低成本高效率施工法则

钢筋混凝土预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩的类型、成孔过程对土的挤压情况、地质探测和试桩等资料，制定施工方案。一般的施工程序如图2-7所示。

图2-7　钢筋混凝土预制桩施工流程图

1.打桩前的准备工作

桩基础工程在施工前应根据工程规模的大小和复杂程度，编制整个分部工程施工组织设计或施工方案。沉桩前，现场准备工作的内容有平整场地、抄平放线、铺设水电管网、沉桩机械设备的进场与安装以及桩的供应等。

1）场地平整、清除障碍

打桩施工的高空及地下障碍物，平整场地打桩前应清除地上、地下的障碍物，如地下管线、旧有基础、树木等。桩机进场及移动范围内的场地应平整压实，使地基承载力满足施工要求，并保证桩架的垂直度。施工现场及周围应保持排水通畅。架空高压电线距桩架顶部净空不小于10m。

2）机具就位及接通水源、电源

桩机进场后，按施工顺序铺设轨道，选定位置架设桩机和设备，接通水电源或燃炉升水，进行试机，并移机至桩位，力求桩架平稳垂直。

3）打桩试验

打试桩主要是检验打桩设备和工艺是否符合要求；了解桩的贯入深度、地基持力层强度及桩的承载力，以确定打桩方案和打桩技术。试桩时应做好试桩记录，画出各土层深度，记下打入各土层的锤击次数，最后精确测量贯入度。试桩数量不少于2根。

4）确定打桩顺序

打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物破坏，打桩前应根据桩的密集程度，桩的规格、长短，以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。

当桩较稀疏时（桩中心距>4d）可采用由一侧单一方向进行施打的方式，见图2-8（a），逐排施打。这样，桩架单方向移动，打桩效率高。但打桩前进方向一侧不宜有防侧移、防振动建筑物、构筑物、地下管线等，以防土体挤压破坏。

图2-8　打桩顺序

当桩较密集时（桩中心距小于4倍边长或直径），应采用由中间向四周施打，见图2-8（b）]或由中间向两侧对称施打，见图2-8（c）的方法。这样，打桩时土体由中间向两侧或四周挤压，易于保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。

当桩的规格、埋深、长度不同时，宜遵循先大后小、先深后浅、先长后短的原则施打。

5）抄平放线，定桩位，设标尺

打桩现场附近设置水准点，数量不少于两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。然后根据建筑物轴线控制桩，定出桩基轴线位置及每个桩的桩位。其轴线位置允许偏差为20mm。当桩较稀时可用小木桩定位，当桩较密时，用龙门板（标志板）定位，以防打桩时土体挤压位移使桩错位。

打桩施工前，应在桩架或桩侧面设置标尺，以观测、控制桩的入土深度。

2.钢筋混凝土预制桩施工

钢筋混凝土预制桩承载能力较大，桩的制作工艺和沉桩工艺简单，施工速度快，沉桩机械普及，不受地下水位高低及潮湿变化影响，且较钢管桩等坚固耐用。其施工现场干净，文明程度高，但耗钢量较大（由于考虑吊装强度），桩长也不易适应土层变化。

钢筋混凝土预制桩有实心方桩和离心管桩两种。为便于制作，实心桩大多数做成方形截面，断面边长一般为250～550mm。管桩是在工厂用离心法成型的空心圆柱形预制桩，其直径为400～500mm。与实心桩相比，在使用相同体积混凝土的条件下，管桩的直径大，承载能力高。单节桩的最大长度，取决于打桩架的高度，一般在27m以内，必要时可做到30m。

若桩长超过桩架高度，则分节（段）制作，打桩时采用接桩的方法接长。

钢管混凝土预制桩所用混凝土强度等级不宜低于C30；主筋根据桩断面大小及吊装验算确定，一般为4～8根，直径为12～25mm；箍筋直径为6～8mm，间距不大于200mm。在桩顶和桩尖部位应加强配筋。

钢筋混凝土预制施工包括桩的制作、起吊、运输、堆放和沉桩、接桩等工艺。

1）桩的制作

较短的桩（长度10m以下）多在预制厂制作；较长的桩可在施工现场附近露天就地预制。确定单节桩制作长度应考虑桩架的有效高度、制作场地大小、运输和装卸能力等，同时须考虑接桩节点的竖向位置应避开硬夹层。

施工现场预制桩多采用叠层浇筑，重叠生产的层数应根据施工条件和地基承载力确定，一般不宜超过4层。

预制场地应平整坚实，不应产生浸水湿陷和不均匀沉陷。制桩底模应用素土夯实或垫石碴炉灰等，上抹水泥砂浆一遍；上下层桩之间、邻桩之间及桩与底模板之间应做好隔离层，以防接触面黏结及拆模时损坏棱角。常用隔离剂有纸筋石灰浆、皂角滑石粉浆、塑料布等。隔离剂要求干燥快，隔离性能好，施工方便，造价低廉。上层桩及邻桩的混凝土浇筑，应在下层及邻桩混凝土达到设计强度等级的30%以上之后进行。对于两个吊点以上的桩，由于桩架滑轮组有左右之分，所以预制时就根据打桩顺序、行走路线来确定桩尖方向。

钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架宜采用对焊连接，主筋接头配置在同一截面内（指30倍钢筋直径区域之内，但不小于500mm）的数量不得超过50%；同一钢筋两个相邻接头间应大于30倍钢筋直径，且不小于500mm；桩尖应正对轴线，桩尖模板应采用钢模板，也可用钢板焊在钢筋骨架上。桩顶主筋上部以伸至最上一层钢筋网片之下为宜，应连接成形，以有效地接受和传递冲击力。桩身混凝土保护层不可过厚，以25mm为宜，否则打桩时易脱落。钢筋混凝土预制桩见图2-9。

图2-9　钢筋混凝土预制桩

表2.1　制作钢筋混凝土预制桩的允许偏差

2）桩的运输

钢筋混凝土预制桩应在混凝土强度达到设计强度等级的70%时方可起吊，达到100%时才能运输和打桩。如提前起吊，必须作强度和抗裂度验算，并采取必要措施。起吊时，吊点位置应符合设计要求。无吊环时，绑扎点的数量和位置视桩长而定，当吊点或绑扎点不大于3个时，其位置按正负弯矩相等原则计算确定；当吊点或绑扎点大于3个时，应按正负弯矩相等且吊点反力相等的原则确定吊点位置。几种不同吊点位置见图2-10。

图2-10　桩的吊点位置

桩的运输应根据打桩进度和打桩顺序确定，宜采用随打随运方法，这样可以减少二次搬运工作。当桩的运输距离较短时，可在桩的下面垫滚筒，用卷扬机拖动桩身前进；当运距较远时，可采用轻便轨道小平台车运输；对于工厂生产的短桩，可采用汽车运输。

3）桩的堆放

桩在堆放和运输中，垫木位置应与吊点位置相同，保持在同一平面上，并上下对齐。最下层垫木应适当加宽。堆放场地应平整坚实，堆放层数一般不宜超过4层，不同规格的桩应分别堆放。

3.锤击沉桩（打入桩）施工

锤击沉桩也称打入桩，是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中。锤击沉桩是预制钢筋混凝土桩最常用的沉桩方法，该法施工速度快，机械化程度高，适用范围广，现场文明程度高，但施工时有噪声、污染和振动，对于城市中心和夜间施工有所限制。

1）打桩机具及选择

打桩机具主要有打桩机及辅助设备。打桩机主要包括桩锤、桩架和动力装置3部分。

（1）桩锤。

桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土层中的主要机具。打入桩桩锤按动力源和动作方式分为落锤、单动汽锤、双动汽锤和柴油锤。

①落锤。

落锤是靠电动卷扬机或人力将锤拉升到一定高度，然后自由落下，利用落锤自重夯击桩顶，将桩沉入土中。落锤一般用生铁铸成，为搬运方便和适应桩锤重量的变化，可以分片铸造。施工时根据所需重量用螺栓将各片连接起来，搬运时再拆开分片运输。落锤重5～15kN，提升高度可随意调整，1min打桩6～20次。该种锤构造简单，使用方便，冲击力大，但打桩速度慢，效率低，适用于在普通黏土和含砾石较多的土中打桩。

②单动汽锤。

单动汽锤利用蒸汽或压缩空气的压力将桩锤的汽缸上举，然后自由下落冲击桩顶，其冲击部分为汽缸。单动汽锤重15～150kN，冲击力较大，落距较小，打桩速度快，1min锤击60～80次，适用于各种桩在各类土中施工，见图2-11。

图2-11　单动汽锤构造示意图

1—活塞；2—进汽口；3—缸套；4—锤芯进汽管；5—汽室；6—拉簧；7—活塞；8—锤壳；9—顶杆；10—桩帽；11—桩垫；12—桩

③柴油锤。

柴油锤一般分为导杆式和筒式两种，其工作原理是利用燃油爆炸产生的力推动活塞上下往复运动进行沉桩。首先利用机械能将活塞提升到一定高度，然后自由下落，使燃烧室内压力增大，产生高温而使燃油燃烧爆炸，其作用力将活塞上抛，反作用力作用于桩顶。这样，活塞不断下落、上抛，循环进行，可将桩打入土中。柴油锤冲击部分重量为1.2kN，6.0kN，12kN，18kN，25kN，40kN，60kN。1min锤击次数为40～80次。但施工时有噪声和污染、振动等公害，在城市中心和夜间施工受到一定限制；另外，在软土和过硬土层施工时，由于贯入度过大和过小，使桩锤反跳高度过小和过大。在软土中打桩时，反跳高度过小，燃烧室压力小，燃油不能爆炸（称熄火），造成工作循环中断，使打桩效率降低。反之，硬土中打桩，桩锤反弹高度大，使桩顶、桩身被打坏，或使桩锤顶部被活塞冲撞损伤。柴油锤类型见图2-12。

图2-12　柴油锤类型示意图

1—活塞；2—汽缸

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进行选择。然后根据工程的地质条件、桩的类型和结构、桩的密集程度及施工条件，参照表2.2，选择桩锤重。

表2.2　选择锤重参考表

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注：①适用于预制桩长度20～40m，钢管桩长度40～60m，且桩尖进入硬土层一定深度的情况，不适用于桩尖处于软土层的情况。
　　②标准贯入击数N值为未修正的数值。
　　③本表仅供选锤参考，不能作为设计确定贯入度和承载力的依据。

（2）桩架。

桩架的作用为吊桩就位，悬吊桩锤，打桩时引导桩身方向。桩架要求稳定性好，锤击准确，可调整垂直度；机动性、灵活性好，工作效率高。桩架的种类和高度，应根据桩锤的种类、桩的长度和施工条件确定。桩架高度应为：桩长＋桩帽高度＋桩锤高度＋滑轮组高度＋起锤工作伸缩的余位调节度（1～2m）。若桩架高度不满足，则桩可考虑分节制作，现场接桩；若采用落锤还应考虑落距高度。

桩架形式多种多样，常用桩架基本为两种形式，一种是沿轨道或滚杠行走移动的多能桩架，如图2-13所示，另一种为装在履带式底盘上可自由行走的桩架，如图2-14所示。

图2-13　履带式桩架

1—立柱支撑；2—发动机；3—斜撑；4—立柱；5—桩；6—桩帽；7—桩锤

图2-14　多能桩架

（3）动力设备。

打桩机械的动力装置及辅助设备主要根据选定的桩锤种类而定。落锤以电源为动力，再配置电动卷扬机、变压器、电缆等；蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力，配置蒸汽锅炉、蒸汽绞盘等；气锤以压缩空气为动力源，需配置空气压缩机、内燃机等；采用柴油锤，以柴油为能源，桩锤本身有燃烧室，不需要外部动力设备。

2）打桩施工

（1）提锤吊桩。

桩机就位后应平稳垂直，导杆中心线与打桩方向一致，并检查桩位是否正确。然后将桩锤和桩帽吊起，使锤底高度高于桩顶，以便进行吊桩。

吊桩时，用桩架上的钢丝绳和卷扬机将桩提升就位，吊点数量和位置与桩运输起吊相同。桩提离地面时，用拖绳稳住桩下部，防止桩身撞击桩架。桩提升到垂直状态后，送入桩架导杆内，桩尖垂直对准桩位中心，扶正桩身，将桩缓缓下放插入土中。桩的垂直度偏差不得超过0.5%。

桩就位后，在桩顶放上弹性衬垫（如草纸、麻袋、草绳等），扣上桩帽或桩箍，保证桩帽与桩周围有5～10mm间隙。待桩稳定后，即可脱去吊钩，再将桩锤缓慢落在桩帽上。桩锤底面、桩帽上下面及桩顶应保持水平，桩锤、桩帽（送桩）和桩身应在同一中心线上。此时在锤重作用下，桩沉入土中一定深度达到稳定位置，再次校正桩位和垂直度后，即可打桩。

（2）打桩

初打应采用小落距轻击桩顶数锤，落距以0.5～0.8m为宜，随即观察桩身与桩锤、桩架是否在同一深度，桩尖不易发生偏移时，再全落距施打。

打桩宜采用重锤低击方法。重锤低击对桩顶的冲量小，动量大，桩顶不易损坏，大部分能量用于克服桩身摩擦力与桩尖阻力。另外，采用重锤低击的方法，可使桩身反弹小，反弹张力波产生的拉力不致使桩身被拉坏。再者，由于桩锤的落距小，故打桩速度快，效率高。当采用落锤或单动汽锤，落距不宜大于1m；采用柴油锤应使锤跳动正常，落距不超过1.5m。

打桩时应随时注意观察桩锤回弹情况。若桩锤经常性回弹较大，桩的入土速度慢，说明桩锤太轻，应更换桩锤；若桩锤发生突发的较大回弹，说明桩尖遇到障碍，应停止锤击，找出原因后进行处理。如果继续施打，贯入度突增，说明桩尖或桩身遭受破坏。打桩时，还要随时注意观察贯入度的变化。贯入度过小，可能在土中遇到障碍；贯入度突然增大，可能遇到软土层、土洞或桩尖、桩身破坏。当贯入度剧变，桩身发生突然倾斜、移位或严重回弹，桩顶、桩身出现严重裂缝或破坏，应暂停打桩并及时进行研究处理。

打桩时，如果要将桩顶打入土中一定深度，则应采用送桩器施打，以减少预制的长度，节省材料。送桩是将桩送入地下的工具式短桩，安放在桩顶承受锤击，通常用钢材制作，其长度和截面尺寸视需要而定。送桩施打时，应保证桩与送桩尽量在同一垂直轴线上。送桩器两侧应设置拔出吊环，拔出送桩后，桩孔应及时回填。在城市中心或建筑群中打桩时，为减少噪声和土体对原有建筑物、构筑物及地下管线的挤压，可采用钻孔排土打入桩。即先用长杆螺旋钻在浅层钻孔排土，后插入桩进行施打。也可以采用挖防振沟、砂井排水、打隔离板桩等方法减少噪声和土体挤压位移。

打桩工程属于隐蔽工程，为确保工程质量，应对每根桩施工过程进行观测，并做好记录，作为验收时鉴定质量的依据。若采用落锤、单动汽锤或柴油锤打桩，开始施打时应测量记录桩身每沉入1m的锤击次数及桩锤落距的平均高度，桩下沉接近设计标高时，应在规定落距下，锤击一阵（每阵10击）后测量其贯入度，直至当最后贯入度小于设计要求时，即停止打桩；当采用双动汽锤和振动桩锤时，开始即应记录每沉入土中1m的工作时间（同时将1min锤击次数记入备注栏），以观测沉入速度及均匀程度，当桩下沉接近设计标高时，应测量记录1min的沉入量，以保证桩的设计承载力。

打桩时要测量桩顶的水平标高，可采用水平仪测量控制。通常在桩架导杆底部每隔10～20mm划一准线，定出桩锤应停止锤击的水平面数字，当桩锤上白线打至该数字时即应停止锤击。

4.静力压桩施工

静力压桩是利用压桩机桩架自重和配重的静压力将预制桩逐节压入土中的沉入方法。这种方法节约钢筋和混凝土，降低工程造价，而且施工时无噪声、无振动，对周围环境的干扰小，适用于软土地区城市中心或建筑物密集处的桩基础工程，以及精密工厂的扩建工程。

静力压桩机的构造和组成如图2-15所示。压桩机的主要部件有桩架底盘、压梁、卷扬机、滑轮组、配置和动力设备等。压桩时，先将桩起吊，对准桩位，将桩顶置于梁下，然后开动卷扬机牵引钢丝绳，逐渐将钢丝绳收紧，使活动压梁向下，将整个桩机的自重和配重荷载通过压梁压在桩顶。当静压力大于桩尖阻力和桩身与土层之间的摩擦力时，桩被逐渐压入土中。常用压桩机的荷重有80t，120t，150t等数种。

图2-15　静力压桩机的构造

1—垫板；2—底盘；3—操作平台；4—加重物仓；5—卷扬机；6—上段桩；7—加压钢丝绳；8—桩帽；9—油压表；10—活动压梁；11—桩架

静力压桩在一般情况下是分段预制、分段压入、逐段接长。每节桩长度取决于桩架高度，通常6m左右。压桩桩长可达30m以上，桩断面为400mm×400mm。接桩方法有焊接法、硫黄胶泥锚接法。静力压桩沉桩程序如图2-16所示。

图2-16　静力压桩程序

1—第一段桩；2—第二段桩；3—第三段桩；4—送桩；5—接桩处

压桩施工前，应了解施工现场土层土质情况，检查桩机设备，以免压桩时中途中断施工，造成土层固结，使压桩困难。如果压桩需要停歇，则应考虑将桩尖停歇在软弱土层中，以使压桩启动时阻力不致过大。压桩机自重大，行驶路基必须有足够的承载力，必要时应对路基进行加固处理。

压桩时，应始终保持桩轴心受压，若有偏移应立即纠正。接桩应保证上下节桩轴线一致，并应尽量减少每根桩的接头个数，一般不宜超过4个接头。施工中，若压阻力超过压桩能力，使桩架上抬倾斜时，应立即停压，查明原因。

当桩压至接近设计标高时，不可过早停压，应使压桩一次成功，以免发生压不下或超压现象。工程中有少数桩不能压至设计标高，此时可将桩顶截去。

5.振动沉桩施工

振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移，这样桩表面与土层间的摩擦力就减少，桩在自重和振动力共同作用下沉入土中。

振动沉桩设备简单，不需要其他辅助设备，质量轻，体积小，搬运方便，费用低，工效高，适用于在黏土、松散砂土及黄土和软土中沉桩，更适合于打钢板桩，同时借助起重设备可以拔桩。

振动沉桩机构示意图如图2-17所示。振动箱安装在桩头，用夹桩器将桩与振动箱固定。振动箱内装有两组偏心振动块。在电动机带动下，偏心块反向同步旋转产生离心力。离心力的水平分力大小相等，方向相反，相互抵消。而垂直分力大小相等，方向相同，相互叠加，使振动箱产生垂直方向的振动，使桩与土层摩擦力减少，桩逐渐沉入土中。

图2-17　振动桩锤构造示意图

1—激振器；2—电动机；3—传动带；4—弹簧；5—加荷板

振动桩锤分为3种，即超高频振动锤、中高频振动锤和低频振动锤。超高频振动锤的振动频率为100～150Hz，与桩体自振频率一致而产生共振。桩振动对土体产生急速冲击，可大大减少摩擦力，以最小功率、最快的速度打桩，还可使振动对周围环境的影响减至最小。该种振动锤适合于城市中心施工。中高频振动锤振动频率为20～60Hz，适用于松散冲积层、松散及中密的砂石层施工，在黏土地区施工却显能力不足。低频振动锤适用于打大管径桩，多用于桥梁、码头工程，缺点是振幅大，产生噪声大。可采用以下方法来减少噪声：一是紧急制动法，即停振时，使马达反转制动，使其在极短时间内越过与土层的共振域；二是采用钻振结合法，即先钻孔，后沉桩，噪声可降低到75dB（分贝）以下；三是采用射水振动联合法。

振动沉桩器施工时，夹桩器必须夹紧桩头，避免滑动，否则影响沉桩效率，损坏机具。沉桩时，应保证振动箱与桩身在同一垂直线上。当遇有中密以上细砂、粉砂或其他硬夹层时，若厚度在1m以上，可能发生沉入时间过长或穿不过现象，应会同设计部门共同研究解决。振动沉桩施工应控制最后3次振动，每次5min或10min，以1min平均贯入度满足设设计要求为准。摩擦桩以桩尖进入持力层深度为准。

6.接桩及桩头处理

预制桩按设计要求有时长达30～40m。但受桩架有效高度，现场情况，运输、吊装能力等限制，桩只能分节制作，逐节打入，现场接桩。接桩方法有硫黄胶泥锚接法、焊接接桩及法兰螺栓接桩法三种，前一种适合于软弱土层，后两种适合于各类土层。

（1）焊接接桩。

焊接接桩是上下两节桩端部四角侧面及端面预埋低碳钢钢板，当下节桩打至便于焊接操作高度（距地面1m左右），同时桩尖避开硬土夹层时，将上节桩用桩架吊起，对准下节桩头。用仪器校正垂直度，接头间隙不平处用铁片填实并与桩端面预埋铁板焊牢。检查无误后，用点焊将四角连接角钢与预埋钢板临时焊接，再次检查位置及垂直度后，随即由两名焊工对角对称施焊。焊接中应防止焊点出现由于温度应力而产生的焊接变形，否则容易引起桩身歪斜。焊缝应连续饱满，焊接时间尽量缩短，以防止发生固结现象。焊接接桩适用各类土层。焊接节点见图2-18。

图2-18　焊接接桩节点

1—连接角钢；2—预埋垫板；3—预埋钢板；4—主筋；5—钢板；6—角钢

（2）硫黄胶泥锚接接桩。

硫黄胶泥锚接法又称浆锚法。制桩时，在上节桩下端伸出4根锚筋，长度为15d（d为钢筋直径）；下节桩上端预留4个锚筋孔，孔径为2.5d，孔深为15d＋30mm。接桩时，将上节桩的锚筋插入下节桩的锚筋孔，上下桩间隙20mm左右。然后在四周安设施工夹箍（由4块木块，内衬人造革包裹40mm厚树脂海绵块连接而成），将溶化的硫黄胶泥注满锚筋孔内，并使之溢出桩面，然后将上节桩下落。当硫黄胶泥冷却后，拆除施工夹箍，则可继续压桩打桩。图2-19为硫黄胶泥锚接节点。

图2-19　硫黄胶泥锚接桩节点

1—上段桩；2—锚筋孔；3—下段桩；4—箍筋；5—螺纹钢筋

7.打入末节桩体

1）送　桩

设计要求送桩时，当送桩的中心线与桩身吻合一致方能进行送桩。送桩下端宜设置桩垫，要求厚薄均匀，若桩顶不平，则可用麻袋或厚纸垫平。送桩留下的柱孔应立即用碎石或黄砂回填密实。

2）截　桩

在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去，截桩头时不能破坏柱身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，将桩位挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用与身同强度等的混凝土与承台一起浇筑接长柱身。