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沉管樁機或錘擊沉管樁機等將帶有封口樁尖的樁管直接打入地層至設(shè)計深度成孔，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具和辦法不同，可分為振動沉管灌注樁、錘擊沉管灌注樁和振動沖擊沉管灌注樁。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)境有擠土和振動影響；在軟土中成樁易于產(chǎn)生縮頸缺點。沉管灌注樁的合用范疇振動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.施工機械與設(shè)備2.1振動沉管打樁機振動沉管打樁機由樁架、振動沉拔樁錘、卷揚機、行走機構(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。為了保持樁架的穩(wěn)定，振動沉管打樁機都有較大的底盤。樁架上設(shè)有三臺卷揚機，一臺用于提高樁錘和樁管，一臺用于沉管時對樁管加壓，另一臺為提高混凝土料斗用。振動沉管打樁機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振動沉拔樁錘振動沉拔樁錘含有沉樁和拔樁雙重作用。振動沉拔樁錘按動力不同可分電動沉拔樁錘和液壓沉拔樁錘。慣用的電動沉拔樁錘均為偏心振動機構(gòu)，有高頻、中頻、低頻、加壓、可調(diào)偏心力矩及雙錘聯(lián)動等類型，功率7.5kW～150kW，激振力55kN～1354kN，規(guī)格眾多（圖8-4-2）。施工時根據(jù)地層條件、沉管深度和樁管直徑選擇振動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樁錘的合用范疇。部分國產(chǎn)電動振動樁錘的型號、規(guī)格及技術(shù)性能見表8-4-3。液壓振動沉拔樁錘現(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振動沉拔樁錘圖8-4-1振動沉管樁機圖8-4-2振動沉拔樁錘圖8-4-1振動沉管樁機表8-4-1樁架型號及技術(shù)性能表型號項目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)廠家瑞安建機廠北京樁機廠湖南樁機廠蘭州建筑機械廠8-4-2振動沉管樁選用振動錘的激振范疇振動錘激振力（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錘擊沉管打樁機錘擊沉管打樁機由樁架、樁錘、卷揚機、行走機構(gòu)等部件構(gòu)成。樁架的構(gòu)造形式和技術(shù)性能與振動沉管打樁機的樁架基本相似。樁錘按動力和工作方式不同，可分為單動氣錘、雙動氣錘、柴油打樁錘、電動落錘、柴油機落錘等類型；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力，也可用壓縮空氣作動力。落錘是一種用卷揚機提起后，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：普通采用電動落錘和柴油機落錘，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；柴油機落錘質(zhì)量為7.0t。選擇樁錘時可用下列公式復(fù)核：（8-4-1）式中K——合用系數(shù)：雙動氣錘、柴油錘K≤5，單動氣錘K≤3.5，落錘K≤2；M——錘重（t）；C——樁管重（涉及樁帽與樁墊）（t）；E——樁錘的一次沖擊動能（t·m）表8-4-3電動振動沉拔樁錘型號及技術(shù)性能表生產(chǎn)廠家型號電機功率（kW）激振力（kN）允許加壓力（kN）允許拔樁力（kN）樁錘質(zhì)量（t）浙江瑞安長虹樁機制造廠DZ45KS22×22701001303.70DZ60KS30×23601202004.50DZ75KS37×24401402005.20DZ90KS45×25201803006.05浙江瑞安建機廠DZ3030160/210801202.92DZ3737230/260801203.38DZ5555280/3501001504.84上海工程機械廠DZ40A90400/5502604.9/6.2DZ6090410/6802606.67蘭州建筑通用機械廠DZ3030157/2311601.86DZ4545281/340/3702003.456DZ6060405/4862504.492DZ9090450/541/6773005.864DZ1201206694008.82DZ150150812/1080/13545009.34北京樁機廠DZ-800090400804.80CH20552301003.50桂林建機廠DZF-30Y30130~19080100DZF-40Y40148~256801003.40湖南樁機廠DZG-37K37191.6781204.703DZG-45K45239981604.800DZG-75K754281503006.725表8-4-4液壓振動沉拔樁錘型號及技術(shù)性能表型號振動錘功率（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)刻有醒目的標尺，方便施工中進行入土深度的觀察。（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，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翗都獾膹姸鹊燃墤?yīng)不低于C30，樁尖外徑應(yīng)比設(shè)計樁徑大20mm，長500mm～700mm,錐尖角度45°～60°；用于堅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（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，將樁管對準預(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入管內(nèi)。當(dāng)使用活瓣樁尖時，沉管就位前先將活瓣樁尖收攏并捆綁好；樁尖對準樁位，運用樁管自重和樁機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%）后即可進行沉管作業(yè)。當(dāng)采用錘擊法沉管時，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，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，另換新的重新打入。在沉管過程中地下水或泥土可能進入樁管時，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，沉管過程中嚴禁上提樁管，以防樁管與樁尖脫離，地下水或泥土進入樁管，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)計樁長同時控制；③純端承樁應(yīng)以貫入度為主，設(shè)計樁長為輔。（2）振動沉管操作要點①首先采用靜壓沉管。當(dāng)靜壓沉管不能下沉?xí)r，再啟動振動器，邊振動邊加壓沉管。振動沉管時可收緊鋼絲繩加壓，或用配重加壓，以提高沉管效率。收緊鋼絲繩加壓時，應(yīng)注意避免抬起樁架發(fā)生事故。②沉管時應(yīng)根據(jù)地層狀況調(diào)節(jié)振動器的頻率，使其靠近土體的共振頻率，以求得最快的沉管速度。③振動沉管貫入度的控制：最后一次抬空持續(xù)20s時的貫入度應(yīng)不大于20mm。必須嚴格控制最后兩個兩分鐘的貫入速度，其值按設(shè)計規(guī)定，或根據(jù)試樁成果和本地長久的施工經(jīng)驗擬定。測量貫入速度時應(yīng)使配重及電源電壓保持正常。④必須根據(jù)設(shè)計規(guī)定和試樁成果嚴格控制最后30s的電流、電壓值。（3）錘擊沉管操作要點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)計標高或規(guī)定的貫入度。②沉樁全過程必須有專職的統(tǒng)計員做好施工統(tǒng)計，每根樁的施工統(tǒng)計均應(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)驗擬定。④測量沉管的貫入度應(yīng)在下列條件下進行：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.用氣錘時氣壓力符合規(guī)定。3.1.3灌注混凝土沉管至設(shè)計標高或規(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)有無吞樁尖和進泥、進水；接著用吊斗將混凝土從樁管進料口灌入樁管內(nèi)。灌注時應(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，混凝土應(yīng)一次灌足；打長樁時，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，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。拔管過程中振動或錘擊不得中斷，樁管內(nèi)最少有2m高的混凝土。（2）振動拔管操作要點當(dāng)混凝土灌滿樁管后，先振動5s～10s，再開始拔管；邊振邊拔，邊補灌混凝土。每拔0.5m~1.0m停止拔管，振動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。用活瓣樁尖時拔管宜慢，用預(yù)制樁尖時可適宜加緊拔管速度。（3）錘擊拔管操作要點①當(dāng)混凝土灌滿樁管后，便可邊錘擊邊拔管，同時補灌混凝土，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)計標高之前，倒打和輕打不能中斷。3.2反插法采用反插法時，樁管灌滿混凝土后，先振動再拔管，邊振邊拔，每次拔管高度0.5m～1.0m，再振動下沉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度及擴大樁的局部斷面，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：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，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，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孔效果較好，在密實砂土層中的擴孔效果較差。采用復(fù)打法時應(yīng)注意下列事項：①第一次灌注混凝土應(yīng)達成自然地面。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)計有鋼筋籠時，鋼筋籠應(yīng)在最后一次復(fù)打到樁底時放置。3.4安裝鋼筋籠當(dāng)樁身配備鋼筋籠時，第一次灌注的混凝土應(yīng)先灌至籠底標高，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)計標高。為確保鋼筋籠在樁內(nèi)的保護層厚度滿足設(shè)計規(guī)定，鋼筋籠制作時，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；卸下振動器，從樁管上口插入鋼筋籠；振動器的兩根偏心軸分別由兩臺電動機帶動，振動器中間有大通孔，從振動器上方插入；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，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行施工，中間樁需待鄰樁混凝土強度達成設(shè)計強度的50%后來方可施工。樁機移位時不得壓樁。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)軟土層在沉管時受到