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锤击预制方桩施工技术
张浩
摘要：筏板基础发生偏浮，或由于地基的大幅度沉降不均匀筏板发生断裂导致建筑物损坏坍塌。为防止上述情况发生，预先在筏板基础下打桩，来平衡筏板基础的偏浮和地基的大幅度不均匀沉降，混凝土预制方桩广泛应用于大面积筏板基础施工上。本文以胜芳净水厂及配水管网工程清水池打桩为例，简要说明一下打桩施工技术几项要点和可能出现的紧急情况、原因分析及预防措施
关键词：桩基；施工方法；原因分析；预防措施
Abstract: the occurrence of partial floating raft foundation, or because of foundation greatly uneven subsidence caused damage to buildings raft fracture collapse. In order to prevent the occurrence of piling in advance, the raft foundation, uneven settlement to balance the raft foundation is floating and foundation greatly, precast concrete square piles are widely used in the construction of large area of raft foundation. This paper takes Shengfang waterworks and water distribution pipe network project clean water tank pile as an example, a brief description of emergency, a pile construction technology key points and possible reason analysis and preventive measures
Keywords: pile foundation; construction method; reason analysis; preventive measures
1、工程概况
***市***净水厂清水池工程基础为长49.5米，宽41.5米，高450mm的筏板基础，其深度为4.8米。筏板基础下有143个抗浮桩锚固在筏板中，抗浮桩轴线横纵间距均为4.0米，桩顶标高为—4.70米，桩顶以下500mm为人工劈桩，劈桩后，将桩主筋弯折锚固在基础筏板内。

桩身配筋图
2、 施工准备
2.1、施工人员及有关组织准备
根据相应工程进度安排技术、测量人员，施工前编制安全技术交底及应急预案，对所有操作人员、进行安全教育和安全交底，明确施工中可能会遇到的突发危险状况及处理措施，保证施工操作人员的生命安全。
2.2、材料准备
本工程需准备预制钢筋混凝土方桩，从天津静海县运到施工现场运距55km，其规格、数量如下：
序号
预制桩编号
规格
长度（不含桩尖）
强度
数量
桩1
AZH-40-7B
400X400mm
7.0m
C30
284根
桩2
AZH-40-5B
400X400mm
5.0m
C30
2根

2.3、主要施工机具准备
主要施工机具配置计划：
序 号
设 备 名 称
数 量
1
反铲挖掘机
2（台）
2
自卸汽车
8（辆）

3
装载机
1（台）
4
打桩机
1（台）

3、施工方法 
3.1、工艺流程
测量放样桩→打桩机就位→喂桩→对中、调直→沉桩→送桩→检查验收→收锤移至下一桩位
3.2、施工方法 
（1）测量放样桩：由专职测量人员将施工图上的桩位通过轴线控制点逐个施放在打桩现场，在桩位中心点地面上打入一支Φ6长约30厘米的钢筋，使其露出地面5～8厘米，再在其上扎一条红布条，作为样桩。在当天计划打桩的几个桩位上，用白灰在样桩附近的地面上画上一个正方形与样桩重合、大小为400，以方便插桩对中。
（2）桩机就位：打桩机对准桩位，保证垂直稳定，在施工中不发生倾斜、移动。
（3）起吊预制桩：桩就位前，应在桩身上画出以米为单位的长度标记，并按从下到上的顺序标明长度，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。先拴好吊桩用的钢丝绳和索具，然后应用索具捆住桩上端吊环附近处，一般不宜超过30cm，再起动机器吊预制桩，先将桩头部分插入桩锤下面的桩帽内，再用人工扶住方桩下端将桩的桩尖在白灰圈内就位。桩就位以后“对中”和“调直”这两道工序对成桩质量起关键作用。“调直”一是要使桩身垂直；二是要使桩身、桩帽、桩锤的中心线重合。并按规范要求底桩起吊就位插入地面时桩身的垂直度偏差不大于0.5%，否则不得开锤。测量方桩桩身包括打桩架导杆的垂直度，可用两台经纬仪在离打桩机15米以外成正交方向进行观察，也可以在正交方向上设置两根吊砣垂线进行观察校正。每台打桩机应配备一把长条水准尺，可随时量测桩身的垂直度。
（4）稳桩：桩尖插入桩位后，先用较小的落距冷锤1～2次，桩入土一定深度，再使桩垂直稳定。10m以内短桩可目测或用线坠双向校正；10m以上或打接桩必须用线坠或经纬仪双向校正，不得用目测。桩插入时垂直度偏差不得起超过0.5%。桩在打入前，应在桩的侧面或桩架上设置标尺，以便在施工中观测、记录。
（5）打桩：桩开始锤击时落距应较小，桩入土一定深度待桩身稳定，桩尖不易偏斜后，再按要求的落距沉桩。用柴油锤时，应保证锤跳动正常。并随时检查桩和打桩架的垂直度，超过1%应及时调整。如桩已打斜，应尽量拔出桩身，查明原因，排除故障，以砂土回填后再进行施工。沉桩标准应按标高和贯入度控制相结合的原则，根据地质情况和设计要求综合确定。贯入度已达到而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于设计规定的数值。如果贯入度已达到确定的标准，但桩顶未达到设计标高时，应继续锤击，此时打桩采取“重锤低击”方式。
（6）送桩：当沉桩达不到设计高程时，而此时桩锤由于高度不足无法沉桩时，采用送桩器进行送桩，送桩时送桩器的心线应与桩身吻合一致，才能进行送桩。若桩顶不平，应用麻袋或厚纸垫平。送桩留下的孔应立即进行回填密实。
 （7）收锤：在停锤之前，施工人员要获得桩身最后十击贯入度及最后1米沉桩锤击数等各种沉桩信息，如果符合事先确定的停打控制条件，即可收锤停打。
（8） 检查验收：每根桩顶打至设计标高时，应进行中间验收。在控制时以桩顶设计标高来控制，符合设计要求后，填好施工记录。如发现桩位与要求相差较大时，应报告有关单位研究处理，然后移桩机到新桩位。
4、打桩过程中，可能遇到的紧急情况、原因分析及预防措施
4.1、桩身倾斜
（1） 现象：裸露在外的桩身垂直度发生偏差。
（2） 原因
1）施工场地不平或松软使柴油锤打桩机发生倾斜
2）插桩时，桩身就同地面不垂直，沉桩时，桩、桩帽、桩锤不在同一轴线上
3）桩顶和桩帽、桩帽和桩锤接触面不平，均会使桩受偏心锤击，导致桩身倾斜
（3预防措施
1）施工现场要求平整.对软地基要求地表铺设碎石，场地不平整度小于1%，柴油锤打桩机行走履带下要铺设钢板，打桩机底盘要保持水平
2）插桩时，用两台互为正交的经纬仪观察中心线的垂直度，垂直精度小于5‰），初沉阶段，若发现桩超过垂直度要求，需及时调整
3）预钻孔垂直度误差要小于1%
4）经常位查桩顶和桩帽，桩锤和桩帽接触面的平整，便桩处于中心受压状态沉人土中
4.2、桩顶破碎
（1）现象：在沉桩过程中，桩顶出现混凝土掉角、碎裂、坍塌甚至桩顶钢筋全部外露打坏。
（2）原因
1）设计时没有考虑到工程地质条件、施工机具等因素，混凝土设计强度偏低，或者桩顶钢筋网片不足，主筋距桩顶面距离过小。
2）桩预制时，混凝土配合比不良，施工控制不严，振捣不密实等。
3）混凝土养护时间短或养护措施不当，致使钢筋与混凝土在承受冲击荷载时，不能很好地协同工作，桩顶容易严重碎裂。
4）桩顶面不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层过厚。
5）桩顶与桩帽的接触面不平，桩沉入时不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶面局部受集中应力而破碎。
6）沉桩时，桩顶未加衬垫或衬垫已损坏未及时更换，使桩顶直接承受冲击荷载。
7）锤重选择不当。桩锤小，桩顶受打击次数过多，桩顶混凝土容易产生疲劳破坏而打碎，桩锤大，打击力过大，桩顶混凝土承受不了过大的打击力，也会发生碎裂。
（3）预防措施
1）桩制作时，要振捣密实，主筋不得超过第一层网片。桩成型后要严格加强养护，在达到设计强度后，宜有1～3个月的自然养护，以增加桩顶抗冲击能力。
2）应根据工程地质条件、桩断面尺寸及形状，合理地选择桩锤。
3）沉桩前应对桩构件进行检查，检查桩顶面有无凹凸情况，桩顶平面是否垂直于桩轴线，桩尖有否偏斜，对不符合规范要求的桩不宜采用或经过修补等处理后才能使用。
4）检查桩帽与桩的接触面处及替打木是否平整，如不平整应进行处理方能施工。
5）稳桩要垂直，桩顶要加衬垫，如衬垫失效或不符合要求要更换。
4.3、贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹
（1）现象：桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，当桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度逐渐增加或突然增大，同时在桩锤跳起后，桩身随之出现回弹现象，这时可能是桩身发生断裂。
（2）原因
1）桩节的细长比过大，沉入又遇到了较硬的土层。
2）桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入后桩身发生倾斜或弯曲。
3）桩入土后遇到大块坚硬的障碍物，把桩尖挤向一侧。
4）稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，再用走架方法校正，使桩身产生弯曲。
5）两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。
6）桩在反复长时间打击中，桩身受拉应力作用，当拉应力值大于混凝土抗拉强度桩身某处即产生横向裂纹，表面混凝土剥落，如拉应力过大，钢筋超过流限，桩即断裂。
7）制作桩的混凝土强度不够。桩在堆放、吊运过程中产生裂纹或断裂未被发现。
（3）预防措施
1）施工前应对桩位下的障碍清理干净，必要时对每个桩位用钎探探测。对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定（L/1000且≤20mm）或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。一节桩的细长比不宜过大，一般不宜超过40。
2）在稳桩过程中，如发现桩不垂直应及时纠正，桩打入一定深度后发生严重倾斜时，不宜采用移架方法来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行。
3）桩在堆放、吊运过程中，应严格按照有关规定执行，发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用。
4.4、桩顶位移或上升涌起
（1）现象：在沉桩过程中，相邻的桩产生横向位移或桩身上浮。
（2）原因
1）桩入土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
2）两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。
3）桩数较多，土壤饱和密实，桩间距较小，在沉桩时土被挤到极限密实度而向上隆起，相邻的桩被浮起。
4）在软土地基施工较密集的群桩时，由于沉桩引起孔隙水压力把相邻的桩推向一侧或浮起。
（3）预防措施
1）清理障碍，及时纠正。
2）采用井点降水、砂井或盲沟等降水或排水措施。
3）沉桩期间不得同时开挖基坑，需待沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖，相隔时间应视具体土质条件、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙压力消散情况来确定，一般宜两周左右。
4.5、沉桩达不到设计要示求
（1）现象：桩设计时是以最终贯入度和最终桩长为施工的最终控制。一般情况下，以一种控制标准为主，以另一种控制标准为参考。有时沉桩达不到设计的最终控制要求。
（2）原因分析
1）探测点不够或勘察资料粗，对工程地质情况不明，尤其是持力层的起伏标高不明，致使设计考虑持力层或选择桩有误，也有时因为设计要求过严，超过施工机械能力或桩身混凝土强度。
2）勘察工作是以点带面，对局部硬夹层、软夹层不可能全部了解清楚，尤其在复杂的工程地质条件下，还有地下障碍物，如大块石头、混凝土块等。打桩施工遇到这种情况就会达不到设计要求的施工控制标准。
3）以新近代砂层为持力层时，由于其结构不稳定，同一层土的强度差异很大，桩打入该层时，进入持力层较深才能得出贯入度，但群桩施工时，砂层越挤越密，最终则会有沉不下的现象。
4）桩锤选择太小或太大，使桩沉不到或超过设计要求的控制标高。
5）桩顶打碎或桩身打断，致使桩不能继续打入。
（3）预防措施
1）详细探明工程地质情况，必要时应补勘。正确选择持力层或标高。根据工程地质条件、桩断面及自重，合理选择施工机械、施工方法及打桩顺序。
2）防止桩顶打碎或桩身断裂。
5、桩基施工技术措施
5.1、小心起吊，防止开裂
因为预制方桩桩身长细比大，桩身重，又没有预加应力，桩身抗裂弯矩和极限弯矩小，桩身混凝土强度低，因此，方桩必须按设计的吊点进行两点吊或多点吊。预制方桩严禁拖运。喂桩方法的正确与否也是保护桩身不开裂的关键所在。为了在喂桩时能自由转动直立的桩身，打桩工人往往用铁板做成一个“大板手”，扳手的钳口做成四方形，内口比桩边长大20mm左右，钳口外配一个大手柄，当钳口钳住桩身后，推动手柄，垂直的桩身就能左右转动，方便对中就位。
5.2合理选锤，重锤低击
桩锤的选择和正确使用也对预制方桩顺利不沉及桩身完好有密切的关系。锤击过程中要遵循“重锤低击”的原则。
5.3、桩帽结构要合理，垫层厚度要保证
桩帽是套在桩头上，起传递锤击力、固定和保护桩头的作用，所以桩帽结构要牢固，耐打性要好。桩帽一般用钢板焊接而成，顶板应是一厚度为6-8cm的钢板。桩帽的横截面，做成圆形，抗锤击性能比其他形状的要高，且圆形截面可使方桩自由转动，不会卡坏发生扭转的桩身。桩帽的尺寸应与桩头配合，套桩用的筒体深度宜取400mm左右，过深易磕坏桩头混凝土，过浅易造成桩头脱离桩帽而发生倾倒桩身的事故。筒体内径比方桩横截面的对角线长度大20-30mm为宜，过大打桩时易发生偏心锤击，过小则喂桩困难。桩帽上的锤垫选用150-200mm的竖纹硬木或盘圆层叠的旧铁芯钢丝绳，防止桩头被击碎。
 桩帽与桩头之间设置弹性衬垫，采用麻袋、硬纸袋、水泥纸袋、胶合板等材料制作，软硬要适度，压实后的厚度保持在120-150mm，打桩期间要经常检查，经常更换或补充。这是一种行之有效的防止桩头被击碎、提高预制桩贯入能力的打桩技术措施。
5.4、桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合、力戒偏打
  打直桩时要求桩身自始自终保持垂直，并且使桩锤、桩帽和桩身的中心线保持在同一铅垂线上，以保证成桩的垂直度，同时也是防止预制桩桩顶受偏心锤击而破碎的一条重要施工技术措施。
5.5、在较厚的粘土、粉质粘土层中每根桩要连续施打，中间停歇时间不可太久
在这类土中打桩，桩周土体结构迅速破坏，桩身贯入相当容易，但一旦停下来，桩周土体迅速固结，停歇时间越长，固结力越大，再打时，需要增加许多锤击数或根本打不动，硬打易把桩头或桩身打碎。
5.6、收锤标准要适当
当预制方桩桩顶被打至设计标高时，就要考虑终止锤击的问题。在停锤之前，施工人员一般需要测得桩顶标高。
6、施工过程中的部分技术处理
锤击沉桩应采用与桩和锤相适应的弹性衬垫。用送桩沉桩时，桩与送桩的纵轴线应保持在同一直线上。送桩紧接桩顶部分，应有保护桩顶的装置。安装送桩前，应截去桩头损坏部分，桩顶不平时应修切或修垫（平整。
锤击沉桩开始时应用较低落距，并在两个方向观察其垂直度；当人士达到一定深度，确认方向无误后，再按规定的落距锤击。坠锤落距不宜大于2m;单打汽锤落距不大于1m;柴油锤应使锤芯冲程正常。
钢筋混凝土桩、预直力混凝土桩，在预汁或有迹象进入软土层时，应改用较低落距锤击；当落锤高度已达到规定最大值，每击贯人度小于或等于2mm时，应立即停锤。但沉锤深度还未达设计要求时，应查明原因，采用换锤或辅以射水等措施。
桩尖位于硬塑及半干硬状态的黏性土、碎石士、中密状态以上的砂类土或风化岩层上时，根据贯入度的变化和工程地质资料，经与有关单位会商，确认桩尖已沉人设计土层，贯人度符合要求时，可以停锤。当设计考虑硬层有冲刷时，应采取措施使桩尖达到设计高程。
桩尖设计位于一般土层时，以桩尖设计高程控制为主，贯人度为辅。当达到设计高程，但贯入度与试桩所确定的最终贯入度相比，或与地质资料对比有出入时，应与设计部门研究停锤控制标准。
参考文献
《建筑地基设计规范GB50007—2002》；
《建筑桩基技术规范JGJ94—2008》；
《04G361预制钢筋混凝土方桩》；