预制桩施工技术-建筑施工技术

预制桩具有结构坚固耐久、桩身质量易于控制、成桩速度快、制作方便、承载力高，并能根据需要制成不同尺寸、不同形状的截面和长度，且不受地下水位的影响、不存在泥浆排放问题等特点，是建筑工程最常用的一种桩型。随着对沉桩噪声、振动、挤土等综合防护技术的发展，尤其是静压设备的发展，预制桩仍将是桩基工程中主要桩型之一。

2.2.2.1 施工准备

桩基础施工前应做好3个方面的准备工作：①内业准备工作，包括施工方案，施工方法，机具设备选择，质量与安全技术措施以及劳动力、材料、机具设备供应计划等；②现场准备，包括障碍物处理、场地平整、抄平放线以及设备进场、安装；③桩的制作、运输、堆放。

图2.2　混凝土预制桩图

1.现场准备

（1）障碍物处理。打桩前，应向城市管理、供水、供电、煤气、电信、房管等有关单位提要求，认真处理高空、地上、地下的障碍物。然后对现场周围的建筑物、驳岸、地下管线等作全面检查，如有危房或危险构筑物，必须予以加固或采取隔振措施或拆除。

（2）场地平整。打桩场地必须平整、坚实，必要时应铺设道路，经压路机压实，场地四周应挖排水沟排水。

（3）抄平放线。在打桩现场设置水准点，其位置应不受打桩影响，数量不少于两个，用于抄平场地和检查桩的入土深度。要根据建筑物的轴线控制桩定出桩基础的每个桩位。

2.预制桩的制作、运输和堆放

（1）混凝土实心方桩的制作、运输和堆放。预制混凝土实心方桩是最常用的桩型之一。断面尺寸一般为200mm×200mm～600mm×600mm（图2.2）。单节桩的最大长度，依打桩架的高度而定，一般在27m以内。如需打设30m以上的桩，则将桩预制成几段，在打桩过程中逐段接长。但应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。较短桩多在预制厂生产，较长桩一般在现场附近或打桩现场就地预制。

图2.3　重叠间隔支模示意图

（a）二层预制；（b）三层预制

现场制桩一般采用重叠法间隔制作（图2.3）。重叠层数根据地面允许荷载和施工条件确定，但不宜超过三层。桩与桩之间应做好隔离层（如油毡、牛皮纸、塑料纸、纸筋石灰等）。上层桩或邻桩的浇筑，应在下层桩或邻桩混凝土达到设计强度的30%以后方可进行。由于重叠法施工需待上层桩混凝土到龄期后，整堆桩才能起吊使用，故也可将桩制成阶梯状。

预制桩钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊或电弧焊。主筋接头配置在同一截面内的数量，应符合下列规定：①当采用闪光对焊和电弧焊时，不得超过50%；②相邻两根主筋接头错开距离应大于35d（d为主筋直径），且不小于500mm。

预制桩混凝土粗骨料应使用碎石或开口卵石，粒径宜为5～40mm。混凝土强度等级常用C30～C40，宜用机械搅拌，机械振捣，由桩顶向桩尖连续浇筑捣实，一次完成。制作后应洒水养护不少于7天。

混凝土预制桩达到设计强度的70%后方可起吊，达到设计强度100%后方可进行运输。如提前吊运，必须验算合格。桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，应符合起吊弯矩最小的原则，按图2.4的位置捆绑。捆绑时钢丝绳与桩之间应加衬垫，以免损坏棱角。起吊时应平稳提升，吊点同时离地。长桩搬运时，桩下要设置活动支座。经过搬运的桩，还应进行质量复查。

桩堆放时，地面必须平稳、坚实；垫木间距应根据吊点确定；各层垫木应位于同一垂直线上；最下层垫木应适当加宽；堆放层数不宜超过四层；不同规格的桩应分别堆放。

图2.4　吊点合理位置示意图

（a）1个吊点；（b）2个吊点；（c）3个吊点；（d）4个吊点

（2）混凝土管桩的制作、运输和堆放。混凝土管桩为中空，一般在预制厂用离心法成型，把混凝土中多余的水分用离心力甩出，故混凝土密实，强度高，抵抗地下水和耐腐蚀的性能强。为解决混凝土管桩在吊装和搬运时因弯曲拉应力的作用而开裂，以及打桩时因拉伸应力而产生环状裂缝，故常用预应力混凝土管桩。预应力混凝土管桩有振动成型或离心法成型两种。混凝土强度等级不低于C20；采用高强钢丝、钢绞线或高强螺纹钢筋等作预应力钢筋。混凝土管桩应达到设计强度100%后方可运到现场打桩。堆放层数不超过3层。

（3）钢管桩的制作、运输和堆放。钢管桩较其他桩型有以下特点：强度高，能承受强大的冲击力，穿透硬土层性能好，可获得较高的承载能力，有利于建筑物的沉降控制；能承受较大的水平力；桩长可任意调节；重量轻、刚度好，装卸运输方便，挤土量少；但钢管桩需采取防腐处理。

钢管桩一般使用无缝钢管，也可采用钢板卷板焊接而成，一般在工厂制作。钢管桩的直径为200～3000mm，管壁厚度为6～50mm；一般由一节上节桩、若干节中节桩与一节下节桩组成。分节长度一般为12～15m。

2.2.2.2 打入法施工

打入法是利用桩锤下落时的瞬时冲击力锤击桩头所产生的冲击机械能，克服土体对桩的阻力，导致桩体下沉。该法施工速度快，机械化程度高，适应范围广，但施工时有挤土、噪声和振动等公害，使用上受到一定的限制。

1.打桩设备及选用

打桩所用的机具设备，主要包括桩锤、桩架及动力装置3部分。

桩锤的作用是对桩施加冲击力，将桩打入土中；桩架的作用是支持桩身和桩锤，将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿着所要求的方向冲击；动力装置包括启动桩锤用的动力设施，如卷扬机、锅炉、空气压缩机等。

（1）桩锤选择。桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油打桩锤和液压锤等。桩锤的类型应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择。

桩锤类型选定之后，还要根据重锤低击的原则确定桩锤的重量。桩锤过重，所需动力设备也大，不经济；桩锤过轻，必将加大落距，锤击功能很大部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易被打坏，保护层可能振掉。轻锤高击所产生的应力，还会促使距桩顶1/3桩长范围内的薄弱处产生水平裂缝，甚至使桩身断裂。因此，选择稍重的锤，用重锤低击和重锤快击的方法效果较好。一般可根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等决定。

（2）桩架选择。选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组的高度来决定。此外，还应留1～2m的高度作为桩锤的伸缩余地。

常用的桩架形式有下列3种：滚筒式桩架，多功能桩架，履带式桩架（图2.5）。

（3）垫材的选择。为提高打桩效率和沉桩精度，保护桩锤安全使用和桩顶免遭破损，应在桩顶加设桩帽，如图2.6所示，并根据桩锤和桩帽类型、桩型、地质条件及施工条件等多种因素，合理选用垫材。位于桩帽上部与桩锤相隔的垫材称为锤垫，常用橡木、桦木等硬木按纵纹受压使用，有时也可采用钢索盘绕而成。近年来也有使用层状板及化塑型缓冲垫材。对重型桩锤尚可采用压力箱式或压力弹簧式新型结构锤垫。桩帽下部与桩顶相隔的垫材称为桩垫。桩垫常用松木横纹拼合板、草垫、麻布片、纸垫等材料。垫材的厚度应选择合理。

（4）送桩器。桩基施工一般均在基础开挖前施工，要将桩顶打至地表以下的设计标高，就要采用送桩器送桩。随着高层大型建筑物的兴建，基础顶部的埋深越来越深，此类工程桩基施工的送桩也随之加深，最深可达10～15m。送桩器一般用钢管制成，送桩器制作要求包括：要有较高的强度和刚度；打入时阻力不能太大；能较容易地拔出；能将锤的冲击力有效地传递到桩上。

图2.5　履带式桩架

1—导架；2—桩锤；3—桩帽；4—桩；5—吊车

图2.6　桩帽

图2.7　打桩顺序

（a）由中间向两侧施打；（b）由中部向四周施打；（c）逐排施打；（d）由两侧向中间施打(www.xing528.com)

2.打桩顺序

由于锤击沉桩是挤土法成孔，桩入土后对周围土体产生挤压作用。一方面先打入的桩会受到后打入的桩的推挤而发生水平位移或上拔；另一方面由于土被挤紧使后打入的桩不易达到设计深度或造成土体隆起。特别是在群桩打入施工时，这些现象更为突出。为了保证打桩工程质量，防止周围建筑物受土体挤压的影响，打桩前应根据场地的土质、桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架的移动方便等因素来正确选择打桩顺序。

当桩较密集时（桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径），应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打，如图2.7（a）、图2.7（b）所示。这　样，打桩时土体由中间向两侧或四周均匀挤压，易于保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。

当桩较稀疏时（桩中心距大于4倍桩边长或桩径），可采用上述两种打桩顺序，也可采用由一侧向另一侧单一方向施打的方式（即逐排施打），或由两侧同时向中间施打，如图2.7（c）、图2.7（d）所示。采用逐排施打时，桩架单方向移动，施工方便，打桩效率较高。当场地一侧有建筑物、构筑物或地下管线等，应由邻近建筑物、构筑物或地下管线一侧向另一方向施打，以防止受土体挤压破坏。

当桩规格、埋深、长度不同时，宜按“先大后小，先深后浅，先长后短” 的原则进行施打，以免打桩时因土的挤压而使邻桩移位或上拔。

在实际施工过程中，不仅要考虑打桩顺序，还要考虑桩架的移动是否方便。在打完桩后，当桩顶高于桩架底面高度时，桩架不能向前移动到下一个桩位继续打桩，只能后退打桩；当桩顶标高低于桩架底面高度，则桩架可以向前移动来打桩。

3.打桩工艺

打桩过程包括：场地准备（三通一平和清理地上、地下障碍物）、桩位定位、桩架移动和定位、吊桩和定桩、打桩、接桩、送桩、截桩。

（1）打桩。在桩架就位后即可吊桩，利用桩架上的卷扬机将桩吊成垂直状态送入导杆内，对准桩位中心，缓缓放下插入土中。桩插入时校正其垂直度偏差不超过0.5%。桩就位后，在桩顶安上桩帽，然后放下桩锤轻轻压住桩帽。桩锤、桩帽和桩身中心线应在同一垂直线上。在桩的自重和锤重作用之下，桩向土中沉入一定深度而达到稳定。这时再校正一次桩的垂直度，即可进行沉桩。为了防止击碎桩顶，应在混凝土桩的桩顶与桩帽之间、桩锤与桩帽之间放上硬木、粗草纸或麻袋等垫材作为缓冲层。

打桩时为取得良好效果宜用 “重锤低击”。桩开始打入时，桩锤落距宜低，一般为0.6～0.8m，使桩能正常沉入土中。当桩入土一定深度（约1～2m），桩尖不易产生偏移时可适当增大落距，并逐渐提高到规定的数值，连续锤击。

当桩顶设计标高在地面以下时，需用专制的送桩器加接在桩顶上，继续锤击将其送沉地下。

图2.8　焊接法节点构造示意图（单位：mm）

1—拼接角钢；2—连接角钢；3—角钢与主筋焊接；4—钢筋与角钢焊接；5—主筋

（2）接桩。当施工设备条件对桩的限制长度小于桩的设计长度时，需采用多节桩段连接而成。这些沉入地下的连接接头，其使用状况的常规检查将是困难的。多节桩段的垂直承载能力和水平承载能力将受其影响，桩的贯入阻力也将有所增大。影响程度主要取决于接头的数量、结构形式和施工质量。规范规定混凝土预制桩接头不宜超过二个，预应力管桩接头数量不宜超过四个。良好的接头构造形式，不仅应满足足够的强度、刚度及耐腐蚀性要求，而且也应符合制造工艺简单、质量可靠、接头连接整体性强与桩材其他部分应具有相同断面和强度，在搬运、打入过程中不易损坏，现场连接操作简便迅速等条件。此外，也应做到接触紧密，以减少锤击能量损耗。

接头的连接方法有：焊接法、浆锚法、法兰法3种类型。

1）焊接法接桩适用于单桩承载力高、长细比大、桩基密集或须穿过一定厚度较硬土层、沉桩较困难的桩。焊接法接桩的节点构造如图2.8所示，焊接用钢板、角钢宜用低碳钢，焊条宜用E13；上、下节桩对准后，将锤降下，压紧桩顶，节点间若有间隙，用铁片垫实焊牢；接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩长的1‰，且不大于20mm；施焊前，节点部位预埋件与角铁要除去锈迹、污垢，保持清洁；焊接时，应先将四角点焊固定，再次检查位置正确后，应由两个对角同时对称施焊，以减少焊接变形，焊缝要连续饱满，焊缝宽度、厚度应符合设计要求。钢管桩接桩一般也采用焊接法接桩。接头焊接完毕，应冷却1min后方可锤击。焊接质量按规定进行外观检查，此外还应按接头总数的5%做超声检查或2%做X拍片检查，在同一工程内，探伤检查不得少于3个接头。

2）浆锚法接桩可节约钢材、操作简便，接桩时间比焊接法要大为缩短。在理论上，浆锚法与焊接法一样，施工阶段节点能够安全地承受施工荷载和其他外力；使用阶段能同整根桩一样工作，传递垂直压力或拉应力。因在实际施工中，浆锚法接桩受原材料质量、操作工艺等因素影响，出现接桩质量缺陷的几率较高，故应谨慎使用。

图2.9　浆锚法接桩节点构造示意图（单位：mm）

1—锚筋；2—锚筋孔

浆锚法接桩节点构造如图2.9所示。接桩时，首先将上节桩对准下节桩，使生根锚筋插入锚筋孔（孔径为锚筋直径的2.5倍），下落上节桩身，使其结合紧密。然后将它上提约200mm（以1根锚筋不脱离锚筋孔为度），此时，安设好施工夹箍（由1块木板，内侧用人造革包裹20mm厚的树脂海绵块而成），将熔化的硫磺胶泥（温度控制15℃左右）注满锚筋孔和接头平面上，然后将上节桩下落，当硫磺胶泥冷却并拆除施工夹箍后，即可继续加荷施压。

为保证硫磺胶泥接桩质量，应做到：锚筋刷净并调直，锚筋孔内应有完好螺纹，无积水、杂物和油污，接桩时接点的平面和锚筋孔内应灌满胶泥，灌注时间不得超过2min，灌注后停歇时间应符合规范规定。

3）法兰法接桩主要用于混凝土管桩。法兰由法兰盘和螺栓组成，其材料应为低碳钢。它接桩速度快，但法兰盘制作工艺较复杂，用钢量大。法兰盘接合处可加垫沥青纸或石棉板。接桩时，将上下节桩螺栓孔对准，然后穿入螺栓，并对称地将螺帽逐步拧紧。如有缝隙，应用薄铁片垫实，待全部螺帽拧紧，检查上、下节桩的纵轴线符合要求后，将锤吊起，关闭油门，让锤自由落下锤击数次，然后再拧紧一次螺帽，最后用电焊点焊固定；法兰盘和螺栓外露部分涂上防锈油漆或防锈沥青胶泥，即可继续沉桩。

（3）截桩。当桩顶露出地面并影响后续桩施工时，应立即进行截桩头，而桩顶在地面以下不影响后续桩施工时，可结合凿桩头进行。截桩头前，应测量桩顶标高，将桩头多余部分截除，预制混凝土桩可用人工或风动工具（如风镐等）来截除。混凝土空心管桩宜用人工截除。无论采用哪种方法均不得把桩身混凝土打裂，并保持桩身主筋伸入承台内的锚固长度。黏着在主筋上的混凝土碎块要清除干净。当桩顶标高在设计标高以下时，应在桩位上挖成喇叭口，凿去桩头表面混凝土，凿出主筋并焊接接长至设计要求的长度，再用与桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑。

钢管桩可用长柄氧乙炔内切割器伸入管内进行粗割，使管顶高出设计标高150～200mm，并用临时钢盖板覆盖管口，待挖土时再边挖土边拔管，以确保安全。混凝土垫层浇灌后，进行钢管桩的精割。先用水准仪在每根钢管桩上按设计标高定上3点，然后按此水平标高固定一环作为割刀的支承点，切割整平后放上配套桩盖焊牢，再在钢管桩顶端焊上基础锚固钢筋。

2.2.2.3 质量标准

打桩质量包括两个方面的内容，即能否满足贯入度或设计标高的要求，以及施工偏差是否在规范允许的范围以内。

（1）为保证打桩质量，应遵循如下停打原则。

1）桩端（指桩的全断面）位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考。

2）桩端达到坚硬、硬塑的黏土，中密以上的粉土、碎石类土、砂土、风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高可作参考。

3）贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值加以确认。必要时施工控制贯入度应通过试验与有关单位会商确定。

（2）混凝土预制桩打设后桩位允许偏差，应符合表2.1的规定。按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm。

表2.1　预制桩位置的允许偏差

注由于降水、基坑开挖和送桩深度超过2m等原因产生的位移偏差不在此表内。

2.2.2.4 施工注意事项

（1）打桩过程应做好测量和记录，用落锤、单动汽锤或柴油锤打桩时，从开始即需统计桩身每沉1m所需的锤击数。当桩下沉接近设计标高时，则应以一定落距测量其每阵（10击）的沉落值（贯入度），使其达到设计承载力所要求的最后贯入度。如用双动汽锤，从开始就应记录桩身每下沉1m所需要的锤击时间，以观察其沉入速度。当桩下沉接近设计标高时，则应测量桩每分钟的下沉值，以保证桩的设计承载力。

（2）桩入土的速度应均匀，锤击间歇的时间不要过长。打桩时应观察桩锤的回弹情况，如回弹较大，则说明桩锤太轻，不能使桩沉下，应及时予以更换。

（3）打桩过程中应经常检查打桩架的垂直度，如偏差超过1%则及时纠正，以免桩打斜。

（4）随时注意贯入度的变化情况，当贯入度骤减，桩锤有较大回弹时，表明桩尖遇到障碍，此时应将锤击的落距减小，加快锤击。如上述现象仍然存在，应停止锤击，研究遇阻的原因并进行处理。打桩过程中，如突然出现桩锤回弹，贯入度突增，锤击时桩弯曲、倾斜、颠动，桩顶破坏加剧等，则表明桩身可能已经破坏。

（5）打桩过程中应防止锤击偏心，以免打坏桩头或使桩身折断。若发生桩身折断、桩位偏斜时，须将其拔出重打。拔桩的方法根据桩的种类、大小和入土深度而定，可以利用杠杆原理，使用三脚架卷扬机、千斤顶或汽锤、振动打桩机和拔桩机等进行。

（6）打桩中还应特别注意打桩机的工作情况和稳定性。应经常检查机件是否正常，绳索有无损坏，桩锤悬挂是否牢固，桩架移动是否安全等。