第四節(jié)沉管灌注樁

第四節(jié)沉管灌注樁1概述1.1沉管灌注樁的原理及類型沉管灌注樁是采用振動(dòng)沉管樁機(jī)或錘擊沉管樁機(jī)等將帶有封口樁尖的樁管直接打入地層至設(shè)計(jì)深度成孔，然后放入鋼筋籠，邊澆筑混凝土邊拔出樁管而形成的混凝土灌注樁。沉管灌注樁按沉管機(jī)具和辦法不同，可分為振動(dòng)沉管灌注樁、錘擊沉管灌注樁和振動(dòng)沖擊沉管灌注樁。這里重要介紹前兩種施工辦法。1.2沉管灌注樁的特點(diǎn)施工設(shè)備簡樸，成樁速度快，工期短；孔形圓整性好，成樁質(zhì)量高，超徑系數(shù)小，節(jié)省材料；不用沖洗液，無泥漿排放問題，現(xiàn)場整潔；對地層和環(huán)境有擠土和振動(dòng)影響；在軟土中成樁易于產(chǎn)生縮頸缺點(diǎn)。沉管灌注樁的合用范疇振動(dòng)沉管灌注樁的樁徑普通為270mm～400mm，最大樁長為20m。錘擊沉管灌注樁的樁徑普通為300mm～500mm，最大樁長為24m。沉管灌注樁合用于普通粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、松散至中密的砂土及人工填土層。不適宜用于原則貫入擊數(shù)N值不不大于12的砂土和N值不不大于15的粘性土以及碎石土。在厚度較大的高流塑淤泥層中不適宜采用樁徑不大于340mm的沉管灌注樁。2.施工機(jī)械與設(shè)備2.1振動(dòng)沉管打樁機(jī)振動(dòng)沉管打樁機(jī)由樁架、振動(dòng)沉拔樁錘、卷揚(yáng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)等部件構(gòu)成（圖8-4-1）。2.1.1樁架樁架由立桿、撐桿、底盤等部件構(gòu)成。由于沉管灌注樁的施工必須用整根的樁管，而樁管的長度又必須不不大于孔深；因此樁架的立桿高度必須不不大于樁管的長度加上樁錘的高度。樁長越大樁架越高，這是沉管灌注樁施工的特點(diǎn)。為了保持樁架的穩(wěn)定，振動(dòng)沉管打樁機(jī)都有較大的底盤。樁架上設(shè)有三臺卷揚(yáng)機(jī)，一臺用于提高樁錘和樁管，一臺用于沉管時(shí)對樁管加壓，另一臺為提高混凝土料斗用。振動(dòng)沉管打樁機(jī)的行走方式有滾管式、軌道式和步履式三種。慣用樁架的技術(shù)性能見表8-4-1。2.1.2振動(dòng)沉拔樁錘振動(dòng)沉拔樁錘含有沉樁和拔樁雙重作用。振動(dòng)沉拔樁錘按動(dòng)力不同可分電動(dòng)沉拔樁錘和液壓沉拔樁錘。慣用的電動(dòng)沉拔樁錘均為偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)，有高頻、中頻、低頻、加壓、可調(diào)偏心力矩及雙錘聯(lián)動(dòng)等類型，功率7.5kW～150kW，激振力55kN～1354kN，規(guī)格眾多（圖8-4-2）。施工時(shí)根據(jù)地層條件、沉管深度和樁管直徑選擇振動(dòng)樁錘和與之配套的樁架。表8-4-2中列出了不同激振力振動(dòng)樁錘的合用范疇。部分國產(chǎn)電動(dòng)振動(dòng)樁錘的型號、規(guī)格及技術(shù)性能見表8-4-3。液壓振動(dòng)沉拔樁錘現(xiàn)在國內(nèi)極少生產(chǎn)，國外的產(chǎn)品德國和法國的比較多，詳見表8-4-4。圖8-4-2振動(dòng)沉拔樁錘圖8-4-1振動(dòng)沉管樁機(jī)圖8-4-2振動(dòng)沉拔樁錘圖8-4-1振動(dòng)沉管樁機(jī)表8-4-1樁架型號及技術(shù)性能表型號項(xiàng)目ZJ40J軌道式ZJ60J軌道式J-40軌道式ZDJG40軌道式DJB18步履式DJB40步履式DJB25步履式DJB60步履式沉樁最大長度（m）18251521.516222026沉樁最大直徑（mm）400500273~325325350500500500最大加壓力（kN）120200508078150最大拔樁力（kN）150250300250120300250350導(dǎo)桿前傾最大角度（°）10105518.559導(dǎo)桿后傾最大角度（°）5555053樁架質(zhì)量（t）18.026.532.044.528.0453060外形尺寸（工作尺寸）長（m）11119.58.58.09.813.5寬（m）10124.54.54.57.06.1高（m）243023.52218.524.535.0生產(chǎn)廠家瑞安建機(jī)廠北京樁機(jī)廠湖南樁機(jī)廠蘭州建筑機(jī)械廠8-4-2振動(dòng)沉管樁選用振動(dòng)錘的激振范疇振動(dòng)錘激振力（kN）樁管沉入深度（m）樁管外徑（mm）樁管壁厚（mm）70~808~10220~2736~8100~15010~15273~3257~10150~20015~2032510~12.540020~2437012.5~152.2錘擊沉管打樁機(jī)錘擊沉管打樁機(jī)由樁架、樁錘、卷揚(yáng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)等部件構(gòu)成。樁架的構(gòu)造形式和技術(shù)性能與振動(dòng)沉管打樁機(jī)的樁架基本相似。樁錘按動(dòng)力和工作方式不同，可分為單動(dòng)氣錘、雙動(dòng)氣錘、柴油打樁錘、電動(dòng)落錘、柴油機(jī)落錘等類型；按樁錘質(zhì)量不同，可分為小型樁錘、中型樁錘和大型樁錘。其中氣錘可用蒸氣作動(dòng)力，也可用壓縮空氣作動(dòng)力。落錘是一種用卷揚(yáng)機(jī)提起后，自由下落打擊樁頭的簡易樁錘。錘擊沉管慣用的樁錘以下：（1）小型樁錘：普通采用電動(dòng)落錘和柴油機(jī)落錘，樁錘質(zhì)量0.75t～1.5t，落錘高度1.0m～2.0m。最大合用樁徑320mm，合用樁長10m～15m。（2）中型樁錘：普通采用電動(dòng)落錘和單作用氣錘，樁錘質(zhì)量2.0t～3.0t；前者落錘高度1.0m～2.0m，后者落錘高度0.5m～0.6m，。最大合用樁徑400mm，合用樁長13～18m。（3）大型樁錘：普通采用柴油錘和柴油機(jī)落錘，前者落錘高度2.5m，后者落錘高度1.0m～2.0m。柴油錘沖擊部分質(zhì)量為4.5t，總質(zhì)量5.0t～7.0t；柴油機(jī)落錘質(zhì)量為7.0t。選擇樁錘時(shí)可用下列公式復(fù)核：（8-4-1）式中K——合用系數(shù)：雙動(dòng)氣錘、柴油錘K≤5，單動(dòng)氣錘K≤3.5，落錘K≤2；M——錘重（t）；C——樁管重（涉及樁帽與樁墊）（t）；E——樁錘的一次沖擊動(dòng)能（t·m）表8-4-3電動(dòng)振動(dòng)沉拔樁錘型號及技術(shù)性能表生產(chǎn)廠家型號電機(jī)功率（kW）激振力（kN）允許加壓力（kN）允許拔樁力（kN）樁錘質(zhì)量（t）浙江瑞安長虹樁機(jī)制造廠DZ45KS22×22701001303.70DZ60KS30×23601202004.50DZ75KS37×24401402005.20DZ90KS45×25201803006.05浙江瑞安建機(jī)廠DZ3030160/210801202.92DZ3737230/260801203.38DZ5555280/3501001504.84上海工程機(jī)械廠DZ40A90400/5502604.9/6.2DZ6090410/6802606.67蘭州建筑通用機(jī)械廠DZ3030157/2311601.86DZ4545281/340/3702003.456DZ6060405/4862504.492DZ9090450/541/6773005.864DZ1201206694008.82DZ150150812/1080/13545009.34北京樁機(jī)廠DZ-800090400804.80CH20552301003.50桂林建機(jī)廠DZF-30Y30130~19080100DZF-40Y40148~256801003.40湖南樁機(jī)廠DZG-37K37191.6781204.703DZG-45K45239981604.800DZG-75K754281503006.725表8-4-4液壓振動(dòng)沉拔樁錘型號及技術(shù)性能表型號振動(dòng)錘功率（kW）激振力（kN）加樁器夾持力（kN）樁錘質(zhì)量（t）工作壓力（MPa）生產(chǎn)廠家5-17型1704500.9817.5法國PAJOT公司13-40型4004502.1030.022-62型6208005.4031.026-80型80011005.4030.0HVB67225/1601.0035.0德國TUNKERS公司HVB4002162350/4002.5035.0~40.0HVB6002243500/6003.6035.0~40.02.3樁管、樁尖（1）樁管普通采用無縫鋼管，樁管規(guī)格常見的有φ377mm、φ325mm、φ273mm三種。樁管的表面應(yīng)刻有醒目的標(biāo)尺，方便施工中進(jìn)行入土深度的觀察。（2）樁尖樁尖普通采用鋼筋混凝土預(yù)制樁尖或活瓣樁尖（圖8-4-3）。當(dāng)用鋼筋混凝土預(yù)制樁尖時(shí)，樁管底部需用鋼板加厚，以增加管底與混凝土樁尖臺階的接觸面積，減輕樁尖在激振力作用下的破損程度?；炷翗都獾膹?qiáng)度等級應(yīng)不低于C30，樁尖外徑應(yīng)比設(shè)計(jì)樁徑大20mm，長500mm～700mm,錐尖角度45°～60°；用于堅(jiān)硬土層中施工的樁尖，還需用鋼板加固。普通狀況下不適宜采用活瓣樁尖；如果采用，活瓣樁尖應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，其尖端應(yīng)在樁管的中軸線上；活瓣張閉應(yīng)靈活，活瓣間不得有較大的縫隙，否則易造成質(zhì)量問題。圖8-4-3沉管灌注樁樁尖3施工工藝沉管灌注樁施工有振動(dòng)和錘擊兩種沉拔管辦法；按成樁方式不同，有單打（振）法、復(fù)打（振）法和反插法三種辦法。單打法是最慣用、最基本的成樁辦法，復(fù)打法和反插法只在地質(zhì)條件特殊或規(guī)定提高承載力的狀況下采用。3.1單打法單打法合用于含水量較小的土層，且宜采用預(yù)制樁尖。單打法的施工工藝流程為：樁管就位→振動(dòng)（錘擊）沉管→灌注混凝土→下設(shè)鋼筋籠或插筋→拔管→成樁。（見圖8-4-4）3.1.1樁管就位當(dāng)采用鋼筋混凝土樁尖時(shí)，將樁管對準(zhǔn)預(yù)先埋設(shè)在樁位上的預(yù)制混凝土樁尖，套壓在樁尖的環(huán)形臺階上；在樁管與樁尖接觸部位纏繞麻繩或其它材料，以防樁尖損壞和地下水進(jìn)入管內(nèi)。當(dāng)使用活瓣樁尖時(shí)，沉管就位前先將活瓣樁尖收攏并捆綁好；樁尖對準(zhǔn)樁位，運(yùn)用樁管自重和樁機(jī)的加壓裝置將樁尖壓入土中。樁管與樁尖的接觸應(yīng)有良好的密封性。校正樁管垂直度（偏斜不超出0.5%）后即可進(jìn)行沉管作業(yè)。當(dāng)采用錘擊法沉管時(shí)，普通不適宜采用活瓣樁尖。3.1.2沉管（1）沉管施工規(guī)定樁管開始沉入土中時(shí)，應(yīng)保持位置對的，如有偏斜應(yīng)立刻糾正。樁尖入土?xí)r如有損壞，應(yīng)將樁管拔出，用土或砂填實(shí)，另換新的重新打入。在沉管過程中地下水或泥土可能進(jìn)入樁管時(shí)，可在樁管內(nèi)先灌入高1.5m左右的封底混凝土，再開始下沉。使用預(yù)制混凝土樁尖時(shí)，沉管過程中嚴(yán)禁上提樁管，以防樁管與樁尖脫離，地下水或泥土進(jìn)入樁管，影響成樁質(zhì)量。沉管深度的控制應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、貫入度和設(shè)計(jì)樁長綜合擬定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：①純摩擦樁以設(shè)計(jì)樁長為主，貫入度為輔；②摩擦端承樁及端承摩擦樁以貫入度和設(shè)計(jì)樁長同時(shí)控制；③純端承樁應(yīng)以貫入度為主，設(shè)計(jì)樁長為輔。（2）振動(dòng)沉管操作要點(diǎn)①首先采用靜壓沉管。當(dāng)靜壓沉管不能下沉?xí)r，再啟動(dòng)振動(dòng)器，邊振動(dòng)邊加壓沉管。振動(dòng)沉管時(shí)可收緊鋼絲繩加壓，或用配重加壓，以提高沉管效率。收緊鋼絲繩加壓時(shí)，應(yīng)注意避免抬起樁架發(fā)生事故。②沉管時(shí)應(yīng)根據(jù)地層狀況調(diào)節(jié)振動(dòng)器的頻率，使其靠近土體的共振頻率，以求得最快的沉管速度。③振動(dòng)沉管貫入度的控制：最后一次抬空持續(xù)20s時(shí)的貫入度應(yīng)不大于20mm。必須嚴(yán)格控制最后兩個(gè)兩分鐘的貫入速度，其值按設(shè)計(jì)規(guī)定，或根據(jù)試樁成果和本地長久的施工經(jīng)驗(yàn)擬定。測量貫入速度時(shí)應(yīng)使配重及電源電壓保持正常。④必須根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定和試樁成果嚴(yán)格控制最后30s的電流、電壓值。（3）錘擊沉管操作要點(diǎn)①在檢查樁管垂直度和與樁尖的同軸度后，先低錘輕擊樁管；在入土一定深度，樁管穩(wěn)定后再正式錘擊，直至將樁管打至設(shè)計(jì)標(biāo)高或規(guī)定的貫入度。②沉樁全過程必須有專職的統(tǒng)計(jì)員做好施工統(tǒng)計(jì)，每根樁的施工統(tǒng)計(jì)均應(yīng)涉及每米的錘擊數(shù)和最后一米的錘擊數(shù)。精確測量最后三陣10擊的貫入度及落錘高度。③錘擊沉管樁最后兩陣10擊貫入度的控制原則應(yīng)根據(jù)試樁成果和本地的長久施工經(jīng)驗(yàn)擬定。④測量沉管的貫入度應(yīng)在下列條件下進(jìn)行：a.樁尖未破壞；b.錘擊無偏心；c.錘的落距符合規(guī)定；d.樁帽和墊層正常；e.用氣錘時(shí)氣壓力符合規(guī)定。3.1.3灌注混凝土沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高或規(guī)定的貫入度后，應(yīng)立刻灌注混凝土，盡量減少間隔時(shí)間。灌注混凝土之前必須用吊錘檢查樁管內(nèi)有無吞樁尖和進(jìn)泥、進(jìn)水；接著用吊斗將混凝土從樁管進(jìn)料口灌入樁管內(nèi)。灌注時(shí)應(yīng)逐步由加料口倒入，使管內(nèi)空氣能夠排出，避免因加料過猛形成氣襄。每次灌注混凝土?xí)r應(yīng)盡量多灌。用長樁管打短樁時(shí)，混凝土應(yīng)一次灌足；打長樁時(shí)，應(yīng)分次灌注，第一次應(yīng)灌滿，并確保樁管內(nèi)始終有高度2m以上的混凝土。當(dāng)樁身配有鋼筋時(shí)，混凝土的坍落度宜為8cm～100cm；素混凝土樁的坍落度宜采用6cm～8cm。骨料粒徑不適宜不不大于30mm。單打法成樁的混凝土充盈系數(shù)應(yīng)不不大于1.0，對于混凝土充盈系數(shù)不大于1.0的樁，宜全長復(fù)打。灌注混凝土過程中，應(yīng)設(shè)專人制作和保養(yǎng)混凝土試塊。試塊數(shù)量：5～9樁的群樁承臺應(yīng)取一組，多于9樁的承臺取2組，少于5樁的承臺按排樁規(guī)定??；排樁應(yīng)每隔10～15根樁取一組或每臺班取一組。3.1.4拔管（1）拔管施工規(guī)定第一次拔管高度應(yīng)以能容納第二次所需要灌入的混凝土量為限，不適宜拔得過高。在拔管過程中應(yīng)設(shè)專人用測錘檢查管內(nèi)混凝土的下降狀況，在測得混凝土確已流出樁管后，才干繼續(xù)拔管。拔管過程中振動(dòng)或錘擊不得中斷，樁管內(nèi)最少有2m高的混凝土。（2）振動(dòng)拔管操作要點(diǎn)當(dāng)混凝土灌滿樁管后，先振動(dòng)5s～10s，再開始拔管；邊振邊拔，邊補(bǔ)灌混凝土。每拔0.5m~1.0m停止拔管，振動(dòng)5s～10s后再繼續(xù)拔管。如此重復(fù)，直至樁管全部拔出。在普通土層內(nèi)，拔管速度宜為1.2m/min～1.5m/min；在軟弱土層中，拔管速度宜為0.6m/min～0.8m/min。用活瓣樁尖時(shí)拔管宜慢，用預(yù)制樁尖時(shí)可適宜加緊拔管速度。（3）錘擊拔管操作要點(diǎn)①當(dāng)混凝土灌滿樁管后，便可邊錘擊邊拔管，同時(shí)補(bǔ)灌混凝土，至直樁管全部拔出。②拔管速度要均勻，對普通土層以不不不大于1m/min為宜，在軟弱土層及軟硬土層交界處，應(yīng)控制在0.3m/min～0.8m/min范疇內(nèi)。③采用倒打拔管的打擊次數(shù)，單動(dòng)汽錘不得少于50次/min；自由落錘輕擊（小落距錘擊）不得少于40次/min。在管底未拔出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高之前，倒打和輕打不能中斷。3.2反插法采用反插法時(shí)，樁管灌滿混凝土后，先振動(dòng)再拔管，邊振邊拔，每次拔管高度0.5m～1.0m，再振動(dòng)下沉0.3m~0.5m，如此重復(fù)，直至全部拔出沉樁管（圖8-4-5）。在拔管過程中，應(yīng)分段添加混凝土，保持管內(nèi)混凝土面始終不低于地表面或高于地下水位1.0m～1.5m以上；拔管速度應(yīng)不大于0.5m/min,反插深度不適宜不不大于每次拔管高度的3/5。反插法宜在飽和土層中采用。反插的作用在于增加混凝土的密實(shí)度及擴(kuò)大樁的局部斷面，從而提高樁的承載力；但混凝土耗量較大。采用反插法應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①在樁端以上的1.5m范疇內(nèi)應(yīng)多次反插，反插次數(shù)不適宜少于5次。②樁身反插范疇及反插次數(shù)應(yīng)根據(jù)地層條件，通過試樁擬定。③穿過淤泥夾層時(shí)，應(yīng)當(dāng)放慢拔管速度，并減少拔管高度和反插深度；在流動(dòng)性淤泥中不適宜使用反插法。3.3復(fù)打法復(fù)打法施工等于兩次單打，即在單打拔出沉樁管后，在原樁位再次沉管至設(shè)計(jì)孔深，再次灌注混凝土，并按單打法拔管（圖8-4-6）。復(fù)打前先重新捆綁樁尖或第二次安放樁尖，復(fù)打施工過程與單打法相似。用復(fù)打法能擴(kuò)大樁徑，提高樁的承載力。解決充盈系數(shù)不大于1.0的樁時(shí)，應(yīng)采用全復(fù)打。解決斷樁、縮頸可采用局部復(fù)打的方法，復(fù)打深度必須超出斷樁或縮頸段1.0m以上。復(fù)打法在淤泥層中的擴(kuò)孔效果較好，在密實(shí)砂土層中的擴(kuò)孔效果較差。采用復(fù)打法時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng)：①第一次灌注混凝土應(yīng)達(dá)成自然地面。②隨拔管隨去除粘在管壁上和散落在地面的泥土。③前后二次沉管的軸線應(yīng)重疊。④復(fù)打施工必須在第一次灌注混凝土初凝之前完畢。⑤當(dāng)沉管樁設(shè)計(jì)有鋼筋籠時(shí)，鋼筋籠應(yīng)在最后一次復(fù)打到樁底時(shí)放置。3.4安裝鋼筋籠當(dāng)樁身配備鋼筋籠時(shí)，第一次灌注的混凝土應(yīng)先灌至籠底標(biāo)高，然后放置鋼筋籠（鋼筋籠長度不不不大于4.5m），再灌注混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。為確保鋼筋籠在樁內(nèi)的保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，鋼筋籠制作時(shí)，在鋼筋籠的外測加焊導(dǎo)向筋（見本章第七節(jié)鋼筋籠制作）。放入鋼筋籠有四種辦法：在混凝土進(jìn)料口上方的樁管上留有長槽，鋼筋籠從長槽中插入；卸下振動(dòng)器，從樁管上口插入鋼筋籠；振動(dòng)器的兩根偏心軸分別由兩臺電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，振動(dòng)器中間有大通孔，從振動(dòng)器上方插入；拔管排水后從樁管底部插入。3.5施工次序排樁基礎(chǔ)應(yīng)由中間向外打，或向后退打。群樁基礎(chǔ)應(yīng)制訂不影響鄰樁質(zhì)量的技術(shù)方法，每一承臺的樁應(yīng)在混凝土初凝之前施工完畢。為了避免打入樁管時(shí)的擠土作用影鄰樁的質(zhì)量，當(dāng)樁的中心距不大于樁管外徑的3.5倍時(shí)，單樁的沉管作業(yè)必須在鄰樁混凝土初凝前完畢；否則應(yīng)采用間隔跳打的辦法進(jìn)行施工，中間樁需待鄰樁混凝土強(qiáng)度達(dá)成設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后來方可施工。樁機(jī)移位時(shí)不得壓樁。圖8-4-4單打法施工程序圖a.樁管就位b.沉管c.下設(shè)鋼筋籠d.灌注混凝土e.拔管圖8-4-5反插法施工程序圖a.樁管就位b.沉管c.下設(shè)鋼筋籠d.灌注混凝土e.拔管和反插f.樁管排出圖8-4-6復(fù)打法施工程序圖a.樁管就位b.沉管、灌注混凝土c.拔管重置樁尖d.復(fù)打e.下設(shè)鋼筋籠f.再次灌注混凝土g.再次拔管4常見質(zhì)量事故及防止沉管灌注樁常見的質(zhì)量事故的發(fā)生因素及其防止方法見表8-4-5。表8-4-5沉管灌注樁常見質(zhì)量事故的防止方法名稱事故原因預(yù)防措施樁身縮徑1.含水量高的淤泥質(zhì)軟土層在沉管時(shí)受到