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1、預應力混凝土管樁錘擊法施工工藝工法1 序言1.1 工藝工法概況預應力混凝土管樁是一個打入土中，長細比很大管狀細長構件，管樁上部和承臺（梁）聯結組成樁基礎。依據材料及結構不一樣，該種構件關鍵包含：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取先張法預應力工藝和離心成型法制成一個空心筒體細長混凝土預制構件，其結構關鍵由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。中國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，使錘體中活塞向上運動一定高度，然后自由落體，產生沖擊2、力作用到管樁樁頂，使管樁下沉，管樁下沉到一定深度，經過管樁樁身和周圍土體摩阻力和樁尖端阻力共同作用，以達成設計承載力施工方法。2 工藝工法特點2.1 預應力管樁能很好地適應多種軟弱地址條件及荷載情況，含有承載力大、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，并能采取機械化施工，大大提升了施工速度。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。采取工廠化預制，確保成品質量。3 適用范圍3.1 適適用于通常黏性土及填土、淤泥和淤泥質土、粉土、非自重濕陷性黃土等土層中使用，大量應用于提升多種建筑基礎承載力。沿海地域，因為軟弱土層厚、持力層埋藏較深3、，不宜作為基礎持力層，或地基中有暗溝、深坑、古河道等情況，更適合于采取預應力管樁作為建筑樁基礎。3.2 建筑物荷載過大，地基軟弱，地下水位較高而采取明挖基礎沉降量過大，建筑物不許可有較大沉降；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 關鍵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)鐵路橋涵設計基礎規范(TB 10002.1)公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80-1)5 施工方法樁機進場后就位，將預4、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，同時應在管樁側面或樁架上設置標尺并做好統計。待一根插打到一定位置后接長管樁，循環以上步驟，直抵達成設計深度為止，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 工藝步驟及操作關鍵點6.1 施工工藝步驟預應力混凝土管樁施工工藝步驟圖（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入土深度及樁機選擇吊裝喂 樁插樁、觀察垂直度送樁做好觀察統計整理資料樁機移位圖2 預應力混凝土管樁施工工藝步驟圖65、.2 操作關鍵點 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，并依據地質情況確定沉樁方法和選擇沉樁機械。2 作出樁位編號圖，樁位施工次序圖、關鍵工藝操作過程要求，對擬用原材料質量證實文件進行判別認可，編制進度計劃，指定確保施工質量方法。 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、坑和地下舊有建筑，地下管網等。打樁機行走路線要平坦堅實，場地平整范圍通常為建筑物基礎以外46m以內整個區域，地基承載力大于100KPa。2 抄平放線。首先采取光電測距儀和精密水準儀從測網控制點引入，放出建筑物軸線，再以軸線控制樁定出基礎每個樁位（樣樁），其偏差不得超出6、20mm。周圍最少設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正確性影響。3 進樁應盡可能堆放在樁機前進方向右側，一次就位，上下樁配套供給，堆放在堅實地上。運到現場樁應該按要求進行質量復查，不符合標準樁嚴禁使用。試 樁為了選擇合理施工方法和施工機具；決定樁入土深度，使樁有足夠承載能力，為一系列沉樁施工提供正確現場數據，使管樁施工滿足設計要求，進行試樁。試樁過程中使用多種測量儀器，在使用前應進行校驗。用墜錘、單打錘沉樁，統計每下沉1m錘擊數和全樁總錘擊數；最終加打5錘，統計樁下沉量。算出每錘平均值 ，作為停到貫入度，單位以mm計。用柴油錘、雙動汽錘沉樁。統計每下7、沉1m錘擊時間和全樁總錘擊時間；在剩下1m左右時，統計每10cm錘擊時間，取最終10cm每分鐘平均值作為停到貫入值，單位以mm計。沉樁次序沉樁次序應依據現場地形條件、土層情況、樁距大小、斜樁方向、樁架移動方便等綜合原因來確定，同時應考慮使樁入土深度相差不多，土壤均勻擠密。通常基坑不大時，打樁應從中間分向兩邊或周圍進行；當基坑較大時，應將基坑分為幾段，以后在各段內分別進行，沉樁應避免從周圍向中間進行，以免中間土壤被擠密，造成樁貫入困難，在亞黏土和黏土地域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4倍樁徑時，可不受此次序限制。假如在沉樁施工周圍有建筑物或地下管線時，則8、沉樁次序應背著被保護建筑物方向進行或采取跳打方法，以免沉樁時擠土對其造成危害。 6.2.5沉樁施工沉樁前應對樁架、樁錘、動力機械、壓縮空氣管路等關鍵設備進行檢驗，如有不妥立即更正處理或更換。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，但在打樁過程中要處理好以下多個方面問題。1 錘擊沉錘應用適合樁頭尺寸樁帽和樁頭襯墊。樁帽作用是保持樁頭正位，避免錘擊應力集中和錘擊偏心，使打樁時打擊應力得到緩沖和均勻分布，以延長撞擊連續時間和樁貫入，樁帽在樁頭上要套得松些，以使樁頭能夠轉動，但也不要套太松，以免影響樁帽、樁身和樁錘軸線重合。2 適宜打樁襯墊既能夠9、延長樁錘打在樁頭接觸時間還能夠增加打樁貫入力，也不會降低貫入度。當樁身較短，樁靴下阻力通常時，可用810 cm厚木墊，當向很軟土層施打長樁時則應用1520 cm厚木墊，當木墊被打硬、燒壞或打破砸裂產生不平等情況，全部應立即更換。對于每一根樁標準上全部應該是各使用一個新墊。對極難打人管樁，在同一根樁沉樁過程中，也可適時地更換新墊。3 打樁開始時，經過觀察校進樁豎直線或斜樁要求傾斜度，打樁一開始就應保持好正確垂直軸線，以避免樁頭受偏打。提議采取固定式導桿，橫軸線和導桿軸線脫離平行時，要立即糾正。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靠近樁10、頭處來校正樁位置和方向，以免使樁受到損害。要確保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，對于樁頭棱邊和隅邊，則要做出小斜角。打樁中要常常觀察樁錘有沒有偏打和有沒有錯位、襯墊有沒有不平、樁帽有沒有晃動，因為這些易引發樁頭破裂。4 假如打樁開始時土層阻力很小，則要降低樁錘錘擊速度。在預估軟土層中打樁時或在打出現輕易進情況之下，全部應降低錘擊速度，以免產生致裂拉應力。在施打長樁經過軟土層時，降低錘速尤為有效；射水沉樁時，要避免在樁靴周圍或樁靴下邊射水，因為這將沖空樁靴底部或減弱阻力。對于很多砂層沉樁來說，最好使用大型樁錘打下，而不宜采取射水和錘擊并用施工法。5 每根樁一經開打標準上11、就不能中止，應連續直至打完。確定“停打”是一項關鍵控制項目，應由施工技術責任人控制。因為打樁中止一定時間或樁深度不夠，樁周土質將趨于密實，摩阻增大不利樁貫入，同時可能造成樁被打壞。打樁停打深度，標準上是要使樁靴貫入持力層(非巖石層)內23倍樁徑程度。6 為了降低打樁應力，對于所需打擊能量，要使用重錘低打，而不是采取輕錘高打。應嚴格控制多種樁錘動能：用墜錘和單動汽錘，控制單動汽錘落錘高度調整裝置；用雙動汽錘時，可少開汽閥降低汽壓和進氣量，以降低每分鐘錘擊數；用柴油機樁錘時，可控制供油量以降低錘擊能量。以后視樁人土情況，逐步加大沖擊能量，至樁入土深度和貫人度全部符合設計要求時為止。墜錘落距標準上限12、在2 m以下，單動汽錘落距標準上小于0.6m。6.2.6 斜樁作業1 斜樁施工時，樁機下必需鋪墊厚鋼板。樁機履帶應完全處于承墊鋼板上，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，預防樁機前后俯仰，降低沉樁時斜率改變。放樁位前，先按斜樁樁頂到地面距離及斜樁方向，計算樣樁提前量，然后再放樁位。2 斜樁斜率控制，樁架上設置導向架，并確保樁身和導向架一直處于平行狀態。斜樁施工中，下節樁最為關鍵，在樁尖入土34 m之內，應加強斜率監控，若發生垂直度和斜率改變，應立即修正；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13、作業沉樁過程中通常全部需要接樁。接樁應要求快速，盡可能縮短停打時間，如停打時間過長，則周圍土壤恢復使樁不易打入。樁頭結構有多個形式，現在關鍵為法蘭式樁頭和焊接式樁頭結構。法蘭式樁頭接樁時，將上下兩節樁法蘭螺孔對好，并將上下兩節樁縱軸線對準，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驗上下兩節樁縱軸線符合要求后，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。法蘭式樁頭優點是接樁快速，操作方便；但法蘭式樁頭結構復雜，用鋼量較多，制造麻煩。焊接式樁頭結構簡單，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，但假如采取管狀焊絲半自動電弧焊則接樁施工14、也很方便。樁身破損探查方法1 灌水探查向樁內灌水，如水面快速下降，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混凝土塊被打壞處鋼筋向內屈曲情況及破損處標高；并可探測樁內水位及泥面標高。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。送樁器應含有足夠強度和剛度，其長度為樁錘可能達成最低標高和估計樁頂沉入標高之差，再加上合適余量。送樁器剛度宜盡可能靠近樁身剛度，且應考慮能盡可能減小上拔時阻力；送樁器應和管樁直徑相適應，樁帽宜套人樁頂3015、40cm。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，很輕易使樁平面位置產生偏差，尤其是送樁深度超深，樁偏斜越大。故施工中必需確保“送樁桿，和樁身縱向軸線保持一致。送樁達成深度后，“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出擬送樁深度，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1/3。結合實填材料數量來掌握填充高度，并用吊錘探查查對填充高度，預防超填，如超填可用吸泥機吸出。2 填充16、混凝土當樁內無水，或樁內經過封底處理將樁內水清除潔凈以后，可用通常灌筑方法填筑混凝土，灌注不宜過快，逐層插搗密實，要掌握估計數量和實際填筑數量基礎相符。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荷載。3 用水下混凝土填充可參考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根據下表控制。表1 預應力混凝土管樁插打次數項目提議限制總打擊次數次最終10m范圍打擊次數800次7 勞動力組織依據工程特點、現場施工需要，預應力混凝土管樁所需勞動力以下表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17、13機長24裝吊工15指揮16焊工27普工58后勤19司機28 關鍵機具設備8.1 樁錘 樁錘選擇1 沖擊能。 E250P式中 E錘一次沖擊動能(Nm) P單樁設計荷載(KN)2 按樁反復核適用系數。 K=(M+C)W式中 K錘適用系數 M錘重(錘總重量)(kg) C樁重(包含送樁及樁帽、樁墊)(kg) w錘一次沖擊動能(kgm)算出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，上列系數可提升50來選擇樁錘。凡使用錘擊法沉樁，標準上采取重錘低打。為了充足發揮錘效率，在選擇單動汽錘或墜錘時其重量最好為樁重1.52倍，18、如超出2倍時可調整落錘高度。如無不適宜錘，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 筒式柴油打樁錘關鍵技術規格單位型號D2-12D2-18D2-25東風7135上活塞重量kg1200180025003500上活塞行程mm2500256025002500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19、 mm0.50.50.50.5重量kg27004200575080008.2 射水設備射水設備必需配合錘擊沉樁使用。配合方法應依據地質情況選擇：以射水為主或射水和錘擊同時進行；或射水和錘擊交替使用。采取任何一個方法，當樁尖靠近設計標高時，均應停止射水。單純用錘擊下沉，使樁尖進入未沖動土中，停止射水標高，可依據沉樁試驗確定數據及施工情況決定，當沒有資料時，不得小于2 m。8.2.1 水壓和水量計算實際施工中需要水量和水壓，因地質條件和所用樁錘配合不一樣，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水壓、水量可參考表4。表4 水壓和水量樁穿過土層沉樁深度（m）射水嘴處水壓（MPa）每根20、樁用水量（L/min）細砂、黏砂土、泥砂、淤泥、松軟黏土15250.71.0100012001200150025351.01.5120015002500351.52.0300025003500原始地層砂及黏砂土，含有卵石及礫石砂、中等緊密砂黏土及黏土15251.01.51500250025351.52.0300025003500352.02.53000400035005000密實礫石層/2.54.5/30003500要求水泵工作壓力為： H=H1+H2+H3式中 H1射水嘴處需要水壓 H2水在管路中上升所需水壓 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水壓并查表得出每樁耗水21、量就可選擇高壓多級離心水泵型號和電機功率。如單臺水泵工作性能不能滿足水壓要求時，可將幾臺一樣水泵串聯使用。這么其最終出水管水壓為各泵之和，而水量為單臺水泵水量。如已經有單臺水泵水量不能滿足要求時，可將多臺水泵并聯使用，立即各臺水泵全部連接在一條干管上，再連接到射水管使用。干管水量略小于各臺水泵水量之和，而水壓等于并聯各水泵中水壓最小一臺。并聯時管路連接應盡可能地減小交角以減小水壓損失。若單臺水泵水壓和水量全部不能滿足要求，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尺寸盡可能和水泵出口管徑相同，固定節段用鋼管，必需活動節段采取膠管，和射水管聯接一段膠管可使用比固定管路細部22、分膠管，但其內徑不應比射水管更小。鋼管和膠管如無出廠證實，應補作水壓試驗。射水管通常要比輸水管細，要堅固，方便起吊和拼接。通常射水管內徑多用76 mm以內。射水嘴大小依據工作水壓及水量選擇。9 質量控制9.1 易出現質量問題預應力混凝土管樁施工過程中常出現樁貫入度忽然降低；基礎樁身忽然急劇下沉；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 確保方法 樁貫入度忽然降低。通常是樁由軟土層進入硬土層，或樁尖碰到石塊等障礙物。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，或改用能量較大樁錘。 基礎樁身忽然急劇下沉，有隨時發生傾斜或移位可能，通常是由23、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方法。 樁發生傾斜或樁位移動。產生原因，通常是樁尖不對稱，或遇障礙物，或樁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，且傾斜移位值已超出許可限值時，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。為樁尖碰到障礙物，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24、或樁身有彎曲時，除加強檢驗外，通常可不做處理。 樁身涌起。在軟黏士中沉樁，先沉下樁能隨土涌起而上涌。涌起樁承載力將降低。應選擇涌起量較大樁做沖擊試驗，如合格可不復打，如不合格除該樁應復打外，并應將其它涌起樁一樣再做沖擊試驗和必需復打。10 安全方法10.1 關鍵安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，而且吊裝關鍵使用大型吊裝設備，吊裝難度較大；依據工程特點、所在地地理環境、進行安全風險分析并制訂安全專題方案。10.2 確保方法建立健全工程項目相關安全管理制度，對于全部進場施工人員進行上崗前安全文明教育和安全技術交底，并查對特種作業人員上崗證，具體安全方法以下： 樁機25、安裝完成后，應組織相關人員進行檢驗驗收。關鍵檢驗各部件在空載時運轉是否自如，有沒有異常響聲，有沒有振動破壞現象，配重鐵塊是否鎖緊，并檢驗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各位,不得隨意串崗或進行和作業無關事情；起吊重物時需有專員指揮，且起重臂下嚴禁站人。 起重機其中范圍不得超出起重性能要求指標。起吊管樁時，索具應吊在管樁0.3L（L為管樁長）以上位置，但離樁端必需大于1m；起重機吊樁進入夾持機構后，在壓樁開始之前，起吊鋼絲繩必需放松，壓樁時則隨沉樁速度不停放松，使吊鉤一直處于不受力狀態，最終經過司索工26、人工脫鉤，這么既能夠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管樁傾斜造成管樁折斷，從而發生斷樁從高處掉下意外事故。 10.2.4施工完成樁頭上面要加蓋，以防行人或雜物等掉入。11 環境保護方法11.1 改善施工方法在打樁前，預先打入鋼板樁，能夠用它來阻止沉樁時土體部分側向變形。設置排水和防擠砂井，能夠使用超靜水壓力很快消散，降低土體體積變形。砂井可采取取土換砂，有條件可采取袋裝砂井。設置管井井點降水，預先排出場地土層飽和水，對削除沉樁過程中孔隙水壓力和土壤液化，將極為有利。開挖防擠溝和防擠孔，可降低沉樁過程中淺層土體水平位移，可降低沉樁對鄰近淺埋管線和基礎影響。依據鄰近建筑27、物、地下管線部署情況，制訂打樁次序和流向。據經驗和規則，沿打樁推進前方，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，降低土體位移。控制打樁進度，避免沉樁速度過快。11.2 改善設計增加樁長，降低樁數； 增加樁距，降低樁群密度；加大樁區和鄰近建筑物距離。12 應用實例12.1 工程介紹中鐵一局集團京石鐵路客運專線清苑制梁場在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，地質條件很好，地質結構關鍵以粉質粘土為主，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28、礎處理采取預應力混凝土管樁，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，采取錘擊法施工，單根樁插打、接長使插入深度滿足設計要求通常在3小時是以內，順利完成了存梁臺基礎施工，為后續預制梁施工打下了堅實基礎。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，經過強烈擠壓，樁尖周圍強風化層或密實砂層已不是原始狀態。樁端承載力比原狀提升80-100%，所以管樁承載力設計值要比一樣直徑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，在施工現場隨時依據地質條件改變隨時調整節樁長度，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