锤击法施工方案

锤击法施工一、概述目前我们各地施打预应力管桩，以柴油锤为主。预应力管桩比一般的预制方桩强度高，耐打性好，穿透力强，承载能力大，因此有它一套特独的施工措施。1．锤击法施工的特点：1．1采用柴油锤锤击法施工管桩，由于设备重量轻，对施工场地的土质的地耐力（承载力）的规定低，通过性能相对很好，尤其适应在软土地区施工；1．2柴油锤整机重量轻，运送以便轻易。进出场费用低；1．3柴油锤施打管桩无边桩，在基坑中施工可减少土方开挖工作量，节省投资；1．4柴油锤施打管桩由于采用的是冲击载荷，管桩能穿透较厚的粗砂、圆砾和强风化岩层，对入土深度或持力层有规定的工程施工有更大的保证；1．5柴油锤施打管桩由于有冲击载荷，管桩的桩头轻易打碎，管桩损耗较大；1．6由于柴油锤施工时噪音大，液压锤已在我国逐渐开始生产和应用，但我国生产的液压锤数量较少，价格也较贵，目前还不能替代柴油锤。2．锤击法施工管桩的施工工序如下：测量定位——底桩就位、对中和调直——锤击沉桩——接桩——在锤击——（再接桩）——打至持力层——收锤。见图，分述如下：2．1测量定位由专职测量人员将施工图上的桩位通过轴线控制点逐一施放在打桩现场时，便在桩位中心点地面打入一只Φ6长约30cm的钢筋。使其露出地面5~8cm，再在其上扎一小片红布条，这就是俗称的“样桩”。由于预应力管桩的桩尖（靴）用十字型或开口型较多，靠一种点位来对中，误差较大，为此，在使用十字型桩尖（靴）时。宜在当日计划打装的几种桩位上，用白灰在“样桩”附近的地面上画上一种圆心与“样桩”重叠、直径与管桩桩径相等的圆圈，以以便插桩对中。2．2底桩就位、对中、调直打入地下的第一节管桩俗称“底桩”。底桩端部一般设有桩尖（靴）。底桩就位前，应在桩身划出以米未单位的长度标识，并按从下至上的次序标明桩的长度，以便观测桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。管桩节长较短，重量相对于方桩来说较轻，一般用单点吊将管桩吊直，先将管桩头部插入桩锤下面的桩帽套内，再用人工扶住管桩下端将管桩桩尖（靴）在白灰圈内就位。底桩就位后对中和调直这道工序对成桩质量起关键作用。假如底桩不对中，成桩后的桩位偏差会超过规范规定，“调直”，一是要使桩身垂直（斜桩规定到达设计倾斜角度）；二要使桩身、桩帽和桩锤的中心线重叠。假如，桩身未调直就开锤，不仅桩的垂直度会超过规范规定，并且会发生偏心锤击，易将庄头（顶）打裂击碎，因此，一般管桩的施工规范均规定底桩起吊就位插入地面时桩身的垂直度偏差不得不小于0.1%，，否则，要想法调直后才能开锤必要时，宜拔出重插，直至满足规定。测量管桩桩身包括打桩架导杆的垂直度，可用两台经纬仪在离打桩15m以外成正交方向进行观测，也可在正交方向上设置两根吊砣垂线进行观测校正。每台打桩机尚应配置一把长条水准尺，可随时测量桩身的垂直度。2．3打击沉桩这里首先要强调的是打底桩时需倍加小心，由于一般状况下表层土或表层涂下面的一层土比较松软，有时柴油锤冲击体自由落下去，可以一下子把整节桩压没在软土中，整个柴油锤也哗地一声落到地面甚至嵌入表土中，威胁人身安全，影响施工质量。因此，在软土层上打第一节桩时，需采用某些必要的技术安全措施。另一方面要强调的是在锤击沉桩的全过程中，桩锤、桩帽和桩身中心线应重叠，力戒打偏。2．4接桩过去我国有个别厂家的产品采使用方法兰盘螺栓联接，目前所有用端头板四面一圈坡口进行电焊联接。当底桩桩头（顶）露出地面0.5~1.0m时可暂停锤击，进行管桩接长工序：首先用钢丝刷将两个桩头上的泥土铁锈刷清，露出金属光泽，再在底桩桩头上扣上一格特制的接桩夹具（或称驳桩导向箍），将待接的上桩吊入夹具内就位，调直后先用电焊枪在接缝剖口圆周上均匀对称点焊4~6点，待上下节桩固定后拆除夹具（导向箍）再正式施焊，施焊宜由两个焊工对称进行，焊接层数不得少于两层焊缝应饱满持续。Φ550管桩，每个接头需耗用Φ4~Φ6国产E43或日产LB-52型焊条1.6~1.8kg，一种焊工需25~30min才能焊完，两个焊工约15min就可完毕。待焊缝自然冷却8~10min，便可继续锤击沉桩。2．5收锤当桩尖（靴）被打入设计持力层一定深度时，施工人员便要考虑终止锤击的问题。过早停打，桩的承载能力也许达不到设计规定；过迟收锤，桩身、桩头也许会被打碎。在停锤之前，施工人员一般均需获得桩身最终十击贯入度及最终一米沉桩锤击数等多种沉桩信息，假如符合事先确定的停打控制条件，即可收锤停打。停锤前这一系列工作，俗称“收锤”；终止捶击的控制条件，俗称“收锤原则”。二、施工准备工作1．调查场地及周围和环境2．清除障碍物3．组织施工图会审4．平整施工场地5．编制施工组织设计或施工方案管桩施工方案中，对的合理地确定打桩流水是很关键的一着。打桩流水应综合考虑下列原则后确定：5．1根据桩的密集程度与周围建（构）筑物的关系：若桩较密集且距周围建（构）筑物较远、施工场地较开阔时，宜从中间向四面进行；若桩较密集、场地狭长、两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始由近及远地进行。5．2根据桩的入土深度，宜先长后短。5．3根据管桩的规格，宜先大后小。5．4根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系，宜先高后低。6．现场放线定位7．管桩运至现场并对的堆放8．试打桩9．管桩基础施工前，应具有下列文献和资料：9．1建筑场地的工程地质及水文地质资料；9．2管桩基础的施工图及会审纪要；9．3施工组织设计或施工方案；9．4打桩设备（打桩机或打桩锤）的技术性能资料；9．5管桩的出厂合格证及产品阐明书；9．6有关管桩荷载、施工工艺（试打桩）的试验资料及附近工地的试验参照资料。三、柴油打桩锤的选择柴油锤爆发力强，锤击能量大，工效高，锤击作用时间比自由落锤作用时间长，因此锤击应力相对低某些，冲击体冲击距离（落距）随沉桩阻力的大小而自动调整，比较适合于管桩的施打。柴油锤分导杆式和筒式两种。筒式柴油锤是运用芯（上活塞或冲击体）往复运动进行锤击打桩；二导杆式柴油锤是活塞固定、缸体往复运动作为冲击体进行锤击打桩，因其锤击能量、使用寿命短已逐渐被淘汰。目前广泛应用的是筒式柴油打桩锤。尤其是近几年生产的筒式柴油锤，供油油门分4档，1档最小，4档最大，打桩时一般启用2~3档，操作者轻易掌握，捶击能量也比较轻易估算。有关筒式柴油打桩锤的构造原理及性能参见是一章的打桩锤一节内容。1．打桩锤的选择是个复杂的问题，需要考虑多方面的原因。衡量打桩锤选择的合理性，重要标志是：1．1能保证装的承载力满足设计规定；1．2能顺利或基本顺利地将桩下沉到设计深度；1．3打桩的破损率能控制在1%左右，最多不超过3%；1．4满足设计规定的最终贯入度最佳为20~40mm/10击；1．5每根桩的锤击数宜在1500击以内，最多不超过~2500集。2．国外有试验成果表明：28天强度为49MPa的混凝土，当锤击压应力为混凝土强度的75%（37MPa）时，锤击819次破坏；当锤击应力为混凝土强度的45%~57%（22~28MPa），时锤击2400次破坏；当锤击应力为35%~50%（17~24MPa）时，锤击2670次破坏；当锤击应力为27%~33%（13~16MPa）时，锤击3400次破坏。实际打桩时，一般规定打桩压盈利控制在混凝土极限强度的50%以内，锤击1500次左右不会发生疲劳破坏，超过2500次就有也许发生疲劳破坏，因此打桩时锤击次数不适宜超过（PC桩）~2500（PHC桩）次。同样的理由，对最终贯入度控制值也不能认为越小越好。贯入度定的太小，锤击数必然增多，还会减少柴油锤的使用寿命。实践表明：到达设计承载力的最终贯入度控制值为20~40mm/10击时，桩锤的选择是比较理想的。一般来说，假如最终贯入度控制值超过60mm/10击就能到达设计承载力的规定阐明选用的柴油锤过大。3．选择柴油锤重要应考虑：3．1要保证单桩承载力能到达设计规定；3．2要考虑桩的入土深度即桩桩自重大小；3．3要根据土质、岩性和布桩状况来选择锤型；3．4要保证冲击压应力不超过桩身混凝土极限强度的50%。4．根据各地经验，每个型号的柴油锤，其最大的成桩能力（单桩竖向极限承载力）约为100倍的型号数（KN），如D45柴油锤，最多可打继续承载力4500KN的桩。因此要打设极限承载力为4000KN的Ф500mm预应力管桩，首先可排除D25和D35柴油锤，只有D40及D40以上的柴油锤可以考虑选用。但D40以上的柴油锤型号是多种的，有D45、D50、D60（62）、D80等，此时有的工程师凭经验按锤重与桩重的比例来深入选锤：一般土质状况下，柴油锤冲击体重量与成桩桩重之比可取0.5，若软土较厚，可取0.4。如估计Φ500mm壁厚100的管桩入土深度肯达32m，则桩重约为WP=3.33KN/m×32m=106KN,则锤重应≥0.5WP=0.5×106=53KN故应采用D60或D62型柴油锤。5．柴油锤的型号尚可根据高应变动测法配合测试的试打桩成果进行选择，大体做法如下：5．1根据经验措施初步选定柴油锤型号作为试打桩时采用的柴油锤；5．2现场试打桩，用高应变动测法配合测试，获得多种需要的打桩信息，如最大的锤击压应力、拉应力、每米沉桩锤击数、总锤击数、单桩竖向极限承载力、到达极限承载力时的贯入度、桩尖持力层及进入持力层深度等；5．3根据试打桩时获得的打桩信息，再根据本节上例标志，分析初选打桩锤与否合理，必要时可合适调整。四、施打管桩注意事项除合理选锤和对的确定收锤原则这两点外，尚应强调：1.要重视桩帽及垫层的设置桩帽的构造、尺寸以及垫层的厚薄、软硬，对打桩施工的顺利与否、工程质量的好坏关系十分亲密，必须引起高度重视。桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性。桩帽宜做成圆筒型，套桩头用的筒体深度宜为35~40cm，内径应比管桩外径大2~3cm，由于套筒深度太浅，桩帽轻易从桩头处脱离；套筒深度太深，若桩身或桩帽稍有倾斜，套筒下沿口的铁板会磕伤桩头处的混凝土。若套筒与管桩之间的空隙太小，套筒套入装头比较困难，尤其是当套筒套入桩头后，只要桩身有一点倾斜，桩头处混凝土就轻易被挤坏；若套筒与管桩的间隙太大，桩帽中心与桩身中心不易重叠，打桩时轻易发生偏心锤击。因此桩帽的构造、尺寸做得与否合理，对打桩质量的影响较大。桩帽的垫层有“桩垫”和“锤垫”之分：“锤垫”设在桩帽的上部，与柴油锤的下冲击体接触，其保护柴油锤和桩头的作用，“锤垫”一般用坚纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳制作，厚度宜取15~20cm。“桩垫”设在桩帽的下部套筒里面，与管桩桩顶面相接触，一般是用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板凳材料制作。桩垫厚度应均匀，软硬合适，经锤击压实后的厚度不适宜不不小于12cm。软厚合适的桩垫，可以延长锤击作用时间，减少锤击应力，起到保护桩头的作用。由于柴油锤冲击力大，桩垫很轻易被打碎，因此在打桩期间应常常检查，及时更换补充。有些打桩操作工人，在桩帽中不放垫层，或者只放一层薄薄的垫层，成果桩头被打烂；有些工地，垫层长期不更换，垫层结块变形，高下不平，失去弹性，庄头也很轻易被打碎。2.要自始至终保持桩身垂直，力戒打偏建筑中使用的管桩，大多数是直桩。施打直桩时，规定桩身在施打过程中自始至终保持铅锤状态，这不仅是为了保证成桩的垂直度，也是防止管桩受偏心锤击而被击碎的一条重要施工控制措施，因此打桩时桩锤、桩帽和桩身中心线应重叠，也就是说三体中心线保持在同一铅垂线上，如有偏差应随时纠正，尤其是第一节管桩的垂直度偏差对整根桩的成桩质量起着重要作用，故要十分重视第一节桩的插设工作。规范规定，预制桩的成桩垂直度偏差不得不小于1%，而第一节底桩的垂直度偏差不得不小于0.1%，阐明第一节底桩锤制度控制要严格，一般来说，第一节底桩沉入土中的垂直度偏差小，整根桩的垂直度偏差也不会太大，同步，打桩的破损率也会减小，由于桩身一倾斜，桩顶端面与打桩锤的接触面就减少，应力集中，锤击偏心。预制方桩桩身倾斜，多数状况下，桩顶与打桩锤的接触点成一条线，而预应力管桩桩身倾斜，桩顶与打桩锤的接触仅仅是一种点，因此桩身倾斜时打桩，管桩比方桩更轻易被打碎。3.要保证管桩接头的焊接质量接头质量好坏关系得到整根桩质量的好坏，从我国各地生产的管桩产品来看，几乎全是电焊接桩。电焊接桩时，可用手工电弧焊或粉芯焊丝自保护板自动焊，目前我国极大多数工地的管桩焊接采用手工电弧焊。选用焊条直径应能满足焊透坡口根部的规定，焊接坡口根部时应选用Φ3.2焊条，其他部分可选用Φ4~Φ5焊条。焊接时电流强度应与所用的焊机和焊条向匹配，施焊应对称，分层、均匀、持续进行，焊缝应持续饱满。若在大风天和雨天施工，应有可靠的防风、防雨措施。在冬季0℃如下天气中施工，应采用防风和预热措施，预热可用氧乙炔火焰均匀烘烤的措施，使母材温度到达36℃以上才进行施焊。焊接后应进行外观检查，焊缝不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等表明缺陷。焊接结束后，焊缝应自然冷却后，才能继续打桩，自然冷却时间一般不适宜少于8分钟，严禁用水冷却或焊好即打，这是由于焊好即打，高温的焊缝碰到地下水会冒白烟，如同淬火同样，焊缝轻易变脆而被打裂。当管桩较密集且桩街头有较大裂缝时，打桩引起的土体上涌，有也许将桩接头拉断，导致严重的质量事故。4.在较厚的粘土、粉质粘土层中施打多节管桩，每根桩宜持续施打，一次性完毕由于此类土层中打桩，桩周土体迅速破坏，空隙水压力剧烈上升，土的抗剪强度大大减少，桩身的贯入相称轻易，但若中间停歇下来，土中空隙水压力逐渐消散，桩周土体发生固结，停歇时间越久，固结力越大，再想要打动这根桩，需要增长更多锤击次数，有的甚至桩身打不动而先将桩头或接头打烂。有些施工单位在打多节管桩的大面积群桩时，喜欢采用大流水施工作业法，即先将几十根甚至上百根群桩的底桩（第一节桩）插好并打至地面，然后再一起将第二节桩接上去，再将第二节桩打至地面，再一起接上第三节，如此反复直至所有桩打至持力层。这种大流水作业法的长处是施工速度快，缺陷是每一根桩不是一次性施打完毕，每节桩之间的施打间歇时间较长，在固结力较大的粘土、粉质粘土层中，轻易将桩头或接头打烂。此法另一种缺陷是配桩固定，不能随地质条件的变化而及时调整配桩长度，挥霍较大。20世纪80年代中期，华南某管桩工程，设计采用Φ550管桩，根据地质勘察资料，强风化岩层顶面埋深约30m，强风化岩上面厚30m的复盖层，是可塑或硬塑的粘土、粉质粘土，施工单位采用三节10m长的管桩进行配桩，采用大流水施工法，第一节第二节都是采用45型柴油锤施打，沉桩较为顺利，但打第三节桩时，设计采用60型柴油锤施打并收锤，由于当时租用60型柴油锤较为困难，中间停歇整整一种月，成果用60型柴油锤施打第三节桩时40%以上的桩头或接头被打碎，导致重大施工质量事故。当然，为合适提高打桩速度，可以采用流水打桩施工作业法，但需在本台班内将这批流水作业的桩所有打至持力层。5.承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不适宜超过2m管桩收锤后桩头（顶）高出地面是一种挥霍。施工人员在收锤之前的打桩过程中，借助送桩器将桩头（顶）沉至地面如下的工序和措施，叫送桩。根据广东地区的施工经验，承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不适宜超过2米，否则桩头轻易被打碎，桩顶偏位也较大。打桩至送桩宜持续进行，即打即送，由于间歇时间一长，桩周土体固结，送桩送不下去，也很轻易将桩头击碎。由于送桩奇是套在桩头上，与桩头的连结时非刚性的，锤击能量在这里的传递是不顺畅的，损失较大，因此，同一大小的冲击能量，直接作用在桩头上，测出的贯入度要打某些，装上送桩器后测出的贯入度要小某些，故送桩收锤贯入度应比不送桩收锤贯入度要小某些。据不少施工单位的经验，在一般工程地质条件下送桩，收锤贯入度可按比不送桩贯入度小5mm来控制。要保证送桩质量，合理设置送桩器的构造构造至关重要。送桩器宜做成圆筒型，并应有足够的强度，、刚度和耐打性。送桩强度应满足送桩深度的规定。送桩器上下端面应平整，且与送桩器中心轴相垂直，假如上下端面与中心轴线不垂直，轻易产生偏心锤击，将桩头击碎。送桩时，送桩器轴线必须与桩中心线一致，不得在晃动的状况下进行锤击。送桩器下端面应设置排气孔，排气孔孔径不适宜不不小于管桩内径的十分之一，目的是使管桩内腔的空气与大气相通，送桩作业时，便于管桩内腔中的水分和空气外溢，否则管桩轻易产生竖向劈裂裂缝。送桩器应与管桩外径相匹配。合用于管桩的送桩器下端部有两种形式：套筒式和插梢式。套筒式送桩器下端的套筒深度宜取25~30cm，外径应比管桩内径小2~3cm，否则送桩时轻易损坏桩头混凝土。送桩作业时，送桩器与管桩桩头之间应设置1~2层麻袋或硬纸板作衬垫。当桩为摩擦桩或以摩擦为主的端承摩擦桩且桩端持力层顶面埋深标高基本一致时，送桩深度可超过2m。五、打桩收锤原则收锤原则即终止打桩的控制指标，对打桩工程质量起着至关重要的作用。收锤原则定得恰当，管桩承载力可满足设计规定，打桩的破损率较低甚至为零；收锤原则定得不恰当，将导致工程质量事故。1.通过试打桩确定收锤原则试打桩应在正式动工前进行。当地质条件复杂、持力层起伏较大时，试打桩数量可合适增多。试打桩的规格、长度及地质条件应有代表性，应选在工程地质钻探孔附近，施打条件应与工程桩一致。通过试打桩，可以理解管桩的可打性，验证选锤的合理性，在保证承载力设计值的前提下提出比较适合实际的可操作的收锤原则。用高应变动测仪器设备配合柴油锤打桩机进行现场试打桩，可以尽快地确定比较合理的收锤原则。实践证明，当相似地质条件的动静对比资料积累较多且有经验时，用高应变动测法测出的管桩承载力可以满足工程需要，并且省时省费用。2．在试打桩中采用高应变动测仪器设备配合测试时，其基本操作程序如下：（1）按地质资料提供的预估桩长加长3~4m作试打桩的配桩长度，使用与正式打工程桩同一型号的柴油锤并按常规施工法进行试打，作好打桩施工记录。（2）当桩尖靠近持力层时暂停锤击，在桩头处装上传感器，启动打桩分析仪的同步，重新开锤施打。（3）用实测曲线拟合法鉴定桩的承载力。当打桩分析仪显示屏显示瞬时阻力值为Quk/a或γsp·R/a时停止锤击，测出桩的入土深度，测绘出收锤回弹曲线，量出最终贯入度和桩土弹性压缩量Cp+Cq值，记录每米沉桩锤击数，以及最终一米沉桩锤击数。根据地质资料分析桩尖进入持力层深度。高应变动测仪在测出承载力的同步，还应测出桩身最大压应力值。Quk为单桩竖向极限承载力原则值；R为单桩竖向承载力设计值；γsp为桩侧阻端阻综合抗力分项系数，取γsp=1.65；a为土的时间效应系数，由当