1水运工程施工技术117―148.doc

图7—13打击力曲线
②满足沉桩速度和质量的要求。使沉桩效率高并保证桩身完好，但锤的重量和冲击能量不能过大。若过大，沉桩速度固然可以加快，但必将导致桩身承受过大的应力而破坏，这是不允许的。
桩锤应通过试桩选择，若无条件进行试桩时，可根据当地或其他类似地区的经验选择。我国现行港口工程技术规范“桩基工程”给出几种常用锤型贯穿土层的能力可供参考。
也可以通过一些经验或半经验的打桩动力公式，根据要求的承载力，要求或实测的最后平均贯入度来反算满足施工条件时所需的冲击能量，以校核所选的是否合乎要求。这一类的公式很多，由于各地的地质条件和施工条件不大同，难以有一个对各处都适用的公式。根据国外普遍采用的工程新闻公式，结合多年来我国航务工程打桩的经验，推荐以下与工程新闻

式(7—2)适用于柴油打桩锤。
在满足锤冲击能要求的前提下，锤选重些为好，因为沉桩时的冲击能一部分用在沉桩上，是有效的能量消耗，另外还有一部分能量消耗在锤的冲击回弹和桩垫、桩帽、桩等的变形上，是无效的能量消耗。用公式表示：

用冲击能量的有效利用系数(K。)来表示能量的利用情况，则：

愈大，说明能量利用越充分，打桩的效果愈好。取决于桩重与锤冲击部分重量之比值。
当锤的冲击能相同时，应选择冲击部分重量大些的锤，可提高Ke值。在冲击能量一定时，桩身应力随锤重的增加而减少，单动锤比双动锤重，因而选用单动锤比双动锤能使桩下沉的深度更大。
随着电子计算机的发展，提出了以波动理论为基础的锤击桩应力波动法，这个方法用来分析沉桩时的应力状态，并据此选择恰当的桩锤，准确地预测桩承载力和检验桩身质量。
2. 桩架
桩架是起吊桩、桩锤、替打等的支架，并作为沉桩时导向之用，根据其支承结构和工作条件可分为陆上打桩架和水上打桩架(打桩船)。
(1)、陆上打桩架：
通常是用钢材制成井架装在轨道小平车上，或是装在可在滑道上滑行的平台上，加上绞车轮组及其它设备组成陆上打桩机；将井架装在履带式起重机上成为履带式打桩轨，这种打桩机移动迅速，可作360。回转，因而使用方便。这种桩架高度可达50m(见图7．-14)。

(2)水上打桩架(打桩船) 、
将打桩架设置在平底驳船上即成打桩船。其主要设备与陆上打桩架相同，此外，打桩船还配备有以下设备：
①锚缆系统：打桩时通常配备前后边锚(八字锚)及艏锚、艉锚，有6---8个锚，由操纵台集中控制打桩的移位和就位。
②船体平衡装置：随着沉桩的进程，船体因局部增荷或减荷将会造成船身倾斜和摆动，影响船位的准确和桩身安全。因此船上备有供打桩时使用的船体平衡装置。
③使桩架俯仰的机构及吊龙口：打桩架除打直桩外还可以打斜桩，最大斜度为3：1，型打桩船可达1：1，要求打桩架能很容易的改变坡度进行俯打和仰打。有的打桩船口可以出船头一段距离，进行吊龙口打桩，以便打设岸边水深较浅的桩，如图7-15所示。
④背板：是在龙口上固定桩位的设备。有了背板就可以使桩顺着龙口的方向滑动。在斜桩时，背板还有承受桩身重量的作用(图7—16)。
(3)打桩架的高度：

打桩时，要根据桩长、打桩方式来选择桩架的高度，桩架高度(见图7—14及图7—17)按下式确定：

我国现有几艘较大的打桩船，最大的桩架高度80m(从水面起算)；有效桩架高度为70m，可打80m以下，桩重80t以下各种型式、倾角、仰俯30。的桩，最大的打桩直径为1.5m。
(4)抗风浪性能：
选择打桩架时除了考虑桩架的高度，最大的打桩直径、起吊能力外，还要考虑抗风浪的能力，尤其是打桩船。一般的打桩船只能在5级风以下拖航和打桩，因此只适宜在近海作业，若要在外海打桩，则要求抗风浪性能更好的打桩船。
在风浪大而频繁的地区，用设在临时施工栈桥或海上施工平台上的打桩机打桩，如图7—4所示为海上自升平台打桩示意图，拖运时支腿升起，工作时支腿插入海底，平台上升到冰面以上波浪打不到的高度，可以全天候进行施工作业。
3．替打及桩垫
替打，接在桩顶和桩锤之间，主要起缓冲作用，能减少对桩顶打击力，保护桩头。结构上它有一定刚度，当受锤击时，本身的变形尽量少，以便锤击的能量更有效地传递给桩，要有足够的重量。同时也起送桩作用，把桩顶送至设计标高，将桩顶送入水面以下或泥面以下设计深度时，替打伸出龙口的长度不超过替打长度的]t2,-：2／3，这是为了保证沉桩时锤、替打、桩三者的轴线在一条直线上，以减少偏心。
桩垫，垫于桩顶与桩帽之间，起缓冲减震作用，降低桩身打桩拉应力，避免桩身产生裂缝；也减少桩头压应力，保护桩头不被破坏。80年代以前国内外对垫层材料作了长时间的研究，未能找到理想的材料。我国工程上常用木、水泥袋纸、麻布等材料作为桩垫材料，以水泥袋纸效果较好。80年代国外采用碟簧桩帽作为缓冲减振设备，这是国际打桩工程的新技术，我国也已研究成功DH一8000型碟簧桩帽，适于锤蕊重70～80KN的柴油锤，可降低打桩应力，压应力减少50％以上，拉应力减少75％以上，而且延长有效锤击力作用时间，见图7—18。

二、震动沉桩方式
(一)震动沉桩原理和震动锤种类
震动沉桩是在桩头上刚性连接一震动锤，形成一个震动体系。由锤内几对轴上的偏心块相对旋转产生的震动力，使震动体系(桩、替打、锤的总合)上下震动，强迫与桩接触的土壤也发生震动，破坏原来的土壤结构，大大降低，减少了对桩的阻力，桩在震动体系的压重作用下沉入土中，图7—19为震动沉桩原理示意图。 ．
目前的震动锤是按照共震作用或震动冲击作用二种理论进行设计的，大致有四种类型的
震动锤：
1．依共震作用理论设计的锤型
(1)低频震动锤：
当震动体系的频率与土壤的自振频率(一般在15Hz～20Hz)一致时，就会产生共振，使振幅加大，能迅速破坏桩和土壤间的粘结力和弹性力，因而桩在自重和压重的作用下下沉。按这种理论制造的震动锤的特点是频率低(为8Hz 20Hz)、震幅大
(7mm～25ram)、能重点克服桩尖阻力，其缺点是对附近的建筑物可
能产生危险的影响。适用于打大口径钢管桩和钢筋混凝土桩。多用于码头和桥梁桩基的施工。

图7—19震动沉桩示意图
(2)中高频震动锤：
频率20Hz～60Hz，用高频来提高振动力，增大震动加速度，振幅较小，一般为3mm～8mm。适宜在含水的松散冲积层、松散和中等密实砂层中沉桩，大多用于下沉断面小，重量轻的桩，如钢板桩、小口径的钢管桩和II型钢桩。在拔钢板桩时也常用这种锤。
(3)超高频震动锤：
频率100Hz 150Hz，认为桩体是一均质的弹性体，当震动锤的频率接近于桩体纵向震动的自震频率时，震动锤与桩体发生共震，最大限度地增大桩体的弹性变形量，由于桩体的弹性伸缩，使断面缩小和增大，破坏了桩侧面和土壤的接触，减小了桩侧面摩阻力。另外，桩的自震频率非常高，桩的运动速度比土壤的弹性反弹快，桩前端给土层以频繁的冲击和较大的冲击动量使土壤分子来不及进行弹性变形，颗粒间的结合一时遭到破坏，土壤液化，阻力减小，因而可以用最小的力使桩很快地沉入土中。这种类型锤的震动对周围的影响小，一般不超过30cm，噪音小，因而适用于城市中建筑物桩基的施工，在硬质土壤中下沉大断面桩效果好。

2. 依据震动冲击作用理论设计的锤
依据震动冲击作用理论，土壤的自震频率大不相同，不易做到使震动锤的强迫震动频率与土壤的自震频率相接近。因此桩的下沉不仅仅是靠自重加压重来破坏桩尖下面土层的阻力，还依靠震动时所产生的向下冲击力，使桩尖下面土层破碎，据此设计了震动冲击联合作用的震动冲击式锤(图7-20)。这种锤适用于在粘性土壤和坚硬土层上打桩和拔桩。
(二)震动沉桩的主要参数及其选择
震动锤的选择应考虑下述要求：
1．震动锤的起振力P(激振力)应能克服土壤对桩周围的阻力T。
P≥X·T (7—6)
式中：X——土壤弹性影响系数(主要受振动加速度a的支配，振动加速度加大，将会使土壤 产生液化现象，减小土壤的粘着阻力)，当用低频震动锤下沉钢筋混凝土桩及管桩 时，X=0.6～0.18，其他情况X=1，震动偏心块转动时产生的震动力(起震力或激振力)P可以从震动锤的性能表中查出。
2．震动体系的震幅A要能超过桩下沉时所要的震幅A。，桩才能下沉。震动体系的震幅A由下式求：

式中：M——桩偏心力距(kN·m)；
g——桩及桩锤的重量(kN)。

三、射水一锤击方式沉桩(水冲法)
(一)射水一锤击沉桩的原理
当桩基要穿过砂夹层、砂卵石夹层、硬粘土等阻力较大的土层时，锤击沉桩有困难，不仅沉桩贯入度小，沉桩速度慢，而且桩顶因锤的多次冲击而被破坏，这时可用高压射水予以配合。
如图7—22，在桩尖内或外部设冲射管，喷出高压水来。冲击破坏桩尖下的土壤结构，减少土壤对桩侧和桩尖的阻力，桩在自重和打桩锤、替打、桩帽的重量作用下很快地沉入土层中。
由于高压水束对土壤的破坏极大，土壤对桩的约束作用降到最小，沉桩时桩位难以控制，而且土壤对桩侧摩阻力和对桩尖的阻力即使在经过一段时间的恢复后，也不能达到原有的程度，为了避免射水沉桩的负面作用，不单独采用射水沉桩，而是用射水——锤击的方式沉桩，即在锤击沉桩的过程中用射水配合，到距桩尖设计标高1m～2m时，停止射水，单用锤击将桩沉入到设计标高。
高压水束对淤泥、砂、砂砾土、砂粘土、粘土都能起作用，以在砂性土中的效果最好。
(二)射水——锤击沉桩机具和施工
射水沉桩所用的机具，除应用锤击法的全套机具外，另加射水系统，如图7—23所示。射水系统由高压水泵、压力管、橡皮软管、射水管及喷嘴等组成。

图7—23射水沉桩设备
高压水泵一般多用离心式多级水泵，因为它出水均衡，水压高。
一般在砂性土中沉桩，应该用较大的流量，较低的压力；在粘性土中则用较小流量，高的压力；在砂卵石中既要有较大的流量，又要有较高的压力。另外，桩入土深度愈大，所需水压、水量愈大。港口工程技术规范“桩基工程”中附有水冲沉桩所需水压、水量参考表。
根据射水管的布置不同，有内冲内排、内冲外排以及外冲外排等几种沉桩的方法。
1．内冲内排法(图7—24a))
将射水管安置在空心桩的中心，喷嘴不露出桩尖，在桩身内距桩尖lm左右，并通入压缩空气辅助向上排除泥渣水。采用这种方法时，若沉桩速度较快，桩尖在土壤内任一点的停留时间较短，则土壤的破坏仅限于桩尖范围内，桩的承载能力较有保证，适合在黄土类土和粘性土中沉桩。若在下沉过程中，遇到卵石或块石等障碍物，桩的方向就难以控制。
2．内冲外排法(图7—24b))
射水管从桩的空心中穿过伸出桩尖20cm～30cm，水冲搅乱的泥渣沿着桩周外壁向上排 出。外排对土层破坏较严重，将会降低桩的承载力，但砂性土降低的程度要小些，外排的现场施工条件比内排要好。

图7—24射水沉桩方式
a)内冲内排；b)内冲外排；c)外冲外排；d)内外同时射水
3．外冲外排法(图7—24c))
将数根射水管(一般用二根)对称地置放于桩侧面，喷水管超过桩尖约20cm。泥渣水沿着桩周外壁向上排出。这种方法操纵方便，但对桩周土壤破坏较大，不适于在细微颗粒、土性不易恢复的土壤中沉桩。
4．内外同时射水
对于大口径的开口管桩，可采用内外冲水结合的方法(图5—24d))。此时中心射水管的数目可多于一根，且沿管内壁布置。另外还布置空气吸泥机采用边冲边吸的方法。
用压气和压力水同时冲刷土壤。由于与空气混合的泥浆容重减轻，能以较快的速度冲向地面，并使土对桩的阻力大为减小，可以加速桩的下沉。
当采用水冲和震动相结合的方法时，震动锤的必要震幅可以减少一半。
第四节 沉桩定位
为了完好无损准确地将桩沉放到设计位置，包括桩的平面位置和立面位置，必须在沉桩之前准确地定位。在沉桩过程中，要控制桩不偏位，沉桩结束时桩尖要落在设计标高上。
定位工作借助测量学的方法进行。
一、平面定位
直桩的平面定位通过2～3台经纬仪，用前方任意角或直角交会法进行。一般是控制桩的正面轴线和桩的一条边线或角线。定位前，根据设计的桩位布置图，布置好施工基线，计算出基线上控制点与桩连线的方位角，见图7—25。定位时，将控制点的位置在基线上精确地测

图7-25前方交会桩位示意图
a)直桩定位，b)直桩定位侧站布置
量出来，然后在控制点上架设经纬仪，按计算出的方位角放出视线，几台经纬仪视线的交点即为桩的准确位置(图7—26)。

斜桩定位比直桩复杂，需要2～3台经纬仪和一台水准仪配合。桩轴线有一倾角，与经纬仪视线不平行，有一交点，交点标高不同，其平面位置的方位角也就不同。沉桩时，桩的坡度由打桩架的坡度来保证，正面轴线由设在正面的经纬仪控制，桩侧角线则可根据设计桩位，沉桩时的水位，计算出经纬仪视线与桩架上桩交点在准确位置时的标高和方位，然后用一架水准仪在桩上放出控制点的高程并做出记号，用一架径纬仪的视线对准交点的准确方位，移动打桩船，当桩上记号与经纬仪视线相交时，这时的桩位即为正确位置，如图7—27。在计算时必须计入定位时的水位。

图7—27斜桩定位法
随着量测仪器、设备性能改进和计算机技术发展，打桩船技术装备现代化，船陆通讯的改善，使得沉桩定位工作大为简便、快速，也提高了沉桩的准确度。具体的体现为：引进了激光测距仪等精密测量仪器，将控制桩位的方位角等要素编制程序用电子计算机进行桩位控制计算，通过对讲机指挥打桩船船长，由船长本人通过操作台调动打桩船就位。
由于电子经纬仪、侧距仪、GRE数据终端组合而成的全站式电子速测仪(简称全站仪)及GPS(卫星导航全球定位系统)等仪器的引进，完全有可能更进一步地改进沉桩定位工作，变现在的由岸上测站指挥打桩船长、船长操作调动打桩船使桩就位的被动定位法，为打桩船船长通过船上的自动跟踪全站仪和微机进行定位的主动定位法，使定位工作更加简化，快速准确。
二、沉桩高程控制
桩尖应落在设计规定的标高上，以保证基桩承载力满足设计要求，桩尖标高控制是通过桩顶的标高测量实现的。沉桩时，在岸上用水准仪高程测量法对桩顶标高进行控制，其方法示意如图7—28。

图7—28用水准仪控制打桩高程
1一替打；2-垫层；3-桩；4-水准尺；5-桩角

第五节 预制桩沉桩施工中的主要问题
一、吊 桩
为了不使桩产生损伤变形，桩的吊点数Et、吊点位置、支垫位置，都要根据桩的结构性能及吊桩条件对起吊过程中桩身的受力情况进行计算确定，原则上是使桩身产生的正负弯矩相等，因此施工时必须遵照设计及有关施工规范执行。
钢筋混凝土桩长在20m以内的可用两点吊，20m以上的用三点或四点吊，用起重船起吊时可用三点吊，表7-2为吊运过程吊点位置及最不利弯矩的计算，图7—29为桩在预制厂内运输时用四点吊和沉桩时用三点、四点吊的情况。
吊运过程吊点位置及弯矩计算图 表7—2

a)龙门吊四点吊 b)打桩时四点吊 c)起重船三点吊桩
图7—29桩的起吊情况
表7—2中：q为桩单位长度重量(kN／m)，对四点吊是指空心断面的单位长度重量；为桩长(包括桩尖)(m)；M为计算弯短(kN·m)。当桩长大于36m时正负弯矩相差很大，吊点布置要重新计算。
二、沉桩顺序的确定
沉桩以前要先拟定好沉桩的顺序，顺序的合理与否对施工进度和施工质量的影响很大。拟定沉桩顺序时要考虑以下几个方面的问题：
1．土壤变形的影响
对于单桩(间距>6D)，可以认为桩相互之间不受沉桩土壤变形的影响。沉桩顺序由其他条件确定。对于群桩(间距<6D)，相互之间受沉桩土壤变形的约束，当打桩方向由一端向另一端前进(图7—30h))，由于土壤已被先打下的桩挤实，后打的桩可能沉不到设计标高，或者虽用强力把桩打下去，先打的桩又可能会被后打桩所排出的土挤出来；当由两端向中间打桩(图7—30a))，由于土壤受排挤使得中间土壤挤密实，同样，桩也可能下沉不到设计标高，使建筑物产生不均匀沉降。正确的打桩顺序如图7—31所示，可以避免或减少土壤因打桩而产生的变形的影响

图7—30群桩不合理的沉桩顺序

图7-31群桩合理的沉桩顺序
2．要使所有的桩都能打到
往往由于结构的原因，桩基布置复杂，受到当地水位、地形条件限制，打桩船性能约束，有些桩不容易打。如果打桩顺序考虑不周，就可能使桩漏打或打不到，对于个别技术上困难，用现有的打桩设备无法施打的桩，则需要考虑是否要改变桩基布置，或是采用特种的施工方法，需要通过技术经济的比较确定。
3．要考虑到工程的分段
为了有利于后续工程的施工，整个码头工程要分成几段按流水作业的方式组织施工。打桩顺序应满足分段的要求。在拟定分段长度时，要考虑沉桩的方便性，。也要考虑各个工序在一个施工段里作业时间的均衡性，还要考虑施工的安全性。一般以结构段来分段。
4．要考虑打桩水位、水深、风和水流的影响
打桩施工水位要根据潮位、地形、桩长、桩顶标高、打桩架高度、船舶吃水以及必要的
施工时间来确定。
5．尽量减少沉桩震动对岸坡的影响
最好采取顺岸打桩的顺序。由岸向外逐排打设，如用一条打桩船沉桩时，最好采用顺排间隔沉桩法；采用多条打桩船同时打桩时，应使船舶之间保持相当距离，使同一断面里相邻桩的下沉有一定时间间隔，让土壤中因沉桩震动引起的孔隙水压力得以消散，有利于岸坡稳定。
6．考虑施工水域船舶锚缆的布置
要了解工作船舶的尺度，研究他们的布置，不使打桩船有碰撞已打好的桩的危险，一般不采用打桩船跨桩顶打桩(图7—32)。要考虑好锚缆布置，尽量减少打桩船移锚次数，各种工作船舶之间的协调(避免互相干扰)，图7—33为沉桩时水域布置情况。
三、沉桩应力
桩，从预制开始，到桩式码头投入使用的各个过程，都会因外界或结构内部受力的作用产生应力。如预制时，放松钢筋对桩产生的预压应力，桩吊运出台座和吊进龙口的过程产生的吊桩应力(或叫起吊应力)，沉桩过程的沉桩应力，结构承受有荷载后对桩所产生的结构应力等，本节着重讨论沉桩施工过程所产生沉桩应力。

图7—32跨桩顶沉桩
(一)沉桩应力的波动方程
目前对沉桩应力进行研究的诸方法中，以波动法为代表，桩基工程的波动方程是在古典一维波动方程的基础上，加以桩周土阻力等参数项R得出。

图7—33沉桩时水域布置
当桩上x点的微分单元在受锤击后t时
间所产生的加速度口由下式计算：

式中：D——所取截面位移；
C——弹性应力波在桩内的传播速 度：

式中：E——桩弹性模量；
——桩的质量密度。
目前桩基工程大多用史密斯的分离单元法求解，它是将整个打桩系统理想化为由许多分离单元组成。桩锤、桩帽、桩垫、替打、桩身的弹性均用无质量的弹簧SP(M)模拟，各部分的重量则由不可压缩的刚性质块W(M)代表，桩周土壤的弹、塑性动阻力与静阻力也分别由弹簧、摩擦键及缓冲壶来反映。因此，桩锤对桩一次锤击的过程便可化为锤一桩一土系统的运动问题。桩的计算图式如图7—34。
计算过程中，将一次锤击历时分为许多时间间隔，在内弹性应力波来不及从一个单元传播影响到下一单元，故近似地把各单元的运动看作是等速运动。任一单元M在t时的平衡方程式为式(7—17)，分离单元的力如图7—35所示。

由于单元重量相对于F及R而言是较小的，故式中可略去不计。
(二)计算步骤
1．从已知的锤冲击速度v(N，1)开始计算，

式中：H——锤心冲程；
h——由锤型、锤的使用与维护状况的效率系数，由实测确定，对单动蒸汽锤h=0.75～0.85，柴油锤h=0.85～1.00。
此时其余各单元的受力、位移、速度及加速度均为零。
2．利用位移公式计算第1个时段结束时各单元的位移，此时只有，其余各单元位移为零。
3．利用变形量公式计算各弹簧的压缩性。由于桩锤向下移动距离，使第一个弹簧被压缩，其余弹簧不动等于零。再利用受力公式计算得=SP(1，t)。其余F=0。

图7-35分离单元的力
4．利用土动静阻力公式计算各桩段所受的阻力。
5．弹簧力F。作用于第1、2个单元之间，使第1、2个单元产生加速度，利用V(M，t)公式计算各单元下一瞬间的速度，其余单元速度仍为零。
6．第2时段开始，重复前面2～5步骤，计算第2时段结束时各个物理量。
上述过程重复进行直到下面二个条件得到满足为止：
a．所有各单元的速度等于或小于零；
b．桩尖位移不再增加。
这些计算全由电子计算机来进行。波动方程能用以分析复杂的打桩问题。通过计算即可得出桩的贯入度以及打桩应力和桩顶加速度随时间变化的结果，图7—36为某工程实验实测资料。估算桩的承载力，能有效地选择所用的桩锤、桩垫和桩的接头，能确定打桩时的锤击冲程和冲击能，估算土的阻力和桩打入的深度。
(三)沉桩应力及其影响因素
通过用波动方程对打桩过程的研究，表明桩锤打在桩头上，因打击力作用，桩头产生纵向的压缩变形和横向的拉胀变形，其纵向应力以应力波的形式传播出去受到另一介质的阻尼作用再反射回来。因此，在桩上某点锤击瞬间，先出现压应力，后出现拉应力，拉压交替变化，这些应力过大，就使桩身破坏。对于钢筋混凝土桩，主要是桩顶的压应力和桩身拉应力造成的破坏。
影响打桩应力值的因素比较复杂，主要有如下五个因素。
1．锤击速度和锤重
研究指出，打桩应力随锤速、锤重的增加而增加。前者增加的值比后者大得多。但是在能量一定时，打桩应力随锤重增加而减少，因而提出小于60m以下的桩应采用“重锤轻打”。锤的冲程小，就有可能使锤击的频率加快，土壤受锤击震动后，结构改变，阻力减小，还来不及恢复原态时，又受到新的锤击，土壤始终处在动态中，便可使桩下沉加快，提高打桩效率。同时桩身应力维持在低水平上。
2．桩垫及桩垫刚度
锤给桩顶的冲击作用因桩垫的存在而大大降低。桩垫刚度过大，将使锤与桩顶近于刚性
图7—36打桩应力和桩顶加速度随时间变化
a)桩顶加速度随时间变化；b)桩顶应力随时间变化；c)不同瞬时桩身受力分布曲线接触，产生很大的锤击应力；刚度小，用软而厚的桩垫将使锤接触桩垫和桩顶的时间延长。接触时间越长，则应力波的波长越长，也就减小对桩顶的冲击力。但刚度过小，桩垫过软，将吸收大量的锤击能量从而延长沉桩时间，降低施工效率。因此桩垫是控制打桩应力大小的一个重要条件。桩垫刚度K的表达式如下：

据我国一些工程单位施工的经验，认为采用12cm厚的水泥袋纸垫或7.5cm～10.Ocm厚的松木垫较理想。
3．桩型和桩的材质
桩型(包括几何尺寸、截面形状和桩尖形式)和桩的材质(主要是均一性、阻尼特性、动态弹性模量和抵抗动应力的拉压强度)对应力波的传播有很大影响。锤击应力波的传播速度取决于桩的材质，锤击拉应力值的大小在很大程度上取决于桩长与波长的比值。当桩长小于波长时，锤击应力波波长变幅约在12m～50m范围之内，产生的拉应力较小，可以不考虑拉应力影响。桩截面、桩尖的不同形状和中间接桩等对应力波的传播和反射均有影响，例如圆桩的钢筋应力和应力传递率比方桩小。
4．土质条件
沉桩时桩与桩周土壤是相互作用的，对桩而言，桩周土壤阻力是极其重要的边界条件，不但决定反射应力波的性质，也决定应力波的强度。当桩尖土质很硬时，反射回来的是压应力波，若桩尖土极软，反射回来的是拉应力波。由于桩材的内部阻尼，能量向桩侧扩散，桩尖由硬土层进入软土层(贯入度突然增大)时，桩身拉应力值将明显增大(可能有最大值)；桩尖由软土层进入硬土层而突然停止时，桩身亦有可能产生较大或最大的拉应力值。
5．制桩质量和沉桩工艺
桩的预制质量不好，材质不均匀，桩顶高低不平，桩身不直以及沉桩时锤、替打、桩三者轴线不在一条直线上，产生偏心等，都将使得锤击应力加大，当超过桩身材料所允许的拉压强度时，桩即损坏。在锤击过程中，强行矫正桩位偏差，给桩施以过大水平力，若桩嵌固得很牢，则将使桩在受扭或受弯的状态下受到锤击，必然会增大锤击应力和产生附加应力。
另外，桩直径、桩长越来越大，沉桩需要更重的桩锤，锤击能量也相应的越来越增加，使桩沿轴向产生的横向拉胀应力和变形加大，产生了顺轴向的纵向裂缝。随着打击力的重复作用，使桩身的纵向裂缝增多、加宽和伸长，使桩破坏。当采用射水——锤击方式沉桩以及大直径管桩沉桩时，桩内运动的水体在受到突然阻拦或间接地承受了锤击作用，会发生水锤效应，使桩管壁承受过大的内应力，往往因此使桩身产生纵向裂缝，实际上，用射水一锤击的方式沉桩，桩受土阻力小，但桩身产生纵向裂缝的桩数多于受土阻力大的锤击方式沉桩的桩数。 ．
四、沉桩控制
沉桩控制包括偏位控制、承载力控制和桩的裂损控制
1．偏位控制
沉桩时要保证桩偏位不超过规定，偏位过大，给上部结构预制件的安装带来困难，也会使结构受到有害的偏心力。《港口工程技术规范桩基工程》规定，基桩沉放后桩顶偏位一般不大于10cm，偏位为10cm～15cm的直桩不得大于直桩总数的10％，斜桩不得大于斜桩总数的20％，桩的纵轴线倾斜度偏差一般不大于1％。且对倾斜度偏差大于1％，小于2％的桩数也有限制，直桩不应超过直桩总数的10％，斜桩不应超过斜桩总数30％。
造成桩偏位有多方面的原因，从施工准备开始直到沉桩完毕的全过程都存在造成桩偏位的因素，归纳起来有：(1)风、浪、水流的影响；(2)操作上的因素；(3)地形和土质方面的原因；(4)桩本身的原因。
为了减少偏位，保证桩基施工质量，必须针对这几方面原因，采取如下相应的措施：
(1)在安排工程进度时，避开在强风盛行季节沉桩，当风、浪、水流超过规定时停止沉桩作业。
(2)要防止因施工活动造成定位基线走动，采用有足够定位精度的定位方法，要及时开动平衡装置和松紧锚缆，以维持打桩架坡度、防止打桩船走动。
(3)掌握斜坡上打桩和打斜桩的规律。拟定合理的打桩顺序，采取恰当的偏离桩位下桩，以保证沉桩完毕后的最终位置符合设计规定，并采取削坡和分区跳打桩的方法，防止岸坡滑动。
2．桩的极限承载力控制
桩沉完以后，应保证满足设计承载力的要求，一般是控制桩尖标高和打桩最后贯入度(最后一阵平均每击下沉量)，即“双控”。另外在沉桩过程中还要仔细掌握贯入度的变化和及时掌握桩下沉的标高情况。
在锤击过程中，由于震动影响，土体中孔隙水压力突增，有效应力降低，使桩侧阻力大大减少。可以认为沉桩阻力变化主要反映了桩尖阻力的变化，而桩尖阻力变化可以由沉桩贯入度的变化来反映。因此，贯入度在某种程度上反映了沉桩阻力或桩尖土层的软硬程度，通过沉桩过程中贯入度的变化情况，可以检查分析沉桩中出现的问题。此外，贯入度也在一定程度上反映桩承载力的大小。因而，在沉桩时除了控制桩尖标高以外，还要对打桩最后贯入度进行控制，要求小于规定的数值。关于控制的贯入度如何确定，由于影响贯入度的因素很复杂，除了土质条件以外，还与锤型、桩垫、锤击速度、冲程大小等施工条件有关，有时还受到人为因素的影响。还没有一个较好的贯入度与承载力的计算公式，难以准确的规定，前面推荐的公式也有局限性。因而比较可靠的办法是结合桩的静载荷试验和动载荷试验找出相应的贯入度，并参考当地的实践经验，结合所用桩性能来研究确定控制贯入度。
在实际沉桩过程中，经常会遇到沉不到设计标高，或桩虽已沉至设计标高，但贯入度不能满足设计要求的情况，遇到这种情况必须慎重处理。我国航务工程部门及有关科研单位、高等院校在总结我国几十年来建港经验的基础上，制定了具体的控制方法。在粘性土中沉桩，以标高控制为主，贯入度可作校核，桩尖在砂性土层或风化岩层时，以贯入度控制为主，标高作校核。
3．桩的裂损控制
规范规定，对于预应力钢筋混凝土桩不允许出现裂缝。非预应力钢筋混凝土桩应尽量避
免产生裂缝。
桩裂损的产生，除了制造和起吊运输上的原因以外，主要是由于沉桩过程打桩应力超过了桩允许应力所造成。影响打桩应力的因素在本章第五节中已有阐述。裂损控制就是要采取措施控制打桩应力，消除产生超允许拉压应力的条件。在沉桩以前，要检查所用的桩是否符合规范规定的质量标准。在沉桩过程中，选用合适的桩锤、合适的冲程、合适的桩垫材料，要随时查看沉桩情况，如锤、替打、桩三者是否在一轴线上，贯入度是否常变化，桩顶碎裂情况等等。桩下沉结束后，要检查桩身完好情况。
为防止在风浪、水流、土坡滑移及斜桩自重挠曲作用下基桩倾倒折裂，沉桩完毕，必须及时临时固定(特别是对水上桩基)。临时固定的方法是：用围囹木(夹桩木)夹住，方木顶撑，拉条固定，使基桩连成整体(图7—37)。
对于沉桩过程中有时会因某种原因出现一些质量上的缺陷，必须采取措施予以补救。如果事故较大，影响到上部结构的使用安全时，则要会同设计人员共同研究，决定应采用的补救措施。

五、沉桩对周围建筑物及岸坡的影响
1．因沉桩时的锤击而产生“土流”
桩要入土，特别是桩尖封闭的桩，必须在强大外力作用下排开同体积的土，同时在土壤中产生很高的孔隙水压力。这些被排开土的一部分，被强大的有效压力推挤入桩周边土颗粒的空隙中，使之密度加大，还有一部分土颗粒在孔隙水压力的消散和水的流动中，以及剩余有效压力的推动下向密度小的外侧扩散，侵入相邻土颗粒中，孔隙水在土颗粒的扩散中起减少粘着力，摩擦力的润滑作用，促进了土的流动。如此依次层层外移，形成了“土流”。它的表现形式就是前面所列桩入土时在土中形成的四个变形圈。显然，“土流”随着与桩距离的增加而减少。据国外一些实测资料看，孔隙水压力的影响范围可达20倍桩径，由于“土流”拥高的土体积最大可达总体积的40％。
2．形成“土流”的能量可以累加积蓄
形成“土流”的能量可以通过孔隙水压力或有效压力大小来反映。当第一阵锤击产生的孔隙水压力来不及消散，接着进行第二阵锤击，此时的孔隙水压力为前面剩余孔隙水压力与第二阵锤击所产生孔隙水压力之和，因而，形成“土流”的能量随着锤击的频次和相邻沉桩数量增加而累加积蓄。
3．“土流”造成的危害
在产生“土流”的范围内，土表面愈来愈高，土密度愈来愈大，使桩的下沉愈来愈困难，周围已打下的桩可能被抬起来，周围的建筑物受土流愈来愈大的压力，以致造成种种破坏，锤击沉桩的速度受限制，工程进度缓慢。
在岸坡附近打桩时，除了上述“土流”的影响外，还有沉桩时震动的影响，使岸坡的动稳定性降低。
4．解决办法
过去采取消除。。土流，，带来危害的办法除了合理地拟定打桩顺序外就是放慢沉桩的进度，等孔隙水压力自然消散到一定程度后再继续打桩，近十几年来随着塑料板排水法和袋装砂井的出现，采用在打桩区域四周和桩之间适当位置布设塑料排水板或袋装砂井可以降低40％的孔隙水压力，这就从根本上消除了产生“土流”的根源，避免了沉桩对周围建筑物的影响，也加快了沉桩的旋工进度，保证了沉桩的质量。
另一个防护措施就是在打桩区四周及桩间钻孔取土，减少沉桩所形成的拥土体积，减少“土流”的数量。
在岸坡附近沉桩时，采用重锤轻打、停停打打、间隔跳打、少打慢打、超高潮打以及打设竖向排水通道及采用静压的措施，可以有效的控制岸坡因沉桩引起失稳现象的发生。
第六节 就地浇制桩施工
所谓就地浇制桩，就是在预定桩位上钻一定直径的孔至设计深度，清理钻孔后放入钢筋笼，进行水下浇注混凝土，待混凝土达一定强度后，凿去桩头强度差的混凝土，即成混凝土就地浇制桩。可以是单桩、排桩以及连续的板桩墙(地下连续墙)，也可在钻孔中灌注粘土或三合土等其他材料，成为其它材料的就地浇制桩。
就地浇制桩以往在桥梁中应用较多，随着城市建设的发展，建高层建筑的需求日渐增多，对单桩承载力提出了更高的要求，在城市中进行桩基施工往往受到环境的限制，因而无噪音、无震动、无挤压、直径和桩长根据需要确定、施工设备简单的就地浇制桩，逐渐地替代了预制桩。在一些地质条件复杂的地区和需要大单桩承载力的港口工程，就地浇制桩发挥了预制桩不可能替代的作用。如舟山朱家尖交通码头，该地区浪大、岩层埋藏浅，石质为坚硬的花岗岩，岩面高低不平，岩面坡度陡，甚至超过1：1，经多方案比较，采用了大口径(1000mm)的嵌岩就地浇制桩的结构型式，如图7—38。
就地浇制桩的施工方法多达几十种，不可能一一列举，根据国内应用情况大致可以分为以下几类：钻孔灌注桩、冲击震动灌注桩、扩孔桩。
一、钻孔灌注桩
这种施工方法主要包括成孔和制桩两个施工过程，根据土质和钻孔方法不同可分为冲击钻钻孔法和旋转钻钻孔法二类。
(一)冲击钻钻孔法
这个方法的施工顺序是：
钻孔及排渣一清孔一下钢筋笼一安导管一水下浇注混凝土一混凝土养护一凿桩头一接长桩和进行后续工作。
利用钻机钻头下落时的冲击能量破碎土壤，冲击成孔，用套管维护孔壁，再用水下浇注混凝土的方法浇制桩身，待混凝土达到一定强度后，凿去顶部混有泥浆强度低的部分，用陆上施工法接长桩身至设计要求标高。
国内常用的钻孔机械为乌卡斯(YKC)冲击式钻机，钻头为十字铆合金钻头，清渣用空气吸泥机。对于有较大卵石夹层地基可以用冲抓锥(图7—39)出渣。
制桩时，先要进行清孔，然后吊放钢筋笼和安装导管，进行水下混凝土的浇注，边浇混凝土边拔套管。
这种方法适用于在坚硬岩层中钻孔，但效率较低。
(二)旋转钻成孔法
是目前国内应用最多的方法，它是利用钻机钻头旋转切削土壤成孔。由于对土壤的冲击扰动小，一般不用套管，用泥浆固壁的方法保护孔壁，为了保护孔口，设有较短的护筒。
国内常用的旋转钻机是普通旋转钻(图7—40a))，有OJS型旋转钻机，及电机在水下的潜水电钻，(图7—40b))，如Qsz型潜水电钻。这些钻机，配备了锥形钻头(图7—41a))、牙轮组合钻头(图7—41b))、叶形钻头、球形钻头，可根据土质选用不同的钻头。

另外，国外还广泛采用全叶螺旋钻(图7—40c))，国内已试制成功。
这三种旋转钻切削下来的土，除全叶螺旋钻是通过连续螺旋叶片把土带出来排走以外，都是通过泥浆循环置换带走土渣。泥浆的置换可参见第八章‘‘地下连续墙施工”。
一般，旋转钻成孔法的施工顺序如图7—42。
普通旋转钻适用于较硬土层或软石中钻孔，成孔直径1m，孔深20m～30m。
全叶螺旋钻成孔直径一般为300mm左右，钻孔深度8m～12m，一般建筑基础均可用。
潜水电钻由于动力、减速机构与钻头紧密结合在一起，靠近切削部位，钻孔效率高，工作时噪音小，操作劳动条件也大为改善，且机械较前二种要轻便得多。钻孔直径450mm～800mm，最大钻孔深度达50m。