钢筋混凝土预制桩的沉桩方法

钢筋混凝土预制桩的沉桩方法有锤击法、静力压桩法、振动法和水冲法等。

（一）锤击法

锤击法是利用桩锤的冲击能克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层。该法施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有振动、挤土、噪声和污染现象，不宜在市中心和夜间施工。

1.打桩设备

打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的主要机具。桩架是支持桩身和桩锤，将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩沿着所要求方向冲击的打桩设备。动力装置取决于所选的桩锤。当选用蒸汽锤时，则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。

（1）桩锤

桩锤主要有落锤、柴油锤、蒸汽锤和液压锤，目前柴油锤应用最多。

①落锤

落锤具有构造简单、使用方便、能随意调整其落锤高度等优点，适合在普通黏土和含砾石较多的土层中打桩，一般用卷扬机拉升施打。但是，落锤生产效率低，对桩的损伤较大。落锤重量一般为0.5～1.5 t，重型锤可达数吨。

②柴油锤

柴油锤是利用燃油推动活塞往复运动进行锤击打桩。柴油锤分导杆式和筒式两种，锤重0.6～6.0 t。设备轻便，打桩迅速，每分钟锤击40～80次，可用于大型混凝土桩和钢管桩等，是目前应用较广的一种桩锤。

③蒸汽锤

蒸汽锤是利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤冲击力较大，可以打各种桩，常用锤重3.0～10 t，每分钟锤击次数为25～30次。双动式汽锤打桩速度快，冲击频率高，每分钟达100～120次，适合打各种桩，并能用于打钢板桩、水下桩、斜桩和拔桩，锤重0.6～6 t。

④液压锤

液压打桩锤属于锤击方式。其原理为：以液压能为动力，将锤抬至一定高度，通过泄油或反向供油的方式，使锤加速下落，途中会产生较大冲击，将桩体夯入地基。因锤和桩帽直接接触，同时完成冲击力的传递，对混凝土桩或钢桩、木桩都较为适用。若有防水罩，还可进行水下作业。

从上述分析中可知，液压打桩锤具有使用方便、污染少、适应性强等诸多优势，必将成为最重要的沉桩方式。

（2）桩架

常用的桩架主要有：沿轨道行驶的多功能桩架、装在履带底盘上的打桩架两种基本形式。

①多功能桩架

多功能桩架由立柱、斜撑、回转工作台、底盘及传动机构组成。它的机动性和适应性很大，在水平方向可作360°回转，立柱可前后倾斜，底盘下装有铁轮，可在轨道上行走。这种桩架可适应各种预制桩及灌注桩施工，缺点是机构较庞大，现场组装和拆迁较麻烦。

②履带式桩架

履带式桩架是以履带式起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成，用以打桩。该桩架具有移动方便的优点，可适应各种预制桩、灌注桩施工。

2.打桩

在打桩前，施工人员应做好下列工作：清除妨碍施工的地下、地上的障碍物；平整施工场地；定位放线；设置供水、供电系统；安装打桩机等。

桩基轴线的定位点，应设置在不受打桩影响的地点，打桩地区附近需设置不少于2个水准点。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。打桩时，施工人员应注意下列一些问题：

（1）打桩顺序

打桩顺序影响打桩速度和打桩质量，尤其对周围的影响更大。当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要。由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩因水平推挤而造成偏移和变位，或被垂直推挤造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体挤压和隆起。打桩时可选用下列打桩顺序：由中间向两侧对称施打；由中间向四周施打；由一侧向单一方向进行，并逐排改变方向；大面积的桩群多分成几个区域，由多台打桩机采用合理的顺序同时进行打桩。

（2）打桩方法

桩架就位后，先将桩锤和桩帽吊起来，后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一垂线上，确保桩能垂直下沉，再放下桩锤轻轻压住桩帽，桩在自重作用下，向土中沉入一定深度而达到稳定位置。这时，再校一次桩的垂直度，即可进行打桩。为了防止击碎桩顶，在桩锤与桩帽、桩帽与桩之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶四周应有5～10 mm间隙。

打桩时宜用“重锤低击”“低提重打”，可取得良好效果。开始打桩时，锤的落距宜较小，待桩入土一定深度并稳定后，再按要求的落距锤击。单动汽锤的落距以0.6 m左右为宜，柴油锤以不超过1.5 m，落锤以不超过1 mm为宜。

（3）测量和记录

打桩系隐蔽工程施工，施工人员应做好打桩记录，作为工程验收时鉴定桩的质量的依据之一。

（4）质量控制

打桩的质量视打入的偏差是否在允许范围之内，最后贯入度与沉桩标高是否满足设计要求，桩顶、桩身是否打坏以及对周围环境有无造成严重危害而定。

打桩的控制，对桩尖部位坚硬、硬塑的黏性土、碎石土、中密以上的砂或风化岩等土层，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。如贯入度已达到而桩尖标高未达到时，连续锤击3次，每次10击的平均贯入度不应大于规定的数值。桩尖位于其他软土层时，应以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。如控制指标已符合要求，而其他指标与要求相差较大时，应会同有关单位研究解决。当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹，桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。

桩的垂直偏差应控制在1%之内，按标高控制的预制桩，桩顶标高允许偏差为-50～+100 mm。

3.静力压桩

静力压桩是利用无振动、无噪声的静压力将桩压入土中，用于软弱土层和邻近怕振动的建筑物地基的处理。静力压桩可以消除由于打桩而产生的振动和噪声。

静力压桩过去是利用桩架的自重和压重，通过滑轮组或液压将桩压入土中。近年来多用液压的静力压桩机，压力可达400 t。压桩一般分节压入，逐段接长，为此需要桩分节预制。当第一节桩压入土中，其上端距地面2 m左右时将第二节桩接上，继续压入。压同一根桩，应连续施工。如初压时桩身发生较大位移、倾斜，压入过程中如桩身突然下沉或倾斜，桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变时，应暂停压桩，及时研究处理。

接桩的方法目前有三种：焊接法、法兰接法和浆锚法。前两种接桩方法适用于各类土层，后者只适用于软弱土层，其中焊接接桩应用最多。接桩时，我们必须对准下节桩并垂直无误后，用点焊将拼接角钢连接固定，再次检查位置，若正确方可进行焊接。施焊时，应两人同时在对角对称地进行，以防止节点变形不均匀而引起桩身歪斜。焊缝要连续、饱满。接桩时上、下节桩的中心线偏差不得大于10 mm，节点弯曲矢高不得大于0.1%桩长。

（二）混凝土灌注桩施工

混凝土灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土或安装钢筋笼再灌注混凝土而成。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩、爆扩成孔的灌注桩和人工挖孔的灌注桩等。

1.干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，无需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔。螺旋钻机利用动力旋转钻杆，钻杆带动钻头上的叶片旋转来切削土层，削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外。在软塑土层含水量大时，我们可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。

2.泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁，防止塌孔和排出土渣而成孔，不论地下水位高或低的土层皆适用。

（1）测定桩位

根据建筑的轴线控制定出桩基础的每个桩位，可用小木桩标记。桩位放线允许偏差20 mm。正式灌注桩之前，应对桩基轴线和桩位复查一次，以免木桩标记变动而影响施工。

（2）埋设护筒(www.xing528.com)

护筒是用4～8 mm厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径100 mm，上部宜开设1～2个溢浆孔。埋设护筒时先挖去桩孔处表土，将护筒埋入土中。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50 mm。护筒与坑壁之间用黏土填实，以防漏水。护筒埋深在黏土中不小于1.0 m，在砂土中不宜小于1.5 m。护筒顶面应高于地面0.4～0.6 m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1 m以上。护筒的作用是固定桩孔位置、防止塌孔和成孔时引导钻头方向。

3.制备泥浆

制备泥浆的方法应根据土质条件确定。在黏性土中成孔时，可在孔中注入清水，钻机旋转时，切削土屑与水拌和，用原土造浆，泥浆相对密度应控制在1.1～1.2；在其他土中成孔时，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨胀土；在砂土和较厚的火砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.1～1.3；在穿过砂或卵石层或容易塌孔的土层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.3～1.5。施工中应经常测定泥浆相对密度，定期测定黏度、含砂率和胶体率等指标。废弃的泥浆、泥渣应妥善处理。

4.成孔

成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。

（1）回转钻机成孔

回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，由其带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，将土渣从孔口带出流入泥浆沉淀池。泥浆或清水由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后由吸泥泵等在钻杆内形成真空，使之携带钻下的土渣由钻杆内腔返回地面流向泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。

（2）潜水钻机成孔

潜水钻机是一种旋转式机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，可以下放至孔中地下水中成孔，用正循环工艺将土渣排出孔外。

（3）冲击钻成孔

冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升一定高度后，以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆。

5.清孔

当钻孔达到设计要求深度后，即应进行验孔和清孔，清除孔底沉渣、淤泥，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。对不易塌孔的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5 MPa，使管内形成强大高压气体上涌，被搅动的泥渣随着高压气流上涌，从喷口排出，直至孔口喷出清水为止；对稳定性差的孔壁应用泥浆（正、反）循环法或掏渣筒排渣。孔底沉渣厚度对于端承桩≤50 mm，对于摩擦桩≤300 mm。清孔满足要求后，施工人员应该立即吊放钢筋笼并灌注混凝土。

6.浇筑水下混凝土

在无水或水少的浅桩孔中灌注混凝土时，应分层浇筑振实，分层高度一般为0.5～0.6 m，不得大于1.5 m。混凝土坍落度在一般黏性土中宜为50～70 mm，砂类土中为70～90 mm，黄土中为60～90 mm，水下宜为100～220 mm。水泥密度不小于360 kg/m³，含砂率为40%～45%，并宜选用中粗砂，为改善和易性及缓凝性，宜掺外加剂。水下混凝土浇筑常用导管法。其方法是利用导管输送混凝土并使之与环境水隔离，依靠管中混凝土的自重，压管口周围的混凝土在已浇筑的混凝土内部流动、扩散，以完成混凝土的浇筑工作。套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有钢筋混凝土桩靴或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后灌注混凝土并拔管而成。若配有钢筋时，则在规定标高处吊放钢筋骨架。

（三）沉管灌注桩

沉管灌注桩，系采用与桩的设计尺寸相适应的钢管（即套管），在端部套上桩尖沉入土中后，在套管内吊放钢筋骨架，然后边浇注混凝土边振动或锤击拔管，利用拔管时的振动捣实混凝土而形成所需要的灌注桩。由于施工过程中，锤击会产生较大噪声，故不适合在市区使用。沉管灌注桩非常适合土质疏松、地质状况比较复杂的地区，但遇到土层有较大孤石时，该工艺无法实施，应改用其他工艺穿过孤石。

1.锤击沉管灌注桩

在锤击沉管灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，对准预先设在桩位处的预制钢筋混凝土桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，套入桩靴压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在同一垂直线上。套管偏斜≤0.5%时，即可用锤击打桩套管。先用低锤轻击，如无偏移才正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，并检查管内有无泥浆或水进入，如果没进水就可以灌筑混凝土。套管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，第一次拔管高度控制在能容纳第二次所需的混凝土灌注量为限，不宜过高，应保证管内不少于2m高度的混凝土。拔管时应保持连续不停地锤击，并控制拔管速度，对一般土层，不大于1 m/min为宜，在软弱土层及软硬土层交界处，应控制在0.8 m/min以内。桩冲击频率视锤的类型而定。单动汽锤采用倒打拔管，频率不低于70次/min；自由落锤轻击不得少于50次/min。在管底未拔到桩顶设计标高之前，倒打或轻击不得中断。拔管时还要经常探测混凝土落下的扩散情况，注意保持管内的混凝土略高于地面，这样一直到安全管拔出为止。桩的中心距在5倍桩管径以内或小于2 m时，均应跳打，中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施工。锤击灌注桩宜用一般黏性土、淤泥土、砂土。

2.振动沉管灌注桩

振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。施工时，先安装好桩机，将桩套管下端活瓣合起来，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。当桩管沉到设计标高，且最后30 s的电流值、电压值符合设计要求后，停止振动，用吊斗将混凝土灌入桩管内，然后再开动激振器、卷扬机拔出钢管，边振边拔。沉管时必须严格控制最后4 min的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩和当地长期的施工经验确定。振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。

3.夯压成型沉管灌注桩

夯压成型沉管灌注桩（简称夯压桩）是在锤击沉管灌注桩的基础上发展起来的。它是利用打桩锤将内外钢管沉入土层中，由内夯管夯扩端部混凝土，使桩端形成扩大头，再灌注桩身混凝土，用内夯管和桩锤顶压在管内混凝土面形成桩身混凝土。夯压桩直径一般为400～500 mm，扩大头直径一般可达450～700 mm，桩长可达20 m，适用于中低压缩性黏土、粉土、砂土、碎石土、强风化岩等土层。

夯压桩的机械设备同锤击沉管桩，常用D1～25型柴油锤，外管底部采用开口，内夯管底部可采用闭口平底或闭口锥底，内外钢管底部间隙不宜过大，通常内管底部比外管内径小20～30 mm，以防沉管过程中土挤入管内。内外管高低差一般为80～100 mm（内管较短）。在沉管过程中，不用桩尖，外管封底，采用干硬性混凝土或无水混凝土，经夯击形成柔性阻水、阻泥管塞。当不出现由内、外管间隙涌水、涌泥时，使用上述封底措施；当地下水量较大，涌水、涌泥现象严重时，也可在底部加一块镀锌铁皮或预制混凝土桩尖，以更好地达到止水目的。夯压桩成孔深度控制同锤击沉管桩，当持力层为砂土、碎石土、残积土时，桩端达到设计贯入度后，宜再锤击二次，以利于提高地基土的承载力。

（四）人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是指采用人工挖掘方法进行成孔，然后安装钢筋笼，浇筑混凝土，成为支撑上部结构的桩。人工挖孔桩的优点是：设备简单，噪声小，振动小，对周围的原有建筑物影响小；施工现场较干净；土层情况明确，可直接观察到地质变化情况，桩底沉渣能清除干净，施工质量可靠。当高层建筑采用大直径的混凝土灌注桩时，人工挖孔比机械成孔具有更大的适应性，因此近年来随着我国高层建筑的发展，人工挖孔桩得到较广泛的运用，特别在施工现场狭窄的市区修建高层建筑时，更显示其特殊的优越性。但人工挖孔桩施工时，工人在井下作业，施工安全应予以特别重视，要严格按操作规程施工，制订可靠的安全措施。

1.施工机具

第一，电动葫芦和提土桶，用于施工人员上下，材料与弃土的垂直运送，若孔较浅，也可用独木杠杆提升土石；

第二，潜水泵，用于抽出桩孔中的积水；

第三，鼓风机和输风管，用于向桩孔中强制送入新鲜空气；

第四，镐、锹、土筐、照明灯、对讲机等。

2.施工工艺

第一，按设计图纸放线、定桩位。

第二，开挖土方，采取分段开挖，每段高度决定于土壁保持直立状态的能力，一般0.5～1.0 m为一施工段，开挖范围为设计桩径，加扩壁厚度。

第三，支设护壁模板。模板高度取决于开挖土方施工段的高度，一般为1 m，由4～8块活动钢模板组合而成。

第四，在模板顶部放置操作平台。平台可用角钢和钢板制成半圆形，两个合起来即为一个整圆，用来临时放置混凝土和浇筑混凝土。

第五，浇筑护壁混凝土。护壁混凝土要捣实，因它起着防止土壁塌陷与防水的双重作用，第一节护壁厚度宜增加100～150 mm，上下节护壁用钢筋拉结。

第六，拆除模板继续下一段的施工。当护壁混凝土达到1 MPa，常温下约为24 h后方可拆除模板，开挖下一段的土方，再支撑浇筑护壁混凝土，如此循环，直至挖到设计要求深度。

第七，排除孔底积水，浇筑桩身混凝土。当混凝土浇筑至钢筋笼的底面设计标高时，再安放钢筋笼继续浇筑桩身混凝土。浇筑时，混凝土必须通过溜槽；当高度超过3 m时，应用串筒，串筒末端离孔底高度不宜大于2 m，混凝土宜采用插入式振捣器捣实。

（五）灌注桩施工质量要求

灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安放、混凝土搅拌及灌注等工序过程的质量检查。成孔及清孔时主要检查已成孔的中心位置、孔深、孔径、垂直度、孔底沉渣厚度；钢筋笼制作安放时主要检查钢筋规格，焊条规格、品种，焊口规格，焊缝长度，焊缝外观和质量，主筋和箍筋的制作偏差及钢筋笼安放的实际位置等；混凝土搅拌和灌注时主要检查原材料质量与计量，混凝土配合比、坍落度等；对于沉管灌注桩还要检查打入深度、停锤标准、桩位及垂直度等。

对于一级建筑物和地质条件复杂或成桩技术可靠性较低的桩基工程，应采用静载检测和动测法检查；对于大直径桩还可以采取钻取岩心、预埋管超声检测法检查，数量根据具体情况由设计确定。桩基验收应包括下列资料：

第一，工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要，设计变更单及材料代用通知单等；

第二，经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况；

第三，桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单；

第四，桩质量检查报告；

第五，单桩承载力检测报告；

第六，基坑挖至设计标高的基桩竣工平面图及桩顶标高图。