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1、預應力混凝土管樁錘擊法施工工藝工法1 前言1.1 工藝工法概況預應力混凝土管樁是一種打入土中，長細比很大的管狀細長構件，管樁的上部和承臺（梁）聯結組成樁基礎。根據材料及結構的不同，該種構件主要包括：預應力混凝土管樁（PC管樁）、預應力混凝土薄壁管樁（PTC管樁）及高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁)三種。先張法預應力管樁是采用先張法預應力工藝和離心成型法制成的一種空心筒體細長混凝土預制構件，其結構主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。國內管樁沉樁施工方法有：錘擊法、靜壓法、震動法、射水法、預鉆孔法及中掘法等。1.2 工藝原理由柴油燃燒或液壓驅動，使錘體中的活塞向上運動一定高度，然后自由落體，2、產生的沖擊力作用到管樁樁頂，使管樁下沉，管樁下沉到一定深度，通過管樁樁身與周圍土體的摩阻力與樁尖的端阻力共同作用，以達到設計承載力的施工方法。2 工藝工法特點2.1 預應力管樁能較好地適應各種軟弱地址條件及荷載情況，具有承載力大、強度高、承壓性能好、穩定性好、沉降值小等特點。2.2預應力管樁施工靈活，并能采用機械化施工，大大提高了施工速度。2.3 預應力混凝土管樁可較大地減輕自重，從而節省材料，增強其抗拉性能。采用工廠化預制，保證成品質量。3 適用范圍3.1 適用于一般黏性土及填土、淤泥和淤泥質土、粉土、非自重濕陷性黃土等土層中使用，大量應用于提高各種建筑的基礎承載力。沿海地區，由于軟弱土層厚3、持力層埋藏較深，不宜作為基礎持力層，或地基中有暗溝、深坑、古河道等情況，更適合于采用預應力管樁作為建筑的樁基礎。3.2 建筑物荷載過大，地基軟弱，地下水位較高而采用明挖基礎沉降量過大，建筑物不允許有較大沉降；建筑物內外地面有大面積堆載，使軟弱地基產生較大變形；或當基礎可能有不均勻沉降而對建筑物造成危害。4 主要技術標準鐵路橋涵地基和基礎設計規范（TB 10002.5）鐵路橋涵工程施工質量驗收標準(TB 10415)鐵路橋涵施工規范(TB 10203)公路橋涵施工技術規范(JTG/T F50)鐵路橋涵設計基本規范(TB 10002.1)公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80-1)5 施工方法樁4、機進場后就位，將預應力管樁安裝在打樁架上，待樁位及垂直度用架設在下面和側面的經緯儀校正合格后，即可將錘和樁帽壓在管樁上，錘擊打入管樁，同時應在管樁的側面或樁架上設置標尺并做好記錄。待一根插打到一定位置后接長管樁，循環以上步驟，直到達到設計深度為止，即完成預應力管樁施工，見右圖，打樁機施工圖1 。 圖1 打樁施工圖6 工藝流程及操作要點6.1 施工工藝流程預應力混凝土管樁施工工藝流程圖（見圖2）。試 樁施工準備樁位放樣動載、靜載水平荷載試驗機械進場安裝樁訂購、進場接 樁掌握停打標準沉樁樁機移動就位決定樁的入土深度及樁機選擇吊裝喂 樁插樁、觀測垂直度送樁做好觀測記錄整理資料樁機移位圖2 預應力混凝5、土管樁施工工藝流程圖6.2 操作要點 技術準備1 組織技術人員熟悉圖紙，確定沉樁數量、沉樁深度、熟悉地質資料，并根據地質狀況確定沉樁方法和選擇沉樁機械。2 作出樁位編號圖，樁位施工順序圖、主要工藝操作過程的要求，對擬用原材料的質量證明文件進行鑒別認可，編制進度計劃，指定保證施工質量的措施。 現場準備1 沉樁前處理好高空、地下和地上障礙物和地下電纜、墳、溝、坑以及地下舊有建筑，地下管網等。打樁機行走路線要平坦堅實，場地平整范圍一般為建筑物基礎以外46m以內的整個區域，地基承載力不小于100KPa。2 抄平放線。首先采用光電測距儀和精密水準儀從測網控制點引入，放出建筑物的軸線，再以軸線控制樁定出基6、礎的每個樁位（樣樁），其偏差不得超過20mm。周圍至少設4個樁控制點，控制點離建筑物最少15m以上，以減輕受打樁振動和擠土效應對樁位準確性的影響。3 進樁應盡量堆放在樁機前進方向的右側，一次就位，上下樁配套供應，堆放在堅實地上。運到現場的樁應該按要求進行質量復查，不符合標準的樁嚴禁使用。試 樁為了選擇合理的施工方法和施工機具；決定樁的入土深度，使樁有足夠的承載能力，為一系列沉樁施工提供準確的現場數據，使管樁施工滿足設計要求，進行試樁。試樁過程中使用的各種測量儀器，在使用前應進行校驗。用墜錘、單打錘沉樁，記錄每下沉1m的錘擊數和全樁的總錘擊數；最后加打5錘，記錄樁的下沉量。算出每錘平均值 ，作為7、停到貫入度，單位以mm計。用柴油錘、雙動汽錘沉樁。記錄每下沉1m的錘擊時間和全樁的總錘擊時間；在剩余1m左右時，記錄每10cm的錘擊時間，取最后10cm的每分鐘平均值作為停到貫入值，單位以mm計。沉樁順序沉樁順序應根據現場地形條件、土層情況、樁距大小、斜樁方向、樁架移動的方便等綜合因素來確定，同時應考慮使樁入土深度相差不多，土壤均勻擠密。一般基坑不大時，打樁應從中間分向兩邊或周邊進行；當基坑較大時，應將基坑分為幾段，而后在各段內分別進行，沉樁應避免從周邊向中間進行，以免中間土壤被擠密，造成樁的貫入困難，在亞黏土和黏土地區應避免按一個方向前進，使土向一邊擠壓，而使樁基產生不均勻沉降，當樁距大于48、倍樁徑時，可不受此順序限制。如果在沉樁施工附近有建筑物或地下管線時，則沉樁順序應背著被保護的建筑物方向進行或采取跳打的方法，以免沉樁時的擠土對其造成危害。 6.2.5沉樁施工沉樁前應對樁架、樁錘、動力機械、壓縮空氣管路等主要設備進行檢查，如有不妥立即改正處理或更換。開始沉樁應起錘輕壓，或輕擊數錘，觀察樁身、樁架、樁錘的垂直情況，待其一致后即可按要求進入正常沉樁，但在打樁過程中要解決好以下幾個方面的問題。1 錘擊沉錘應用適合樁頭尺寸的樁帽和樁頭襯墊。樁帽的作用是保持樁頭正位，避免錘擊應力集中和錘擊偏心，使打樁時的打擊應力得到緩沖和均勻分布，以延長撞擊的持續時間和樁的貫入，樁帽在樁頭上要套得松些，9、以使樁頭能夠轉動，但也不要套的太松，以免影響樁帽、樁身和樁錘的軸線重合。2 適宜的打樁襯墊既可以延長樁錘打在樁頭的接觸時間還可以增加打樁貫入力，也不會降低貫入度。當樁身較短，樁靴下阻力一般時，可用810 cm厚的木墊，當向很軟的土層施打長樁時則應用1520 cm厚的木墊，當木墊被打硬、燒壞或打破砸裂產生不平等情況，都應及時更換。對于每一根樁原則上都應該是各使用一個新墊。對極難打人的管樁，在同一根樁的沉樁過程中，也可適時地更換新墊。3 打樁開始時，通過觀測校進樁的豎直線或斜樁的規定傾斜度，打樁一開始就應保持好正確的垂直軸線，以避免樁頭受偏打。建議采用固定式導桿，橫軸線與導桿軸線脫離平行時，要立即10、糾正。除在打樁開始時，可在導桿支座處，墊進楔塊以校正樁軸線之外，管樁一經打入地下后，就不能再從樁頭上或從接近樁頭處來校正樁的位置和方向，以免使樁受到損害。要保證樁頂平面確實垂直樁身軸線，樁頂不得露出有鋼絞線頭或鋼筋頭，對于樁頭的棱邊和隅邊，則要做出小斜角。打樁中要經常觀察樁錘有無偏打和有無錯位、襯墊有無不平、樁帽有無晃動，因為這些易引起樁頭的破裂。4 如果打樁開始時的土層阻力很小，則要降低樁錘的錘擊速度。在預估的軟土層中打樁時或在打出現容易進的情況之下，都應降低錘擊速度，以免產生致裂拉應力。在施打長樁通過軟土層時，降低錘速尤為有效；射水沉樁時，要避免在樁靴附近或樁靴下邊射水，因為這將沖空樁靴底11、部或減弱阻力。對于許多砂層沉樁來說，最好使用大型樁錘打下，而不宜采用射水與錘擊并用的施工法。5 每根樁一經開打原則上就不能中斷，應連續直至打完。確定“停打”是一項重要的控制項目，應由施工技術負責人控制。因為打樁中斷一定時間或樁的深度不夠，樁周土質將趨于密實，摩阻增大不利樁的貫入，同時可能導致樁被打壞。打樁的停打深度，原則上是要使樁靴貫入持力層(非巖石層)內23倍的樁徑程度。6 為了降低打樁應力，對于所需的打擊能量，要使用重錘低打，而不是采用輕錘高打。應嚴格控制各種樁錘的動能：用墜錘和單動汽錘，控制單動汽錘的落錘高度調整裝置；用雙動汽錘時，可少開汽閥降低汽壓和進氣量，以減少每分鐘的錘擊數；用柴油12、機樁錘時，可控制供油量以減少錘擊能量。以后視樁的人土情況，逐漸加大沖擊能量，至樁的入土深度和貫人度都符合設計要求時為止。墜錘落距原則上限在2 m以下，單動汽錘的落距原則上不大于0.6m。6.2.6 斜樁作業1 斜樁施工時，樁機下必須鋪墊厚鋼板。樁機履帶應完全處在承墊鋼板上，以補充地基承載力不足及保持樁機穩定；履帶樁機前后液壓支撐應支于承墊鋼板上，防止樁機前后俯仰，減少沉樁時斜率變化。放樁位前，先按斜樁樁頂到地面的距離及斜樁方向，計算樣樁提前量，然后再放樁位。2 斜樁的斜率控制，樁架上設置導向架，并確保樁身與導向架始終處于平行的狀態。斜樁施工中，下節樁最為關鍵，在樁尖入土34 m之內，應加強斜率13、監控，若發生垂直度和斜率變化，應及時修正；斜樁接樁時，上、下節樁應在同一軸心線上。樁起吊和插樁時，樁機導桿恢復垂直狀態，方能施工。6.2.7 接樁作業沉樁過程中一般都需要接樁。接樁應要求迅速，盡量縮短停打時間，如停打時間過長，則周圍土壤恢復使樁不易打入。樁頭構造有多種形式，目前主要為法蘭式樁頭和焊接式樁頭構造。法蘭式樁頭接樁時，將上下兩節樁的法蘭螺孔對好，并將上下兩節樁的縱軸線對準，然后穿入螺栓，并對稱地將螺帽逐步擰緊。待全部螺栓帽均擰緊并檢查上下兩節樁的縱軸線符合要求后，便可將螺帽點焊固接，然后在法蘭盤上涂以防銹油漆或防銹瀝青膠泥。法蘭式樁頭的優點是接樁迅速，操作方便；但法蘭式樁頭構造復雜，14、用鋼量較多，制造麻煩。焊接式樁頭構造簡單，用鋼量較少，制造較方便；缺點是用手工電弧焊時，操作較麻煩，費時稍長，但如果采用管狀焊絲半自動電弧焊則接樁施工也很方便。樁身破損探查方法1 灌水探查向樁內灌水，如水面迅速下降，說明樁壁或接頭必有破損，當尚難查明位置和破損情況。2 圓桶探查可用木料或鐵皮做成圓桶，吊入樁內探查管樁內壁的混凝土塊被打壞處的鋼筋向內屈曲的情況及破損處的標高；并可探測樁內水位及泥面的標高。3 照明探測僅用于管樁內水面以上部位，自樁頂放入低壓作業燈，并在等下安設45斜面反射鏡，從上面直接觀察。6.2.8 送樁樁頭仍須繼續沉入時，則需送樁。送樁器應具有足夠的強度和剛度，其長度為樁錘可15、能達到的最低標高與預計樁頂沉入的標高之差，再加上適當的余量。送樁器剛度宜盡量接近樁身剛度，且應考慮能盡量減小上拔時的阻力；送樁器應與管樁直徑相適應，樁帽宜套人樁頂3040cm。送樁時，送樁過程中，應確保樁錘、送樁器和樁身在同一中心軸線上。送樁后，很容易使樁平面位置產生偏差，尤其是送樁深度超深，樁的偏斜越大。故施工中必須保證“送樁桿，與樁身的縱向軸線保持一致。送樁達到深度后，“送樁桿”不要急于拔出，可先將“送樁桿”拔松動后，待相鄰樁入土深度超過擬送樁深度，再將送樁桿拔出。6.2.9 管樁填充方法1 填充透水性土當設計要求在樁內上面填充一段混凝土時，其下段墊層應先填充透水性土，可直接倒人填充。為避16、免在管內相互卡住，倒入速度不宜過快，填充料最大粒徑不能大于樁內徑的1/3。結合實填材料的數量來掌握填充高度，并用吊錘探查核對填充高度，防止超填，如超填可用吸泥機吸出。2 填充混凝土當樁內無水，或樁內經過封底處理將樁內水清除干凈以后，可用一般灌筑方法填筑混凝土，灌注不宜過快，逐層插搗密實，要掌握預計數量和實際填筑數量基本相符。每根樁應一次灌完。僅在樁頭部分填充混凝土時，可在樁內懸吊底模，要求底模強度能承受灌筑混凝土時的荷載。3 用水下混凝土填充可參照灌注水下混凝土方法進行。6.2.10 管樁插打次數控制預應力混凝土管樁下沉打擊次數宜按照下表控制。表1 預應力混凝土管樁插打次數項目建議限制總的打擊17、次數2000次最后10m范圍的打擊次數800次7 勞動力組織根據工程特點、現場施工需要，預應力混凝土管樁所需勞動力如下表2：表2 預應力混凝土管樁所需勞動力編號工種人員數量1技術員22質檢13機長24裝吊工15指揮16焊工27普工58后勤19司機28 主要機具設備8.1 樁錘 樁錘的選擇1 沖擊能。 E250P式中 E錘的一次沖擊動能(Nm) P單樁的設計荷載(KN)2 按樁重復核適用系數。 K=(M+C)W式中 K錘的適用系數 M錘重(錘的總重量)(kg) C樁重(包括送樁及樁帽、樁墊)(kg) w錘的一次沖擊動能(kgm)算出的K值不宜大于下列數值：對于單動汽錘及柴油打樁錘5.0對于復動汽18、錘3.5對于墜錘2.0當下沉鋼板樁、工字鋼及配合射水下沉管樁時，上列系數可提高50來選擇樁錘。凡使用錘擊法沉樁，原則上采用重錘低打。為了充分發揮錘的效率，在選用單動汽錘或墜錘時其重量最好為樁重的1.52倍，如超過2倍時可調整落錘高度。如無不合適的錘，在有條件情況下可輔以射水法沉樁。 樁錘可分為墜錘、機動錘兩大類。墜錘有穿心錘及龍門錘兩種，機動錘有各型單動汽錘、復動汽錘、柴油打樁錘及振動打樁錘。對于預應力混凝土管樁，常使用筒式柴油打樁錘（見表3）。表3 筒式柴油打樁錘主要技術規格單位型號D2-12D2-18D2-25東風7135上活塞重量kg1200180025003500上活塞行程mm250019、256025002500沖擊次數 次/min4260406040604060沖擊能量kg.m3000460062508750下活塞行程mm270270370350 耗油量 L/h/918.51216極限貫人度 mm0.50.50.50.5重量kg27004200575080008.2 射水設備射水設備必須配合錘擊沉樁使用。配合方法應根據地質情況選擇：以射水為主或射水與錘擊同時進行；或射水和錘擊交替使用。采用任何一種方法，當樁尖接近設計標高時，均應停止射水。單純用錘擊下沉，使樁尖進入未沖動的土中，停止射水的標高，可根據沉樁試驗確定的數據及施工情況決定，當沒有資料時，不得小于2 m。8.2.1 水20、壓和水量計算實際施工中需要的水量與水壓，因地質條件和所用樁錘配合的不同，應在施工前經過試樁后妥慎選定。錘擊沉樁配合射水施工時要求的水壓、水量可參考表4。表4 水壓和水量樁穿過的土層沉樁深度（m）射水嘴處的水壓（MPa）每根樁的用水量（L/min）細砂、黏砂土、泥砂、淤泥、松軟黏土15250.71.0100012001200150025351.01.51200200015002500351.52.02000300025003500原始地層的砂及黏砂土，含有卵石及礫石的砂、中等緊密的砂黏土及黏土15251.01.5150020002000250025351.52.0200030002500350021、352.02.53000400035005000密實的礫石層/2.54.5/30003500要求水泵的工作壓力為： H=H1+H2+H3式中 H1射水嘴處需要的水壓 H2水在管路中上升所需的水壓 H3管路中壓力損失8.2.2 高壓水泵按上式算出射水沉樁所需的水壓并查表得出每樁的耗水量就可選擇高壓多級離心水泵的型號和電機的功率。如單臺水泵的工作性能不能滿足水壓的要求時，可將幾臺同樣的水泵串聯使用。這樣其最終出水管的水壓為各泵之和，而水量為單臺水泵的水量。如已有的單臺水泵的水量不能滿足要求時，可將多臺水泵并聯使用，即將各臺水泵都連接在一條干管上，再連接到射水管使用。干管的水量略小于各臺水泵水量之和22、，而水壓等于并聯各水泵中水壓最小的一臺。并聯時的管路連接應盡可能地減小交角以減小水壓損失。若單臺水泵的水壓和水量都不能滿足要求，可將各臺水泵先串聯后并聯來滿足要求。8.2.3 水管輸水管及其配件的尺寸盡量與水泵出口管徑相同，固定的節段用鋼管，必需活動的節段采用膠管，與射水管聯接的一段膠管可使用比固定管路細一些的膠管，但其內徑不應比射水管更小。鋼管和膠管如無出廠證明，應補作水壓試驗。射水管一般要比輸水管細，要堅固，以便起吊和拼接。一般射水管內徑多用76 mm以內。射水嘴的大小根據工作水壓及水量選擇。9 質量控制9.1 易出現的質量問題預應力混凝土管樁施工過程中常出現樁貫入度突然減少；基礎樁身突然23、急劇下沉；發生傾斜或樁位移動；樁不下沉，樁身顫動，樁錘回跳；樁身轉動、涌起。9.2 保證措施 樁貫入度突然減少。一般是樁由軟土層進入硬土層，或樁尖遇到石塊等障礙物。此時不可硬打以免樁身被打壞。查明原因后，可加用射水配合沉樁將障礙物沖開，或改用能量較大的樁錘。 基礎樁身突然急劇下沉，有隨時發生傾斜或移位的可能，一般是由樁身破裂、接頭斷裂或樁尖劈裂所致。應查明情況再決定處理措施。 樁發生傾斜或樁位移動。產生原因，一般是樁尖不對稱，或遇障礙物，或樁的接頭在土中被打壞而錯動；如傾斜移位原因是樁尖或接頭在土中被打壞，且傾斜移位值已超過容許限值時，可拔出換樁重打或在一旁加樁。如偏斜原因在樁頂或未入土部分或24、人土不深時，可用鋼絲繩、鏈滑車等機具施加水平力糾正，樁頭不平時可鑿平或墊平再打。 樁不下沉，樁身顫動，樁錘回跳。為樁尖遇到障礙物，或樁身彎曲，或接樁后自由長度過大。可分析障礙物的位置和類別，采取偏移樁位、加裝鐵靴，射水配合等方法穿過或避開障礙物。樁身過長可加夾桿。樁身彎曲過大，須換新樁。 樁身轉動。多產生于樁尖制造不對稱或樁身有彎曲時，除加強檢查外，一般可不做處理。 樁身涌起。在軟黏士中沉樁，先沉下的樁能隨土的涌起而上涌。涌起的樁的承載力將降低。應選擇涌起量較大的樁做沖擊試驗，如合格可不復打，如不合格除該樁應復打外，并應將其他涌起的樁同樣再做沖擊試驗和必要的復打。10 安全措施10.1 主要安25、全風險分析預應力混凝土管樁屬機械空中作業，受氣候條件影響也比較大，而且吊裝主要使用大型吊裝設備，吊裝難度較大；根據工程特點、所在地地理環境、進行安全風險分析并制定安全專項方案。10.2 保證措施建立健全的工程項目有關安全管理制度，對于所有進場施工人員進行上崗前的安全文明教育和安全技術交底，并核對特種作業人員上崗證，具體安全措施如下： 樁機安裝完成后，應組織相關人員進行檢查驗收。主要檢查各部件在空載時運轉是否自如，有無異常響聲，有無振動破壞現象，配重鐵塊是否鎖緊，并檢查用電沒備是否安裝了漏電保護開關，電纜是否有亂搭、亂接及拖地現象等。 壓樁作業時，非工作人員須離樁機20m以外：施工人員應配齊各就26、各位,不得隨意串崗或進行與作業無關事情；起吊重物時需有專人指揮，且起重臂下嚴禁站人。 起重機其中范圍不得超過起重性能規定的指標。起吊管樁時，索具應吊在管樁0.3L（L為管樁長）以上位置，但離樁端必須大于1m；起重機吊樁進入夾持機構后，在壓樁開始之前，起吊鋼絲繩必須放松，壓樁時則隨沉樁速度不斷放松，使吊鉤始終處于不受力狀態，最后通過司索工人工脫鉤，這樣既可以避免拉斷鋼絲繩或拉彎起重機吊臂，又可避免因強行擺臂脫鉤或過長的管樁傾斜造成管樁折斷，從而發生斷樁從高處掉下的意外事故。 10.2.4施工完畢的樁頭上面要加蓋，以防行人或雜物等掉入。11 環保措施11.1 改進施工措施在打樁前，預先打入鋼板樁，27、可以用它來阻止沉樁時土體的部分側向變形。設置排水和防擠砂井，可以使用超靜水壓力很快消散，減少土體的體積變形。砂井可采用取土換砂，有條件的可采取袋裝砂井。設置管井井點降水，預先排出場地土層的飽和水，對削除沉樁過程中的孔隙水壓力和土壤液化，將極為有利。開挖防擠溝和防擠孔，可減少沉樁過程中淺層土體水平位移，可減少沉樁對鄰近淺埋管線和基礎的影響。根據鄰近建筑物、地下管線的布置情況，制定打樁順序和流向。據經驗和規則，沿打樁推進的前方，空隙水壓升高，土位移亦大，而其后方恰恰相反。故打樁應沿著背離建筑物而向空曠區推進，或采取間隔打樁，以免孔隙水壓力累計上升，減少土體位移。控制打樁進度，避免沉樁速度過快。1128、.2 改善設計增加樁長，減少樁數； 增加樁距，減少樁群密度；加大樁區與鄰近建筑物的距離。12 應用實例12.1 工程簡介中鐵一局集團京石鐵路客運專線清苑制梁場位于保定市清苑縣閆莊鄉南閆莊村，現場地勢平坦，梁場范圍內最大高差僅0.4m，地質條件較好，地質構造主要以粉質粘土為主，部分地段有夾砂層，地下水位埋深約10m左右，不影響梁場結構物正常施工。梁場制存梁臺基礎處理采用預應力混凝土管樁，制梁臺上部采取筏板式鋼筋混凝土擴大基礎，以滿足箱梁制梁需要。12.2 施工情況本項目在預應力管樁施工過程中，采用錘擊法施工，單根樁插打、接長使插入深度滿足設計要求一般在3小時是以內，順利的完成了存梁臺的基礎施工，為后續預制梁施工打下了堅實的基礎。12.3 工程結果評價預應力管樁樁身混凝土強度高，打入密實的砂層和強風化層，樁尖進入強風化層或密實砂層后，經過強烈的擠壓，樁尖附近的強風化層或密實的砂層已不是原始狀態。樁端承載力比原狀提高80-100%，所以管樁承載力設計值要比同樣直徑的沉管灌注樁或鉆孔樁高。其中管樁樁節長短不一、搭配靈活、節長方便，在施工現場隨時根據地質條件的變化隨時調整節樁長度，節省用樁量。12.4 建設效果及施工圖片 圖3 預應力管樁 圖4 預應力管樁接長