预应力混凝土管桩锤击法施工工艺设计工法

预应力混凝土管桩锤击法施工工艺工法

1 前言

1.1 工艺工法概况

预应力混凝土管桩是一种打入土中，长细比很大的管状细长构件，管桩的上部和承台（梁）联结组成桩基础。根据材料及结构的不同，该种构件主要包括：预应力混凝土管桩（PC管桩）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC管桩）及高强度预应力混凝土管桩（PHC管桩)三种。先法预应力管桩是采用先法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，其结构主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。

国管桩沉桩施工法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻法及中掘法等。

1.2 工艺原理

由柴油燃烧或液压驱动，使锤体中的活塞向上运动一定高度，然后自由落体，产生的冲击力作用到管桩桩顶，使管桩下沉，管桩下沉到一定深度，通过管桩桩身与围土体的摩阻力与桩尖的端阻力共同作用，以达到设计承载力的施工法。

2 工艺工法特点

2.1 预应力管桩能较好地适应各种软弱地址条件及荷载情况，具有承载力大、强度高、承压性能好、稳定性好、沉降值小等特点。

2.2预应力管桩施工灵活，并能采用机械化施工，大大提高了施工速度。

2.3 预应力混凝土管桩可较减轻自重，从而节省材料，增强其抗拉性能。采用工厂化预制，保证成品质量。

3 适用围

3.1 适用于一般黏性土及填土、淤泥和淤泥质土、粉土、非自重湿陷性黄土等土层中使用，大量应用于提高各种建筑的基础承载力。沿海地区，由于软弱土层

厚、持力层埋藏较深，不宜作为基础持力层，或地基中有暗沟、深坑、古河道等情况，更适合于采用预应力管桩作为建筑的桩基础。

3.2 建筑物荷载过大，地基软弱，地下水位较高而采用明挖基础沉降量过大，建筑物不允有较大沉降；建筑物外地面有大面积堆载，使软弱地基产生较大变形；或当基础可能有不均匀沉降而对建筑物造成危害。

4 主要技术标准

《铁路桥涵地基和基础设计规》（TB 10002.5）

《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB 10415)

《铁路桥涵施工规》(TB 10203)

《公路桥涵施工技术规》(JTG/T F50)

《铁路桥涵设计基本规》(TB 10002.1)

《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80-1)

5 施工法

桩机进场后就位，将预应力管桩安装在打桩架上，

待桩位及垂直度用架设在下面和侧面的经纬仪校正合格

后，即可将锤和桩帽压在管桩上，锤击打入管桩，同时

应在管桩的侧面或桩架上设置标尺并做好记录。待一根

插打到一定位置后接长管桩，循环以上步骤，直到达到

设计深度为止，即完成预应力管桩施工，见右图，打桩

机施工图1 。

图1 打桩施工图

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

预应力混凝土管桩施工工艺流程图（见图2）。

图2 预应力混凝土管桩施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 技术准备

1 组织技术人员熟悉图纸，确定沉桩数量、沉桩深度、熟悉地质资料，并根据地质状况确定沉桩法和选择沉桩机械。

2 作出桩位编号图，桩位施工顺序图、主要工艺操作过程的要求，对拟用原材料的质量证明文件进行鉴别认可，编制进度计划，指定保证施工质量的措施。

6.2.2 现场准备

1 沉桩前处理好高空、地下和地上障碍物和地下电缆、坟、沟、坑以及地下旧

有建筑，地下管网等。打桩机行走路线要平坦坚实，场地平整围一般为建筑物基础以外4～6m以的整个区域，地基承载力不小于100KPa。

2 抄平放线。首先采用光电测距仪和精密水准仪从测网控制点引入，放出建筑物的轴线，再以轴线控制桩定出基础的每个桩位（样桩），其偏差不得超过20mm。围至少设4个桩控制点，控制点离建筑物最少15m以上，以减轻受打桩振动和挤土效应对桩位准确性的影响。

3 进桩应尽量堆放在桩机前进向的右侧，一次就位，上下桩配套供应，堆放在坚实地上。运到现场的桩应该按要求进行质量复查，不符合标准的桩禁使用。

6.2.3试桩

为了选择合理的施工法和施工机具；决定桩的入土深度，使桩有足够的承载能力，为一系列沉桩施工提供准确的现场数据，使管桩施工满足设计要求，进行试桩。试桩过程中使用的各种测量仪器，在使用前应进行校验。

用坠锤、单打锤沉桩，记录每下沉1m的锤击数和全桩的总锤击数；最后加打5锤，记录桩的下沉量。算出每锤平均值，作为停到贯入度，单位以mm计。

用柴油锤、双动汽锤沉桩。记录每下沉1m的锤击时间和全桩的总锤击时间；在剩余1m左右时，记录每10cm的锤击时间，取最后10cm的每分钟平均值作为停到贯入值，单位以mm计。

6.2.4沉桩顺序

沉桩顺序应根据现场地形条件、土层情况、桩距大小、斜桩向、桩架移动的便等综合因素来确定，同时应考虑使桩入土深度相差不多，土壤均匀挤密。一般基坑不大时，打桩应从中间分向两边或边进行；当基坑较大时，应将基坑分为几段，而后在各段分别进行，沉桩应避免从边向中间进行，以免中间土壤被挤密，造成桩的贯入困难，在亚黏土和黏土地区应避免按一个向前进，使土向一边挤压，而使桩基产生不均匀沉降，当桩距大于4倍桩径时，可不受此顺序限制。如果在沉桩施工附近有建筑物或地下管线时，则沉桩顺序应背着被保护的建筑物向进行或采取跳打的法，以免沉桩时的挤土对其造成危害。

6.2.5沉桩施工

沉桩前应对桩架、桩锤、动力机械、压缩空气管路等主要设备进行检查，如有不妥立即改正处理或更换。开始沉桩应起锤轻压，或轻击数锤，观察桩身、桩

架、桩锤的垂直情况，待其一致后即可按要求进入正常沉桩，但在打桩过程中要解决好以下几个面的问题。

1 锤击沉锤应用适合桩头尺寸的桩帽和桩头衬垫。桩帽的作用是保持桩头正位，避免锤击应力集中和锤击偏心，使打桩时的打击应力得到缓冲和均匀分布，以延长撞击的持续时间和桩的贯入，桩帽在桩头上要套得松些，以使桩头能够转动，但也不要套的太松，以免影响桩帽、桩身和桩锤的轴线重合。

2 适宜的打桩衬垫既可以延长桩锤打在桩头的接触时间还可以增加打桩贯入力，也不会降低贯入度。当桩身较短，桩靴下阻力一般时，可用8～10 cm厚的木垫，当向很软的土层施打长桩时则应用15～20 cm厚的木垫，当木垫被打硬、烧坏或打破砸裂产生不平等情况，都应及时更换。对于每一根桩原则上都应该是各使用一个新垫。对极难打人的管桩，在同一根桩的沉桩过程中，也可适时地更换新垫。

3 打桩开始时，通过观测校进桩的竖直线或斜桩的规定倾斜度，打桩一开始就应保持好正确的垂直轴线，以避免桩头受偏打。建议采用固定式导杆，横轴线与导杆轴线脱离平行时，要立即纠正。除在打桩开始时，可在导杆支座处，垫进楔块以校正桩轴线之外，管桩一经打入地下后，就不能再从桩头上或从接近桩头处来校正桩的位置和向，以免使桩受到损害。要保证桩顶平面确实垂直桩身轴线，桩顶不得露出有钢绞线头或钢筋头，对于桩头的棱边和隅边，则要做出小斜角。打桩中要经常观察桩锤有无偏打和有无错位、衬垫有无不平、桩帽有无晃动，因为这些易引起桩头的破裂。

4 如果打桩开始时的土层阻力很小，则要降低桩锤的锤击速度。在预估的软土层中打桩时或在打出现容易进的情况之下，都应降低锤击速度，以免产生致裂拉应力。在施打长桩通过软土层时，降低锤速尤为有效；射水沉桩时，要避免在桩靴附近或桩靴下边射水，因为这将冲空桩靴底部或减弱阻力。对于多砂层沉桩来说，最好使用大型桩锤打下，而不宜采用射水与锤击并用的施工法。

5 每根桩一经开打原则上就不能中断，应连续直至打完。确定“停打”是一项重要的控制项目，应由施工技术负责人控制。因为打桩中断一定时间或桩的深度不够，桩土质将趋于密实，摩阻增大不利桩的贯入，同时可能导致桩被打坏。打桩的停打深度，原则上是要使桩靴贯入持力层(非岩层)2～3倍的桩径程度。

6 为了降低打桩应力，对于所需的打击能量，要使用重锤低打，而不是采用轻锤高打。应格控制各种桩锤的动能：用坠锤和单动汽锤，控制单动汽锤的落锤高度调整装置；用双动汽锤时，可少开汽阀降低汽压和进气量，以减少每分钟的锤击数；用柴油机桩锤时，可控制供油量以减少锤击能量。以后视桩的人土情况，逐渐加大冲击能量，至桩的入土深度和贯人度都符合设计要求时为止。坠锤落距原则上限在2 m以下，单动汽锤的落距原则上不大于0.6m。

6.2.6 斜桩作业

1 斜桩施工时，桩机下必须铺垫厚钢板。桩机履带应完全处在承垫钢板上，以补充地基承载力不足及保持桩机稳定；履带桩机前后液压支撑应支于承垫钢板上，防止桩机前后俯仰，减少沉桩时斜率变化。放桩位前，先按斜桩桩顶到地面的距离及斜桩向，计算样桩提前量，然后再放桩位。

2 斜桩的斜率控制，桩架上设置导向架，并确保桩身与导向架始终处于平行的状态。斜桩施工中，下节桩最为关键，在桩尖入土3～4 m之，应加强斜率监控，若发生垂直度和斜率变化，应及时修正；斜桩接桩时，上、下节桩应在同一轴心线上。桩起吊和插桩时，桩机导杆恢复垂直状态，能施工。

6.2.7 接桩作业

沉桩过程中一般都需要接桩。接桩应要求迅速，尽量缩短停打时间，如停打时间过长，则围土壤恢复使桩不易打入。桩头构造有多种形式，目前主要为法兰式桩头和焊接式桩头构造。法兰式桩头接桩时，将上下两节桩的法兰螺对好，并将上下两节桩的纵轴线对准，然后穿入螺栓，并对称地将螺帽逐步拧紧。待全部螺栓帽均拧紧并检查上下两节桩的纵轴线符合要求后，便可将螺帽点焊固接，然后在法兰盘上涂以防锈油漆或防锈沥青胶泥。法兰式桩头的优点是接桩迅速，操作便；但法兰式桩头构造复杂，用钢量较多，制造麻烦。焊接式桩头构造简单，用钢量较少，制造较便；缺点是用手工电弧焊时，操作较麻烦，费时稍长，但如果采用管状焊丝半自动电弧焊则接桩施工也很便。

6.2.7桩身破损探查法

1 灌水探查

向桩灌水，如水面迅速下降，说明桩壁或接头必有破损，当尚难查明位置和破损情况。

2 圆桶探查

可用木料或铁皮做成圆桶，吊入桩探查管桩壁的混凝土块被打坏处的钢筋向屈曲的情况及破损处的标高；并可探测桩水位及泥面的标高。

3 照明探测

仅用于管桩水面以上部位，自桩顶放入低压作业灯，并在等下安设45°斜面反射镜，从上面直接观察。

6.2.8 送桩

桩头仍须继续沉入时，则需送桩。送桩器应具有足够的强度和刚度，其长度为桩锤可能达到的最低标高与预计桩顶沉入的标高之差，再加上适当的余量。送桩器刚度宜尽量接近桩身刚度，且应考虑能尽量减小上拔时的阻力；送桩器应与管桩直径相适应，桩帽宜套人桩顶30～40cm。送桩时，送桩过程中，应确保桩锤、送桩器和桩身在同一中心轴线上。送桩后，很容易使桩平面位置产生偏差，尤其是送桩深度超深，桩的偏斜越大。故施工中必须保证“送桩杆，与桩身的纵向轴线保持一致。送桩达到深度后，“送桩杆”不要急于拔出，可先将“送桩杆”拔松动后，待相邻桩入土深度超过拟送桩深度，再将送桩杆拔出。

6.2.9 管桩填充法

1 填充透水性土

当设计要求在桩上面填充一段混凝土时，其下段垫层应先填充透水性土，可直接倒人填充。为避免在管相互卡住，倒入速度不宜过快，填充料最大粒径不能大于桩径的1/3。结合实填材料的数量来掌握填充高度，并用吊锤探查核对填充高度，防止超填，如超填可用吸泥机吸出。

2 填充混凝土

当桩无水，或桩经过封底处理将桩水清除干净以后，可用一般灌筑法填筑混凝土，灌注不宜过快，逐层插捣密实，要掌握预计数量和实际填筑数量基本相符。每根桩应一次灌完。仅在桩头部分填充混凝土时，可在桩悬吊底模，要求底模强度能承受灌筑混凝土时的荷载。

3 用水下混凝土填充可参照灌注水下混凝土法进行。

6.2.10 管桩插打次数控制

预应力混凝土管桩下沉打击次数宜按照下表控制。

表1 预应力混凝土管桩插打次数

7 劳动力组织

根据工程特点、现场施工需要，预应力混凝土管桩所需劳动力如下表2：

表2 预应力混凝土管桩所需劳动力

8

8.1 桩锤

8.1.1 桩锤的选择

1 冲击能。E≥250P

式中E——锤的一次冲击动能(N·m)

P——单桩的设计荷载(KN)

2 按桩重复核适用系数。K=(M+C)／W

式中K——锤的适用系数

M——锤重(锤的总重量)(kg)

C——桩重(包括送桩及桩帽、桩垫)(kg)

w——锤的一次冲击动能(kg·m)

算出的K值不宜大于下列数值：

对于单动汽锤及柴油打桩锤—5.0