桥梁大直径管桩锤击法沉桩施工技术

桥梁大直径管桩锤击法沉桩施工技术

刘明

中铁十四局集团第四工程有限公司山东济南250002

摘要：高强度预应力管桩（简称PHC桩）以其单桩轴向承载力高、质量易控制、施工无污染等优点，目前在铁路桥梁基础中被推广应用，本文从桥梁桩基施工的特点出发，主要介绍目前桥梁采用的大直径高强预应力混凝土管桩，用锤击法沉桩施工技术。

关键词：高强预应力混凝土管桩；PHC桩；锤击沉桩；贯入度

1工程概况

新建连云港至镇江铁路正线全长305km。主要技术标准：客运专线，双线，250km/h，线间距4.6m。其中由中铁十四局集团有限公司承建的七标段位于江苏省扬州市，桥址位于长江三角洲的江苏中部地区，地貌单元为里下河冲湖积平原，沿线地貌单元单一，地势平坦开阔，地形略有起伏，区间地形地貌以农田为主，地势低平，耕地地面标高2.0～6.5m，地面整体呈北低南高走势，鱼塘、水沟、水渠散布其中。跨宁启铁路特大桥728#-737#、742#-757#桥墩基础采用桩径0.8m的预应力PHC管桩基础，每个桥墩布置10根桩，梅花型布置，中间2根为直桩，周围8根为1:10斜桩，桩长31～46ｍ，本次管桩施工采用锤击法沉桩施工。管桩桩体采用混凝土为C80，接桩形式采用焊接，与承台连接的桩不短于15cm。

2施工工艺及质量控制

2.1施工工艺流程

施工准备→测量放样→桩机就位→移桩架对位→吊桩插桩对中调整→锤击沉桩→接桩→锤击沉桩→收桩、测贯入度→移位。

2.2施工准备

2.2.1场地要求

将施工场地整平，压实，便于施工机械的操作与调整，防止桩机的横向倾斜。管桩施工前应对临近的建筑物采取有效的防护措施，施工时应随时进行观测。

2.2.2管桩堆积和吊运

管桩运至施工现场后要进行堆放，现场堆放场地要坚实平整，垫木支撑点应在同一水平面上，垫木间距依吊点位置确定，堆放层数不得超过四层（堆放应满足GB13476-2009的要求）。管桩堆放位置应考虑到现场施工方便，并且离打桩位置不宜超过50m，打桩机能尽快地进行下一桩位施工，管桩按不同长度及施工流水顺序分别堆放，在堆放场地，根据桩基长度，匹配好管桩，进行编号；根据桩长在桩身上画出长度标记，按从上到下的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。在驳运、堆放过程中保持平衡，轻吊轻放，避免撞击和损伤。

2.2.3进场验收

管桩从预制成型到锤击打桩施工，间隔时间应尽量长，以保证管桩混凝土强度等级应达到设计强度等级。现场要堆存管桩要满足一定数量，以满足施工进度需要；同时按“先进场先打”的原则，以满足管桩的强度要求。

2.3锤击施工工艺

2.3.1测量放样、桩机就位

施工前，需对斜桩桩位进行测量放点，对桩位原地面标高H1进行测量。对桩位周边场地进行平整，保证场地排水畅通，且场地应满足打桩所需的地面承载力。由于斜桩有一定的倾角，且设计桩顶标高与自然地面标高有一定的差值，使得设计桩顶位置与打入时的位置上下不在一条铅垂线上，沿着斜桩的倾斜方向向前或向后移动一定的距离（当自然地面标高高于设计桩顶标高时，向后移动），根据自然地面的标高与设计桩顶的高差以及桩的倾斜角计算出斜桩施打位置的偏移量。

设计图纸坐标(x0，y0)

实际施打坐标(x，y)

斜桩方位角α

向前移动(向斜桩坐标方位角方向移动)

X=x0+Lcosα

Y=y0+Lsinα

向后移动(向斜桩坐标方位角反向移动)

X=x0-Lcosα

Y=y0-Lsinα

对斜桩的桩位控制之外，还要控制好倾斜方向。根据施工图纸确定倾斜方向，倾斜方向反向设置一点，距施打桩位向后15m，将两点用白灰洒线，保证灰线在桩机的正中。

在施工中定期做好检查，定位需要移动时，先检查其准确性，并做好测量记录。同时，认真做好每根桩基的测量放样记录，并及时提请监理复核，复核手续及时、完善，经监理复核通过后再施打。

2.3.2管桩起吊

管桩混凝土达到设计强度的70%方可起吊，达到100%方可运输。管桩起吊运输中要防止振动、冲撞，卸桩时吊桩采用两支点法或两头勾吊法，两支点位置与堆放支点位置相同，可先将桩身吊起0.2～0.3m，检查机身稳定性、制动器的可靠性和吊具的牢固性，确认一切状况良好后，再缓慢起吊、转向，下降时必须低速轻放，避免桩身受损和发生附加弯矩。

2.3.3插桩

管桩采用桩机自带的卷扬机进行场内吊运，桩打入过程中修正桩的角度较困难，因此就位时必须安装正确。锤打入垂直桩时，桩锤、桩帽应和桩身在同一中心线上，桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5%。锤打斜桩时，第一节管桩提起并轻轻插入地下20cm，保持位置准确，然后调整桩架，在倾斜过程中也要调整桩机的位置，一般向后移动桩机，保证桩架与管桩平行，慢慢倾斜达到施工要求的倾斜角度。斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角（倾斜角系桩的纵向中心线与铅垂线间的夹角）正切值的15%。校核桩的垂直度采用桩机的正前方向设置一台经纬仪或长的线锤使管桩在倾斜刨面内保持垂直。通过桩机导架的横向及侧向移动进行调整管桩的倾斜角度及垂直度。经纬仪设置在不受打桩影响处，并经常加以调平，使之保持垂直。开始轻轻打下，认真检查，若有偏差及时纠正，必要时拔出重打。

2.3.4锤击沉桩

因地层较软，初打时可能下沉量较大，采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，逐渐增大起锤高度。桩帽与桩周围的间隙应为5～10mm，桩锤与桩帽、桩帽与桩之间应加设硬木、麻袋、草垫等弹性衬垫。在整个打桩过程中，确保桩锤、桩帽、桩身保持在同一轴线上，必要时将桩锤及桩机导杆方向按桩身方向调整，不使管桩受到偏心锤打。打桩较难下沉时，检查落锤有无倾斜偏心，特别是检查桩垫、桩帽是否合适，如果不合适，更换或补充软垫。每根桩连续一次打完，不宜中断，以免难以继续打下。

锤击沉桩送桩应符合下列规定：

a、由于本线桥梁基础打入桩的送桩深度均位于2.0m～6.0m之间，打桩机宜采用步履式柴油打桩机；桩帽和桩锤之间应用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳作为“锤垫”，其厚度宜取150～200mm；

b、当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩顶质量，合格后及时送桩；

c、送桩的最后贯入度（贯入度是指在地基土中用重力击打管桩时，桩身进入土中的深度。贯入度一般是指锤击桩每10击进入的深度，单位用“mm/10击”表示）应参考相同条件下不送桩时的最后贯入度并修正；

d、送桩后遗留的桩孔应立即回填或覆盖。

2.3.5接桩

接桩前先将下段桩顶清洗干净，在上节桩头上焊接定位钢筋，然后把上段桩吊放在下段的端板上，依靠定位钢筋将上下桩段端口对齐，焊缝应连续饱满，端板采用Q235B钢，焊条采用用E43型焊条，或者为二氧化碳气体保护焊，焊接好后经自然冷却后再捶打沉桩，以免温差过大，将焊缝裂开，降低焊接强度，同时不得停留时间过长，免得打桩过程中土的静摩阻恢复后难以沉桩。

a、接桩时使新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等在打桩之前预先清刷干净。当下节桩的桩头距地面1～1.2m时，即可进行焊接接桩。桩对接前，上下端板表面应采用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽。端板在打桩之前即需除锈。

b、接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm，接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打，可以用撬棍轻轻撬动。上节桩找正方向后，对称点焊4～6点加以固定，然后开始对称施焊，由于本工程管桩焊缝倾斜，所以焊接时由低处向高施焊。管桩焊接施工时由有经验的焊工认真进行，焊接保证不少于三层，焊接过程中内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满、连续，焊缝高度2mm，且根部必须焊透。

c、上、下节桩对接检查合格后，先进行定位点焊，点焊时所采用的焊接材料与正式施焊时相同，点焊如有缺陷及时铲除。

d、上、下节桩对中，不偏斜，如在两节桩之间出现间隙，采用厚薄适当的铁片填实。焊接时要采取防风措施，在焊接位置迎风使用钢筋和彩条布制作防风围挡，减少焊接变形，防止焊口降温过快导致焊缝质量问题。焊缝连续饱满，并确保规定的焊缝长度。

e、焊接完成后，由项目部质量员检查合格后，请监理检查。焊缝质量应满足《钢结构工程施工质量验收规范》的要求。检查合格后，冷却时间不宜少于8分钟，冷却后再施打，严禁使用水冷却或焊好即施打。

2.3.6终止锤击

管桩终止锤击的控制应符合下列规定：

a、当桩端位于一般土层时，应以桩端设计标高控制为主，贯入度控制为辅。

b、桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、粉砂、粗砾砂等持力土层时，进入持力层不小于1.5m。应以贯入度控制为主，桩端标高控制为辅。

c、贯入度已达到设计要求而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，并按每阵10击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，施工控制贯入度应通过试验确定。

d、按总锤击数控制时，在合理选锤的情况下，任一单桩的总锤击数不宜超过2500。最后1m锤击数不宜超过300。

2.3.7截桩

一般不宜截桩，如遇特殊情况需要截桩时，应采取有效措施以确保截桩后管桩的质量。截桩宜采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩。

3检查验收

按时间顺序分为三个阶段：施工前检验，施工中检验，施工后检验。

（1）施工前检验：桩的外观质量、桩身混凝土强度；电焊条、打桩或压桩设备检验。

（2）施工中检验：打或压入深度、停锤标准、静压终止压力值、桩身的垂直度；接桩的质量，接桩的间歇时间，桩顶完整状况；每米进尺的锤击数、最后1m进尺锤击数、总锤击数、最后三阵十锤的贯入度和桩尖标高；桩顶、桩位地面土体的竖向和水平位移观测值等。

（3）施工后检验：应在桩承台土方已经开挖完毕后进行，应进行桩位、桩长、桩径、桩身质量（动测）和单桩极限承载力（静载）的检验。全部检验合格，才能做桩承台的施工。

4施工注意事项

（1）上下节桩之间的连接采用端板焊接联接，电焊厚度与坡口齐平。焊接层数宜为三层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满、连续且根部必须焊透。

（2）管桩的混凝土强度必须达到设计强度及14天龄期后方可沉桩。

（3）沉桩应力求连续施工，中途不得人为停锤，确须停锤，应尽量缩短停锤时间。

（4）桩锤击时的压应力应小于桩身材料的轴心抗压极限强度/1.4（35.9MPa），锤击拉应力应小于桩身材料的抗拉极限强度/1.4（2.22MPa）。

（5）沉桩过程中，当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、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，进行必要的处理后，方可继续进行施工；沉桩过程中，因地基原因或遇障碍物致使桩位偏移或倾斜时，不得强行纠偏，应会同有关方面研究处理。

（6）锤击沉桩时，必须采取管桩芯内排气、排水措施及涌土处理。

（7）此工法施工，噪音大，建议各设计院设计管桩施工时，一定要对全线居民区做好调研，本工程原本设计43个墩采用管桩，后因老百姓阻工，变更减少了17个墩，带来了不必要的麻烦。

5结语

高强度预应力管桩在铁路桥梁中应用日益广泛，锤击沉桩施工应结合现场实际情况及工程地质情况，合理安排施工计划，遇到问题，及时协调，动态调整工艺参数，确保工程质量受控，通过本工程施工，总结出桥梁大直径管桩施工工艺及控制要点，为以后的大直径管桩施工奠定基础。

参考文献

[1]DBJ/T15-22-2008锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程[S]

[2]GB13476-2009先张法预应力混凝土管桩[S]

[3]徐至钧.预应力混凝土管桩设计施工及应用实例[J]．中国建筑工业出版社，2009.3第一版