混凝土预制桩锤击沉桩施工工艺与质量控制

姬永立 王 宇

混凝土预制桩锤击沉桩施工工艺与质量控制

姬永立 王 宇

一、混凝土预制桩锤击沉桩

苏州河下游段防汛墙加固和底泥疏浚工程（防汛墙加固改造部分），位于上海市市区中心地段苏州河防汛墙北岸，属于上海市城市重大水利工程，起点为真北路桥东侧（桩号NK0+000），终点为白玉路（桩号NK5+730.60）。苏州河防汛墙改造采用高桩承台结构作为防汛墙加固改造的整体结构型式。防汛墙基础为混凝土预制前板桩后混凝土预制方桩。

钢筋混凝土预制桩的沉桩方法主要有锤击法、振动法、静压法及辅助沉桩法（如预钻孔辅助沉桩法、冲水辅助沉桩法），其中锤击法沉桩是目前应用最多的沉桩方法。

锤击法是利用打桩锤下落时的瞬间冲击力冲击桩顶，使桩沉入土中的施工方法。沉入时软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩桩的作用。

二、锤击沉桩施工工艺

1.混凝土桩预制

混凝土预制桩在施工现场预制，也可根据工程实际情况委托具有相关资质的混凝土预制桩厂生产。

制桩模板宜采用钢模板，模板应具有足够的刚度及平整度，尺寸准确。钢筋骨架的钢筋连接采用对焊或电弧焊。

桩与临桩及底模之间不得粘连，上层桩或临桩的浇筑，必须在下层桩与临桩混凝土达到设计强度的30%以上方可进行施工，桩的重叠层数不应超过4层。

预制桩强度达到设计强度值70%方可起吊，达到100%方可进行运输。

2.锤击沉桩准备

沉桩前须处理空中和地下障碍物，场地平整，排水通畅，满足打桩所需地面的承载力要求。

工程采用DD-2.5型筒式柴油打桩锤施打混凝土预制方桩和混凝土预制板桩。搭设木桩支架工作平台打桩，用6～8m长圆木桩搭设支架平台。木桩桩尖端直径不小于20cm，顶端直径不大于30cm。支架顶部用方木连接作为系梁，单根长6m。

支架桩采用双排架方式搭设，排架间距1.2m，每排木桩桩距为1m。木桩入土深度为4m。

桩基工程施工前，及时正确地定出桩位，每个桩位标一小木桩，并经工程师复核。在沉桩地区附近设置的水准点、控制点应不受打桩影响，并经常作系统的检查。

打桩前应检查桩端位置，桩锤、桩帽、桩垫及桩身的完好情况，检查桩架稳定安全，必须在绝对安全状态下方可打桩。先打内侧的方桩再打外侧的板桩。打桩以标高作为主要控制，贯入度作为参考，沉桩时必须认真、详细地填写打桩记录。

3.沉桩施工

沉桩施工由吊车或打桩机双点吊装进行，起吊前桩锤提升到要求高度，以免桩身碰撞桩锤、桩帽。

吊起的桩要垂直对准桩位中心，桩帽徐徐松下，插入土中，位置准确，桩帽缓缓放下，扣好栓帽，即可除去吊钩，套在桩顶并使桩锤、桩帽和桩身三者处于一条垂线上。

起锤时，先轻压，关闭油门冷锤轻击数下，待桩垂直插入土中1m左右时，用经纬仪双向检查锤、帽、桩身是否在同一直线上，如无异常情况，便可正常施打，落锤高度不宜大于1m。

当提升上活塞击发时，应密切注意起落架情况，发现异常（如锤体与桩帽同时上升）应紧急停车，以免发生倒桩事故。

沉桩施工时用经纬仪控制桩身垂直度，垂直度偏差不得超过1%。送桩应随打随送，不宜间隔太长，沉桩至设计标高时，应严格注意贯入度或送桩标高，送桩完毕，拔出送桩器，移机，并立即组织人员进行桩孔回填。

锤击沉桩时，考虑锤击震动时对新浇筑混凝土的影响，当混凝土强度未达到5MPa时，距新浇筑混凝土30m范围内，不宜进行沉桩。

打桩开始时，由于桩身入土浅，露出地面高，并且贯入度较大时，桩锤不能反跳会使工作循环中断，故采用“落锤”方法施打，减少举锤高度，减少锤的冲击，随着桩身入土深度增加可逐步增大桩锤的冲击能。

桩顶标高用水准仪监测控制。送桩器上标出送桩深度标志（红线），并以临近水准点为依据，然后对准送桩器，直至达到设计要求。

打桩施工时由专人记录施工参数。在打桩过程中要认真记录沉桩入土深度和贯入度，以便判断桩的质量及承载力情况。

在正常情况下，以控制桩端设计标高为主，以控制贯入度参数为辅。打桩时若发生最后贯入度突然增大、桩身突然发生显著倾斜偏移、桩身裂缝宽度过大造成露筋、地面显著隆起以及最后贯入度很小时应立即暂停施工并及时通知工程师，研究确定下一步施工方案。

4.破桩

混凝土桩施打完成后，清基至设计标高，立即进行垫层浇筑。首先测量桩顶设计标高，并加以标注，按要求进行凿除桩顶，桩身嵌入承台底板5cm，外露桩筋锚入承台底板，主钢筋掰开呈15°的喇叭状。

三、混凝土预制桩沉桩质量控制

混凝土预制桩质量控制分为施工前检验、施工检验和施工后检验。

1.施工检验

施工检验包括施工前、施工过程及施工后三个阶段。

混凝土预制桩按照设计施工图纸进行施工，现场应对外观质量及桩身混凝土强度进行检验。

检验项目应包括打入桩深度、停锤时间及桩架垂直度及每米进尺锤击数、最后1.0m进尺锤击数、总锤击数、最后三次贯入度及桩尖标高等。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定检查沉桩桩位偏差，并对桩的竖向抗压承载力进行检测。混凝土预制桩采用高应变法检测单桩竖向抗压承载力，检测数量不宜少于总桩数的5%，且不得少于3根。

2.混凝土预制桩沉桩质量控制

混凝土预制桩沉桩的质量控制主要从以下几方面考虑：（1）桩锤选用是否合理。轻则预制桩难以沉入至设计标高，无法满足承载力要求，或锤击数过多，造成桩疲劳损坏；重则易击碎桩头，增加打桩破碎率。（2）混凝土桩能承受较大的压应力，但抵抗拉应力的能力差，当压力波反射为拉伸波，产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，一般容易在桩身中上部出现环形裂缝。（3）桩锤、桩帽和桩身应保持一条直线，否则不仅造成锤击能量损失大，桩无法沉入设计标高，而且会造成桩身开裂、折断。（4）桩间距应合适，否则打桩引起的挤土效应使后打的桩难以打入或使地面隆起，导致桩上浮，影响桩的端承力。（5）在较厚的粘土、粉质粘土层中打桩，如果间隙时间较长或在砂层中短时间停歇，土的固结、强度恢复后不易沉桩。

四、桩基施工对周边建筑物的影响及预防措施

1.沉桩对周边建筑物的影响

桩体在冲击力作用下于短时间内沉入土中，破坏了原状土的结构，会对周围土体带来影响，同时对周边建筑物产生不利影响，特别是在软土地区沉桩时容易对周围土体、邻近建筑物和地下管线造成隆起和位移等危害。

挤土：由于土是松散颗粒的堆积物，桩体入土后挤压周围土层，使原状土的密度、孔隙度变化，从而改变了原状土的结构。由于土体颗粒之间的相互作用，对周边土体及周边建筑物产生不利影响。

振动：沉桩过程中在桩锤冲击作用下，桩体产生振动。振动波通过土的固相、液相和气相向四周传播，会给周围的土体及周边建筑物造成不利影响。

超静水压力：土壤中的水分在桩体挤压作用下，产生很高的孔隙水压力，此压力的水向四周渗透时，造成地下水位升高的同时孔隙水压力增大，会给周围土体及周边建筑物造成不利影响。

2.预防措施

为避免和减轻沉桩对周边建筑物产生的危害，根据工程施工的经验总结，采取下述措施：（1）限速：即控制单位时间打桩的次数，可增加打桩机的数量；间歇式打桩，可避免产生严重的挤土和超静水压力。（2）正确确定打桩顺序，一般在打桩的推进方向挤土较严重，为此宜背向保护对象向前推进打，即先施工方桩，后施工板桩。（3）开挖应力释放沟（或防振沟），在打桩区与被保护对象之间挖沟（深2m左右），此沟可隔断浅层时的振动波，减轻挤土影响和超静水压力。（4）如被保护建筑物离沉桩点距离较近（距离小于1倍沉入桩的长度）或被保护建筑物比较重要（如名胜古迹、古建筑物等），可采用钻孔植桩打，在需沉桩的部位，按要求的孔位（直径等于沉入桩截面的最小边长）和孔深（一般为桩长的1/3～2/3），先用钻机钻孔，钻出的土体通过湿法或干法（方桩通过干法，板桩通过湿法）排出地面外运，在孔内再插入需沉入的钢筋混凝土桩，然后采用锤击法沉入，可大大减轻浅层挤土影响，保护建筑物的安全。

五、结语

采用锤击法进行混凝土预制桩沉桩与振动沉桩、静压沉桩相比具有施工占地范围小、施工进度快、工程投资相对较小等优点，可广泛用于沿海地区防汛墙高桩承台结构型式

（作者单位：河南省水利第一工程局450016 中水淮河规划设计研究有限公司 230000）