前必须排除坑底积水，混凝土下料以导管法较好，坍落度7cm左右，应分层浇筑，每层混凝土厚度30~50cm为好。护圈混凝土模板不易过早拆除，至少保证一天，使混凝土强度不低于10MPa为好