沉管灌注桩技术资料.docx
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沉管灌注桩技术资料
1 概述
1.1 沉管灌注桩的原理及类型
沉管灌注桩是采用振动沉管桩机或锤击沉管桩机等将带有封口桩尖的桩管直接打入地层至设计深度成孔，然后放入钢筋笼，边浇筑混凝土边拔出桩管而形成的混凝土灌注桩。
沉管灌注桩按沉管机具和方法不同，可分为振动沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩和振动冲击沉管灌注桩。
这里主要介绍前两种施工方法。
1.2 沉管灌注桩的特点
（1）施工设备简单，成桩速度快，工期短；
（2）孔形圆整性好，成桩质量高，超径系数小，节省材料；
（3）不用冲洗液，无泥浆排放问题，现场整洁；
（4）对地层和环境有挤土和振动影响；
（5）在软土中成桩易于产生缩颈缺陷。
1.3沉管灌注桩的适用范围
振动沉管灌注桩的桩径一般为270mm～400mm，最大桩长为20m。
锤击沉管灌注桩的桩径一般为300mm～500mm，最大桩长为24m。
沉管灌注桩适用于一般粘性土、粉土、淤泥质土、松散至中密的砂土及人工填土层。
不宜用于标准贯入击数N值大于12的砂土和N值大于15的粘性土以及碎石土。
在厚度较大的高流塑淤泥层中不宜采用桩径小于340mm的沉管灌注桩。
2.施工机械与设备
2.1振动沉管打桩机
振动沉管打桩机由桩架、振动沉拔桩锤、卷扬机、行走机构等部件组成（图8-4-1）。
2.1.1 桩架
桩架由立杆、撑杆、底盘等部件组成。
由于沉管灌注桩的施工必须用整根的桩管，而桩管的长度又必须大于孔深；所以桩架的立杆高度必须大于桩管的长度加上桩锤的高度。
桩长越大桩架越高，这是沉管灌注桩施工的特点。
为了保持桩架的稳定，振动沉管打桩机都有较大的底盘。
桩架上设有三台卷扬机，一台用于提升桩锤和桩管，一台用于沉管时对桩管加压，另一台为提升混凝土料斗用。
振动沉管打桩机的行走方式有滚管式、轨道式和步履式三种。
常用桩架的技术性能见表8-4-1。
2.1.2 振动沉拔桩锤
振动沉拔桩锤具有沉桩和拔桩双重作用。
振动沉拔桩锤按动力不同可分电动沉拔桩锤和液压沉拔桩锤。
常用的电动沉拔桩锤均为偏心振动机构，有高频、中频、低频、加压、可调偏心力矩及双锤联动等类型，功率7.5kW～150kW，激振力55kN～1354kN，规格众多（图8-4-2）。
施工时根据地层条件、沉管深度和桩管直径选择振动桩锤和与之配套的桩架。
表8-4-2中列出了不同激振力振动桩锤的适用范围。
部分国产电动振动桩锤的型号、规格及技术性能见表8-4-3。
液压振动沉拔桩锤目前国内很少生产，国外的产品德国和法国的比较多，详见表8-4-4。
图8-4-2振动沉拔桩锤
图8-4-1振动沉管桩机
表8-4-1桩架型号及技术性能表
型号
项目
ZJ40J
轨道式
ZJ60J
轨道式
J-40
轨道式
ZDJG40
轨道式
DJB18
步履式
DJB40
步履式
DJB25
步履式
DJB60
步履式
沉桩最大长度（m）
18
25
15
21.5
16
22
20
26
沉桩最大直径（mm）
400
500
273~325
325
350
500
500
500
最大加压力（kN）
120
200
50
80
78
150
最大拔桩力（kN）
150
250
300
250
120
300
250
350
导杆前倾最大角度（°）
10
10
5
5
18.5
5
9
导杆后倾最大角度（°）
5
5
5
5
0
5
3
桩架质量（t）
18.0
26.5
32.0
44.5
28.0
45
30
60
外形尺寸
（工作尺寸）
长（m）
11
11
9.5
8.5
8.0
9.8
13.5
宽（m）
10
12
4.5
4.5
4.5
7.0
6.1
高（m）
24
30
23.5
22
18.5
24.5
35.0
生产厂家
瑞安建机厂
北京桩机厂
湖南桩机厂
兰州建筑机械厂
8-4-2振动沉管桩选用振动锤的激振范围
振动锤激振力
（kN）
桩管沉入深度
（m）
桩管外径
（mm）
桩管壁厚
（mm）
70~80
8~10
220~273
6~8
100~150
10~15
273~325
7~10
150~200
15~20
325
10~12.5
400
20~24
370
12.5~15
2.2 锤击沉管打桩机
锤击沉管打桩机由桩架、桩锤、卷扬机、行走机构等部件组成。
桩架的结构形式和技术性能与振动沉管打桩机的桩架基本相同。
桩锤按动力和工作方式不同，可分为单动气锤、双动气锤、柴油打桩锤、电动落锤、柴油机落锤等类型；按桩锤质量不同，可分为小型桩锤、中型桩锤和大型桩锤。
其中气锤可用蒸气作动力，也可用压缩空气作动力。
落锤是一种用卷扬机提起后，自由下落打击桩头的简易桩锤。
锤击沉管常用的桩锤如下：
（1）小型桩锤：
一般采用电动落锤和柴油机落锤，桩锤质量0.75t～1.5t，落锤高度1.0m～2.0m。
最大适用桩径320mm，适用桩长10m～15m。
（2）中型桩锤：
一般采用电动落锤和单作用气锤，桩锤质量2.0t～3.0t；前者落锤高度1.0m～2.0m，后者落锤高度0.5m～0.6m，。
最大适用桩径400mm，适用桩长13～18m。
（3）大型桩锤：
一般采用柴油锤和柴油机落锤，前者落锤高度2.5m，后者落锤高度1.0m～2.0m。
柴油锤冲击部分质量为4.5t，总质量5.0t～7.0t；柴油机落锤质量为7.0t。
选择桩锤时可用下列公式复核：
（8-4-1）
式中 K——适用系数：
双动气锤、柴油锤K≤5，单动气锤K≤3.5，落锤K≤2；
M——锤重（t）；
C——桩管重（包括桩帽与桩垫）（t）；
E——桩锤的一次冲击动能（t·m）
表8-4-3电动振动沉拔桩锤型号及技术性能表
生产厂家
型号
电机功率（kW）
激振力
（kN）
允许
加压力
（kN）
允许
拔桩力（kN）
桩锤质量
（t）
浙江瑞安长虹桩机制造厂
DZ45KS
22×2
270
100
130
3.70
DZ60KS
30×2
360
120
200
4.50
DZ75KS
37×2
440
140
200
5.20
DZ90KS
45×2
520
180
300
6.05
浙江瑞安
建机厂
DZ30
30
160/210
80
120
2.92
DZ37
37
230/260
80
120
3.38
DZ55
55
280/350
100
150
4.84
上海工程机械厂
DZ40A
90
400/550
260
4.9/6.2
DZ60
90
410/680
260
6.67
兰州建筑通用机械厂
DZ30
30
157/231
160
1.86
DZ45
45
281/340/370
200
3.456
DZ60
60
405/486
250
4.492
DZ90
90
450/541/677
300
5.864
DZ120
120
669
400
8.82
DZ150
150
812/1080/1354
500
9.34
北京桩机厂
DZ-8000
90
400
80
4.80
CH20
55
230
100
3.50
桂林建机厂
DZF-30Y
30
130~190
80
100
DZF-40Y
40
148~256
80
100
3.40
湖南桩机厂
DZG-37K
37
191.6
78
120
4.703
DZG-45K
45
239
98
160
4.800
DZG-75K
75
428
150
300
6.725
表8-4-4液压振动沉拔桩锤型号及技术性能表
型号
振动锤功率（kW）
激振力
（kN）
加桩器夹持力
（kN）
桩锤质量
（t）
工作压力（MPa）
生产厂家
5-17型
170
450
0.98
17.5
法国
PAJOT公司
13-40型
400
450
2.10
30.0
22-62型
620
800
5.40
31.0
26-80型
800
1100
5.40
30.0
HVB2001
67
225/160
1.00
35.0
德国TUNKERS公司
HVB4002
162
350/400
2.50
35.0~40.0
HVB6002
243
500/600
3.60
35.0~40.0
2.3 桩管、桩尖
（1）桩管
一般采用无缝钢管，桩管规格常见的有φ377mm、φ325mm、φ273mm三种。
桩管的表面应刻有醒目的标尺，以便施工中进行入土深度的观测。
（2）桩尖
桩尖一般采用钢筋混凝土预制桩尖或活瓣桩尖（图8-4-3）。
当用钢筋混凝土预制桩尖时，桩管底部需用钢板加厚，以增加管底与混凝土桩尖台阶的接触面积，减轻桩尖在激振力作用下的破损程度。
混凝土桩尖的强度等级应不低于C30，桩尖外径应比设计桩径大20mm，长500mm～700mm,锥尖角度45°～60°；用于坚硬土层中施工的桩尖，还需用钢板加固。
一般情况下不宜采用活瓣桩尖；如果采用，活瓣桩尖应有足够的强度，其尖端应在桩管的中轴线上；活瓣张闭应灵活，活瓣间不得有较大的缝隙，否则易造成质量问题。
图8-4-3沉管灌注桩桩尖
3施工工艺
沉管灌注桩施工有振动和锤击两种沉拔管方法；按成桩方式不同，有单打（振）法、复打（振）法和反插法三种方法。
单打法是最常用、最基本的成桩方法，复打法和反插法只在地质条件特殊或要求提高承载力的情况下采用。
3.1 单打法
单打法适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。
单打法的施工工艺流程为：
桩管就位→振动（锤击）沉管→灌注混凝土→下设钢筋笼或插筋→拔管→成桩。
（见图8-4-4）
3.1.1桩管就位
当采用钢筋混凝土桩尖时，将桩管对准预先埋设在桩位上的预制混凝土桩尖，套压在桩尖的环形台阶上；在桩管与桩尖接触部位缠绕麻绳或其它材料，以防桩尖损坏和地下水进入管内。
当使用活瓣桩尖时，沉管就位前先将活瓣桩尖收拢并捆绑好；桩尖对准桩位，利用桩管自重和桩机的加压装置将桩尖压入土中。
桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。
校正桩管垂直度（偏斜不超过0.5%）后即可进行沉管作业。
当采用锤击法沉管时，一般不宜采用活瓣桩尖。
3.1.2 沉管
（1）沉管施工要求
桩管开始沉入土中时，应保持位置正确，如有偏斜应立即纠正。
桩尖入土时如有损坏，应将桩管拔出，用土或砂填实，另换新的重新打入。
在沉管过程中地下水或泥土可能进入桩管时，可在桩管内先灌入高1.5m左右的封底混凝土，再开始下沉。
使用预制混凝土桩尖时，沉管过程中禁止上提桩管，以防桩管与桩尖脱离，地下水或泥土进入桩管，影响成桩质量。
沉管深度的控制应根据地质条件、贯入度和设计桩长综合确定，并应符合下列规定：
①纯摩擦桩以设计桩长为主，贯入度为辅；
②摩擦端承桩及端承摩擦桩以贯入度和设计桩长同时控制；
③纯端承桩应以贯入度为主，设计桩长为辅。
（2）振动沉管操作要点
①首先采用静压沉管。
当静压沉管不能下沉时，再启动振动器，边振动边加压沉管。
振动沉管时可收紧钢丝绳加压，或用配重加压，以提高沉管效率。
收紧钢丝绳加压时，应注意防止抬起桩架发生事故。
②沉管时应根据地层情况调整振动器的频率，使其接近土体的共振频率，以求得最快的沉管速度。
③振动沉管贯入度的控制：
最后一次抬空持续20s时的贯入度应小于20mm。
必须严格控制最后两个两分钟的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩结果和当地长期的施工经验确定。
测量贯入速度时应使配重及电源电压保持正常。
④必须根据设计要求和试桩结果严格控制最后30s的电流、电压值。
（3）锤击沉管操作要点
①在检查桩管垂直度和与桩尖的同轴度后，先低锤轻击桩管；在入土一定深度，桩管稳定后再正式锤击，直至将桩管打至设计标高或要求的贯入度。
②沉桩全过程必须有专职的记录员做好施工记录，每根桩的施工记录均应包括每米的锤击数和最后一米的锤击数。
准确测量最后三阵10击的贯入度及落锤高度。
③锤击沉管桩最后两阵10击贯入度的控制标准应根据试桩结果和当地的长期施工经验确定。
④测量沉管的贯入度应在下列条件下进行：
a.桩尖未破坏；b.锤击无偏心；c.锤的落距符合规定；d.桩帽和垫层正常；e.用气锤时气压力符合规定。
3.1.3 灌注混凝土
沉管至设计标高或要求的贯入度后，应立即灌注混凝土，尽量减少间隔时间。
灌注混凝土之前必须用吊锤检查桩管内有无吞桩尖和进泥、进水；接着用吊斗将混凝土从桩管进料口灌入桩管内。
灌注时应逐渐由加料口倒入，使管内空气能够排出，避免因加料过猛形成气襄。
每次灌注混凝土时应尽量多灌。
用长桩管打短桩时，混凝土应一次灌足；打长桩时，应分次灌注，第一次应灌满，并保证桩管内始终有高度2m以上的混凝土。
当桩身配有钢筋时，混凝土的坍落度宜为8cm～100cm；素混凝土桩的坍落度宜采用6cm～8cm。
骨料粒径不宜大于30mm。
单打法成桩的混凝土充盈系数应不小于1.0，对于混凝土充盈系数小于1.0的桩，宜全长复打。
灌注混凝土过程中，应设专人制作和保养混凝土试块。
试块数量：
5～9桩的群桩承台应取一组，多于9桩的承台取2组，少于5桩的承台按排桩规定取；排桩应每隔10～15根桩取一组或每台班取一组。
3.1.4 拔管
（1）拔管施工要求
第一次拔管高度应以能容纳第二次所需要灌入的混凝土量为限，不宜拔得过高。
在拔管过程中应设专人用测锤检查管内混凝土的下降情况，在测得混凝土确已流出桩管后，才能继续拔管。
拔管过程中振动或锤击不得中断，桩管内至少有2m高的混凝土。
（2）振动拔管操作要点
当混凝土灌满桩管后，先振动5s～10s，再开始拔管；边振边拔，边补灌混凝土。
每拔0.5m~1.0m停止拔管，振动5s～10s后再继续拔管。
如此反复，直至桩管全部拔出。
在一般土层内，拔管速度宜为1.2m/min～1.5m/min；在软弱土层中，拔管速度宜为0.6m/min～0.8m/min。
用活瓣桩尖时拔管宜慢，用预制桩尖时可适当加快拔管速度。
（3）锤击拔管操作要点
①当混凝土灌满桩管后，便可边锤击边拔管，同时补灌混凝土，至直桩管全部拔出。
②拔管速度要均匀，对一般土层以不大于1m/min为宜，在软弱土层及软硬土层交界处，应控制在0.3m/min～0.8m/min范围内。
③采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min；自由落锤轻击（小落距锤击）不得少于40次/min。
在管底未拔出桩顶设计标高之前，倒打和轻打不能中断。
3.2 反插法
采用反插法时，桩管灌满混凝土后，先振动再拔管，边振边拔，每次拔管高度0.5m～1.0m，再振动下沉0.3m~0.5m，如此反复，直至全部拔出沉桩管（图8-4-5）。
在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1.0m～1.5m以上；拔管速度应小于0.5m/min,反插深度不宜大于每次拔管高度的3/5。
反插法宜在饱和土层中采用。
反插的作用在于增加混凝土的密实度及扩大桩的局部断面，从而提高桩的承载力；但混凝土耗量较大。
采用反插法应注意如下事项：
①在桩端以上的1.5m范围内应多次反插，反插次数不宜少于5次。
②桩身反插范围及反插次数应根据地层条件，通过试桩确定。
③穿过淤泥夹层时，应当放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度；在流动性淤泥中不宜使用反插法。
3.3 复打法
复打法施工等于两次单打，即在单打拔出沉桩管后，在原桩位再次沉管至设计孔深，再次灌注混凝土，并按单打法拔管（图8-4-6）。
复打前先重新捆绑桩尖或第二次安放桩尖，复打施工过程与单打法相同。
用复打法能扩大桩径，提高桩的承载力。
处理充盈系数小于1.0的桩时，应采用全复打。
处理断桩、缩颈可采用局部复打的办法，复打深度必须超过断桩或缩颈段1.0m以上。
复打法在淤泥层中的扩孔效果较好，在密实砂土层中的扩孔效果较差。
采用复打法时应注意下列事项：
①第一次灌注混凝土应达到自然地面。
②随拔管随清除粘在管壁上和散落在地面的泥土。
③前后二次沉管的轴线应重合。
④复打施工必须在第一次灌注混凝土初凝之前完成。
⑤当沉管桩设计有钢筋笼时，钢筋笼应在最后一次复打到桩底时放置。
3.4 安装钢筋笼
当桩身配置钢筋笼时，第一次灌注的混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼（钢筋笼长度不大于4.5m），再灌注混凝土至设计标高。
为保证钢筋笼在桩内的保护层厚度满足设计要求，钢筋笼制作时，在钢筋笼的外测加焊导向筋（见本章第七节钢筋笼制作）。
放入钢筋笼有四种方法：
1在混凝土进料口上方的桩管上留有长槽，钢筋笼从长槽中插入；
2卸下振动器，从桩管上口插入钢筋笼；
3振动器的两根偏心轴分别由两台电动机带动，振动器中间有大通孔，从振动器上方插入；
4拔管排水后从桩管底部插入。
3.5 施工顺序
排桩基础应由中间向外打，或向后退打。
群桩基础应制定不影响邻桩质量的技术措施，每一承台的桩应在混凝土初凝之前施工完毕。
为了防止打入桩管时的挤土作用影邻桩的质量，当桩的中心距小于桩管外径的3.5倍时，单桩的沉管作业必须在邻桩混凝土初凝前完成；否则应采取间隔跳打的方法进行施工，中间桩需待邻桩混凝土强度达到设计强度的50%以后方可施工。
桩机移位时不得压桩。
图8-4-4单打法施工程序图
a.桩管就位 b.沉管 c.下设钢筋笼 d.灌注混凝土 e.拔管
图8-4-5反插法施工程序图
a.桩管就位 b.沉管 c.下设钢筋笼 d.灌注混凝土 e.拔管和反插 f.桩管排出
图8-4-6复打法施工程序图
a.桩管就位 b.沉管、灌注混凝土 c.拔管重置桩尖 d.复打
e.下设钢筋笼 f.再次灌注混凝土 g.再次拔管
4 常见质量事故及预防
沉管灌注桩常见的质量事故的发生原因及其预防措施见表8-4-5。
表8-4-5沉管灌注桩常见质量事故的预防措施
名称
事故原因
预防措施
桩身
缩径
1.含水量高的淤泥质软土层在沉管时受到振动、挤压后，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后作用到新浇筑的混凝土桩身上；
2.拔管过快，孔隙水压力来不及扩散；
3.桩管内的混凝土过少，混凝土自重压力不够。
4.混凝土的和易性不好。
1.控制拔管速度，采用反插法施工；
2.拔管时多灌混凝土，管内的混凝土面始终高于地面，或高于地下水位1.5m以上；3.控制混凝土坍落度在8.0cm~10cm范围内。
断桩
1.桩距过小，混凝土终凝不久，强度不高，临桩沉管时受到振动和挤压造成断桩；
2.打长桩时混凝土加料不及时，桩管拔离混凝土面，使孔壁的泥土塌入孔内造成断桩；
3.地下水位过高，桩管与桩尖之间封底不当，使地下水进入桩管，造成混凝土严重离析，使桩身失去整体性而造成断桩。
1.桩距大于3.5倍桩径，或采用跳打加大桩的施工间距；
2.在邻桩混凝土终凝之前，将影响范围内的桩施工完毕；
3.随时监测管内混凝土面深度，严格控制拔管速度和拔管时间，防止拔离混凝土；
4.合理安排桩机的行走路线；
5.混凝土面高于地下水位1.5m左右，防止地下水进入桩管；
6.在沉管过程中防止桩尖与桩管脱离或离开孔底，并灌入1m高混凝土封底。
悬桩（吊脚桩）
1.混凝土桩尖强度不够，被打碎进入桩管，水和泥土挤进桩管，与灌入的混凝土混合而成松散软弱层；
2.在使用活瓣桩尖时，沉管到底后被周围土体包裹而打不开，或拔至一定高度时才打开，而此时孔底部已被孔壁回落的泥土填塞而形成悬桩；
3.封底混凝土高度不足以抵抗地下水的侵入，而使混凝土离析造成悬桩。
1.严格控制和检查混凝土桩尖的强度；
2.沉管时用吊铊检查桩尖是否缩入管内；如果是，及时拔出更换新的桩尖，或将桩孔回填，重新沉管；
3.在地下水位较高的地层施工时，尽量不采用活瓣桩尖，而使用混凝土预制桩尖；
4.增加桩管内混凝土量，使桩管内混凝土高于地下水位2.0m以上。
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