液压振动锤沉入方桩的质量控制要点

液压振动锤沉入方桩的质量控制要点

尹,跃

上海申鼎建设科技（集团）有限公司  上海  200940

【摘要】：文章通过崇明区横沙乡建东河(红星河-庆德圩河）河道整治工程护岸结构桩工程的施工总结。介绍了液压振动锤打桩机施工特点，在农村中小河道整治工程中沉入钢筋混凝土方桩的应用优势，阐述了方桩施工准备、施工过程的质量控制及常见问题的处理。对类似工程有一定的借鉴意义。

关键词： 液压振动锤   方桩  沉桩  质量控制  

一、引言

近几年，上海市实施大规模的中小河道整治工程建设。中小河道整治护岸结构多采用预制方桩基础，尤其是靠近房屋道路等已建的各类建筑设施工段，设计一般采用方桩、方桩与板桩结合的方案，以保证构筑物及其他设施的安全。

传统的方桩沉入施工，采用轨道式打桩机进行锤击法施工，锤击法施工存在噪声大、振动大、挤土严重等问题，特别是噪声，群众反应大，甚至引起群众投诉，而造成工地停工时有发生。如采用静压法沉桩施工，静压桩机吨位重，现有农村道路条件不允许通行，且静压沉桩还存在成本高等缺点，一般工程不采用。目前农村中小河道方桩沉入施工，开始推广静压法和振动法相结合的沉入方桩工艺，有效解决了锤击法和静压法沉入方桩施工存在的问题。崇明区横沙乡建东河（红星河-庆德圩河）河道整治工程采用液压振动锤沉桩法施工，取得了较好的效果，针对工程的施工环境主要介绍了方桩施工的质量控制要点。

二、项目概述

2.1、工程概况

崇明区横沙乡建东河（红星河-庆德圩河）河道整治工程位于上海市崇明区横沙乡，施工河道北起红星河，南至庆德圩河，整个河道呈南北走向，整治河道总长3.62km。主要施工内容包括：新建主河护岸6894.1m，支河口护岸520m，支河修复护岸100m；新建绿化5.89万㎡；河道疏挖土方17.21万m³；新建跨河桥梁8座；支河桥梁12座；新建防汛道路3253m。（详见附图1）

图1崇明区横沙乡建东河（红星河-庆德圩河）河道整治工程施工平面布置图

2.2工程地质情况

根据勘察报告，在勘察最大深度50m范围内，揭遇的地基土均属第四纪沉积物，从其结构特征、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为4个工程地质层及若干亚层。详见附表1

根据勘察资料，建东河工程护岸结构主要位于灰色粘纸粉土与灰色砂质粉土层上，固结抗剪粘聚力差、地基承载能力低，护岸结构采用方桩基础。

2.3护岸结构形式

建东河工程护岸结构共分为7种结构形式，方桩结构主要用于邻近居民住房段及现有东江路公路及防汛道路保护段。护岸桩基础主要采用200*200*5000mm＠1500mm、200*200*6000mm＠1390mm方桩及河边嵌固密排718*180*9*1500mm的高强度塑钢板桩。桩顶上浇筑300*400mm和400*500mm两种C30钢筋砼导梁。（详见图2）

图2  B2型方桩护岸结构示意图

2.4桩机选型

根据建东河工程施工环境、土质、桩的规格等因素，采用PC200液压振动锤打桩机。这是一种将静压法和振动法相结合的施工方法。可减少噪音影响，保证质量，提高工效。施工工艺具有以下特点：1、采用定型的钢桩帽，减少打桩造成的桩头破裂。2、桩帽设置对销孔，直接利用打桩机动力穿销起吊，减少人工二次捆绑。3、在桩帽与桩头之间设置垫木，减少打桩时桩头破裂。

三、准备工作质量控制要点

方桩沉入准备工作较多，以下几项易被忽视的准备工作，对施工质量影响较大，要引起高度重视。

3.1编制针对性的沉桩施工专项方案

打桩施工，施工时间较长，所占整个工期的比重大，如出现质量问题，不但影响工期，而且增加后续工序的施工难度及工程质量。编制高质量的，具有针对性、可靠性、严密性的专项方案极为重要。

建东河工程沉桩施工开始前，项目管理人员认真阅读设计图纸，对现场进行周密的调查，认真编制了专项施工方案。专项方案中明确了执行的规范标准、施工流程、人员、机械设备及资源的配置、质量控制重点及目标值、质量安全控制方法及措施等。针对建东河工程施工特点及环境，根据以往的施工经验及教训，列出了易于发生的质量通病和安全问题，并制定了相应的解决问题的措施和方法。施工过程中，对发现的质量通病及安全隐患，都能够对症下药，进行快速处理。

3.2抓好地下障碍物的勘察清理工作

方桩沉入施工，最忌地下障碍物。尽管在项目的前期工作中，建设单位委托勘察单位对施工内障碍物进行勘察工作，并提供了勘察报告。工程实施前，项目部考虑到，由于年代久远，过去工程建设的不规范，特别是地方上一些小的构筑物及设施没有档案留存。同时建东河整治，大部分工段为老河道疏浚，河道中不可避免存在各种杂物，因河道岸坡长期坍塌、河床淤积原因，这些杂物早已埋入土中。

建东河工程实施前，项目部组织力量，深入单位、群众中进行走访，到现场详细观察，加大钎探密度，又发现了块石、混凝土块、废弃的管道、树根、木料等杂物。任何一块地下障碍物都会对方桩打设产生很大的麻烦，造成方桩打偏、打裂、打断的质量问题。施工中，项目部对发现地下障碍物，做到了一块不留，一清到底，使沉桩施工得到顺利进行。

3.3桩基平台的设置

桩基作业平台设置，直接影响方桩打设质量和安全。作业平台必须满足桩机安装平稳、牢固要求。防止在打桩过程中，因机械振动、导致桩机倾斜，影响沉入桩的垂直度，如果桩机失稳，还易造成倾倒的安全事故。

护岸工程沉桩施工，桩机一般设在河岸上，将地基经过平整碾压，桩机施工就能达到平稳、牢固的要求。

建东河工程有些工段紧靠房屋道路，在河口外侧桩机无工作面。在这种情况下，将桩机作业平台设置在河道内，如在水位线以上，对桩机作业平台进行平整碾压即可，如果桩机作业平台在水位线以下，则需先排除积水，清除杂物、淤泥土，然后调好土回填，分层碾压平整，以利桩机作业。

3.4抓好预制方桩养护的双控问题

预制混凝土方桩打设，必须满足混凝土强度养护双控条件达到100%，龄期达到28天要求。根据本人多年打桩实践经验，方桩养护质量达到上述双控条件的，从未发生打裂、打断的质量问题。若混凝土强度达到100%，龄期未达到28天的，曾出现过方桩打裂、打断的现象。

考虑工期、性价比等多方面因素，施工单位一般都购买成品桩。生产厂家为了提高场地的周转率，往往在预制桩强度达到70%后，就将桩运送到工地。

建东河工程开始前，项目部在进行施工场地布置时，安排了成品桩运到现场后继续养护的场地，做到方桩养护强度达到100%，龄期达到28天后，才进行打设。建东河工程沉桩施工，未出现一根打裂、打断的质量问题。

由于准备工作充分、规范，为整个桩基工程施工质量控制创造了重要的前提条件。

四、施工过程质量控制要点

4.1测量放样质量控制

建东河整治工程线路长、施工区域环境复杂、整治河道两侧房屋等各类建筑物较多、树木多、地势坑洼不平且多沟叉。因各种主客观原因，动拆迁工作滞后，而工期又较紧，给河道全线测量放样带来严重困难。

测量放样是从源头上影响工程质量的重要工序。工程开始前，项目部严格按施工程序要求克服困难，根据经复核的导线测量成果表，对现场桩位进行测量放样。做到一测两复，首先由施工项目部测量员进行测量放样，并进行复测，确认无误后报监理单位进行复核。经监理工程师复核无误同意后，才进行沉桩施工。

为了有效控制打桩过程中桩位和高程达到设计及规范要求，考虑河道环境的复杂性，河道沿线每隔200m左右，在不受施工及外界因素干扰的位置设置了临时水准点、坐标点，并采取了加固措施，妥善保护，施工中经常进行复核。

4.2抓好试桩质量控制

为了验证建东河工程选定的打桩机械，制定的施工工艺是否适应施工区域的地质和环境，根据相关规范要求，建东河工程共计试桩10根，通过试桩验证后，所选择的桩机满足施工要求，制定的施工工艺切实可行，确定了以桩尖高程为主要技术参数，获得业主、设计、监理等各参建单位的认可。

4.3方桩打设桩位及垂直度质量控制

方桩打设垂直度和桩位紧密关联，垂直度控制不好，必然桩体偏位，所影响工段桩位轴线达不到顺直要求。长期以来，河道护岸结构多采用“方桩+混凝土承台+浆砌块石”的结构，因承台一般较宽，达到2.0m左右。桩位偏差较大时容易被掩盖，建东河工程方桩横截面为200*200mm,桩顶浇筑钢筋混凝土导梁，导梁宽度仅为300mm和400mm两种规格，桩体外边缘至导梁外边缘仅50～100mm，如果垂直度控制不好，桩体外边缘极易超出导梁外边缘。如果桩体打偏，则导梁难以施工，会影响导梁线性达不到顺直的设计及规范要求。所以建东河工程方桩打设，对垂直度、桩位质量控制有着严格要求，项目部采取如下措施：

4.3.1确保桩机作业平台承载力满足桩机作业要求，并且平整、稳固。

4.3.2打桩机进场前，首先修筑施工便道，便道采用钢道板方便转运。桩帽等附件安装完成后，打桩机行至桩位处的道板上。机械安装调试就位后，使桩机附件桩帽中心与地面上的桩位对准，调平打桩机，经校核无误，方可施工。

4.3.3预制桩打设过程中，桩帽、垫木和桩身爆锤在同一中心线上。

4.3.4方桩被吊起后，按照已符合准确的桩位对准，对准时采用两台互成90。角的全站仪进行校正。施工时指挥员应及时调整桩身，保证桩身的垂直度。桩身垂直度不超过1%L,过程中采用吊锤线两个钢尺量最大值的方法。施工过程中每下沉1m就观测一次，发现倾斜不满足要求就指挥操作手及时更正。

4.4方桩打设桩身完整性质量控制

施工时，要防止机械施打对桩身完整性的破坏，项目部主要采取了如下质量控制措施。

4.4.1根据液压振动锤打桩机的特点，采用先静力压桩，后采用振动压桩相结合的施工方法。静力压桩根据打桩机动力臂的力量对前段方桩进行施工，当方桩入土深度比较缓慢或者很难下沉时，应开启振动装置进行振动沉桩。

4.4.2桩体起吊前，人工配合桩帽水平套入桩顶，套入后采用钢丝绳进行固定，起吊前确保钢丝绳固定牢靠后，再起吊。建东河工程用的桩帽有足够的强度、刚度、耐打性，桩帽为方筒形，套桩头用的筒体深度60cm，内径比方桩外径大2cm，有效地防止了桩帽过浅桩头易脱出和桩帽过深易损伤桩头的问题，另外也防止了套筒与方桩间隙过大，沉桩易发生偏压现象。

4.4.3施工起桩时，桩帽套入桩顶后，桩帽与桩顶处的对穿孔必须对齐。

4.4.4振动沉桩不宜速度过快，下沉速度控制1.5m/min，避免振动过大，桩头破坏，影响桩身的完整性。

4.4.5静力压桩和振动压桩应一次完成，不要中途间歇。

4.5桩基质量检测

桩身质量检测采用低应变方法，检测数量为桩数的10%。建东河工程打设方桩共4600根，完整性检测共460根全部合格，其中Ⅰ类桩450根，Ⅱ类桩10根，满足设计及规范要求。

五、需注意的几个常见问题处理

5.1避免送桩

建东河工程有少部分工段为平地挖河，地面标高均在3.1m以上，而桩顶标高在1.7m，按照先护岸结构物后开挖土方的施工流程，需要送桩。

大量的施工实践证明，因送桩器与预制桩截面总有些差异。打桩时冲击力的不规则，垂直度控制的难度较大，易导致桩入土时发生倾斜。

先实施护岸结构，后开挖河道土方的目的是为了确保护岸结构施工及完成后稳定安全，在这个大前提下，项目部调整了施工顺序，先将河道土方开挖到1.2m左右（河底设计高程0.00m），比桩顶标高低50cm,抓好排水，避免了送桩，保证了桩体垂直度和桩位的轴线达到设计要求。

5.2铁板沙处理

横沙岛位于长江入海口，长江水体中的泥沙经过往复水流的移动与筛选，较粗部分泥沙自然沉降，在往复水流的作用下渐渐密实，镶嵌入最稳定的位置形成表层密实的铁板沙。横沙岛是长江口多年冲积形成的岛屿，近些年，又进行了围海造田工程，满足铁板沙形成的条件。在建东河打桩过程中，几次遇到过此类情况。针对铁板沙采取以下步骤：（1）、停止继续振动沉桩，保证桩头不被破坏和桩身的完整性。（2）、采用射水法配合振动沉桩，射水法适应砂夹卵石层或坚硬土层。因此时桩基已沉入土层较多，以振动为主，以射水为辅。（3）、采用单管内射水，吊插桩基时要注意及时引送输水胶管，防止拉断与脱落，沉桩至距设计标高一定距离（2.0m以上）停止射水，拔出射水管，进行振动使桩下沉至设计要求高程。

5.3遇到障碍物的处理

尽管勘察单位提供的勘察报告，项目部进场前又进一步进行钎查，但不能百分百做到清除地下所有障碍物，特别石块等施工过程中仍会遇到，导致沉桩达不到设计高程。遇到这种情况，请设计单位到现场查看，设计单位通过对桩基的承载力的验算，满足要求的，采取截桩方案，对不能满足设计要求的，在旁边增打方桩。

六、结语

崇明区横沙乡建东河（红星河-庆德圩河）河道整治工程已通过合同工程完工验收，工程质量评为优良等级，其中方桩单元工程质量优良率为100%。获得上级水利部门、横沙乡及各参建单位的一致好评。

农村中小河道治理面广量大，除满足防汛排涝、水资源调度功能外，还必须达到生态建设，环保治理的要求。因此促进了对传统的结构形式，施工工艺的变革，也推动了施工技术的不断发展。新结构、新工艺、新材料、新技术的不断出现为施工提供了更多、更优质的选择。建东河工程护岸结构采用了近几年来新的结构形式、施工工艺和新的技术，在河道整治工程中传统桩基施工，如何适应新工艺、新技术，是需要在实践中不断探讨，不断总结的一项工作。作为专业技术人员在突破传统的施工工艺基础上，对新结构、新工艺、新材料、新技术要不断学习，不断探索，特别要注意总结出工程质量控制经验成果，推动技术进步。

【参考文献】

[1]预制桩锤击打入法在地基处理中的应用[J].聂建国.山西建筑.2001(01)

[2]预制方桩振压法打设施工技术研究 [J].朱海军，苏艺.中国水能及电气化.2018(05)