锤击沉桩施工

锤击沉桩是利用桩锤下落时的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，使其桩身不断下沉。锤击沉桩是预制桩最常用的沉桩方法，施工速度快、机械化程度高、适用范围广，但施工中有挤土、噪声和振动等公害，对城市中心和夜间施工有所影响。

（1）打桩机具选择。打桩所用的机具设备，主要包括桩锤、桩架及动力装置三部分。

①桩锤。桩锤的作用是对桩施加冲击力，将桩打入土中，完成沉桩。

桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、振动锤、液压锤。

a．落锤。落锤也称自落锤，一般由生铁铸成，锤重为5～20k N。轻型落锤可用人力拉升，一般用卷扬机提升，桩锤自由落到桩头上，反复锤击，桩逐渐打入土中。落锤构造简单，随意调整落距，但打桩效率低、对桩损伤较大，现已较少使用。

　B．单动汽锤。单动汽锤如图2-5（a）所示，利用蒸汽（或压缩空气）将桩锤（汽缸）上提一定高度，桩锤靠自重下落打桩。单动汽锤锤重为30～150k N。构造简单、落距短，设备和桩头不宜损坏，打桩速度及冲击力较大，效率较高，每分钟锤击60～80次，适用于各类桩在各类土层中施工。

C．双动汽锤。双动汽锤如图2-5（b）所示，利用蒸汽（或压缩空气）将锤上举及下冲，增加夯击能量，双动汽锤锤重为6～60k N。双动汽锤冲击力更大，频率更快，每分钟可锤击100～200次，适用于打各种桩并能用于水下打桩、斜桩和拔桩。

　D．柴油锤。柴油锤分为导杆式、活塞式和管式三类，利用燃油爆炸推动活塞往复运动进行锤击打桩，如图2-6所示。柴油锤本身附有机架，不需要外部动力设备，沉桩速度快、适应性大，施工操作简单、安全可靠。柴油锤在过软的土中由于贯入度过大，因此，燃油不能爆发、桩锤不能反跳，否则会使工作循环中断。柴油锤锤重为22～150k N，每分钟锤击40～80次。

图2-5 汽锤

（a）单动汽锤；（b）双动汽锤

1—汽缸；2—活塞；3—活塞杆；4—桩；5—活塞上部；

6—换向阀门；7—锤的垫座；8—冲击部分

图2-6 柴油锤类型示意图

（a）杆式柴油锤；（b）筒式柴油锤

1—活塞；2—汽缸

e．液压锤。液压锤是一种新型的桩锤，是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，令其往返实现夯击作用，将桩沉入土中。液压锤具有低噪声、无油烟、省能耗、冲击频率高、沉桩效果好等优点，适用于打各种直桩、斜桩、拔桩和水下打桩，是一种理想的冲击式打桩设备。

根据工程地质条件、施工条件、机具设备、工作效率等选择桩锤的类型，确定桩锤锤重，一般锤比桩重较适合。同时锤击桩顶，为防止桩受过大冲击应力而损坏，应选用重锤低击。施工中可以根据地质条件、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，也可以根据施工经验，参照表2-2选择，还可以按锤冲击能量选择锤重，用下式计算：

式中 E——锤的一次冲击能（k N·m）；

F——设计单桩竖向极限承载力标准值（k N）。

并应当按照下式复核：

式中 犠——桩锤重力（k N）；

C——桩重力（k N）；

E——桩锤一次冲击能（k N·m）；

K——桩锤适用因数，双动和柴油锤K≤5．0，单动汽锤K≤3．5，落锤K≤2．0。

表2-2 桩锤重量选择参考表

②桩架。桩架的作用是支持桩身和桩锤，将桩吊至打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿要求方向冲击。

选择桩架应当考虑桩锤类型、桩的长度、施工现场等因素。桩架的高度是桩长、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组高度的总和，还应当预留1～2m的高度作为桩锤的伸缩余量。

常用的桩架有滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架。

a．滚筒式桩架（图2-7）。桩架行走靠两根钢筒在垫木上滚动，结构比较简单，容易制作，在平面转弯、调头方面不够灵活时使用，操作人员较多。其适用于预制桩和灌注桩施工。

　B．多功能桩架（图2-8）。桩架机动性和适应性很大，在水平方向上可作360°旋转，导架可以伸缩和前后倾斜，底盘下装有铁轮，可以在轨道上行走。其适用于各种预制桩和灌注桩施工。

图2-7 滚筒式桩架

1—枕木；2—滚筒；3—底座；4—锅炉；5—卷扬机；

6—桩架；7—龙门；8—蒸汽机；9—桩帽；10—缆绳

图2-8 多功能桩架

1—枕木；2—钢轨；3—底盘；4—回转平台；

5—卷扬机；6—司机室；7—平衡重；8—撑杆；

9—挺杆；10—水平调整装置；11—桩锤与桩帽

C．履带式桩架（图2-9）。桩架以履带式起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成。移动方便，比多功能桩架更灵活。其适用于各种预制桩和灌注桩施工。

图2-9 履带式桩架

1—导架；2—桩锤；3—桩帽；

4—桩；5—吊车

③桩帽及衬垫材料。为提高打桩效率和沉桩精度，保护桩锤安全使用和桩顶不受破损，在桩顶加设桩帽，根据桩锤和桩帽的类型、桩型、地质条件和施工条件等因素，合理选用衬垫材料。桩帽上部垫材为锤垫，可以采用橡木、桦木等硬木按照纵纹受压使用，也可用钢索盘绕而成。桩帽下部与桩顶间的材料为桩垫，可以采用松木横纹拼合板、草垫、麻布片、纸垫等。垫材厚度应当合理选择。

④送桩器。当桩顶设计标高低于地表时，将桩顶打入（或压入）至设计标高，称为送桩。送桩一般用钢管制成，送桩器制作要有较高的强度和刚度，易打入及拔出，将锤头冲击力有效传递到桩上。

（2）打桩前的准备工作。打桩前，应当认真处理地上、地下（如树木、电线杆、地下管线、旧有基础）障碍物，打桩机进场及移动范围内的场地应当平整压实，以使地面有一定承载力，并保证桩机的垂直度；需进行打桩试验，以便检验设备和工艺是否符合要求。在打桩前，应当根据设计图纸确定桩基轴线，并将桩的准确位置测设到地面。

（3）确定打桩顺序。打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩受水平推挤而造成偏移，或因垂直挤拔作用造成浮桩；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。因此，打桩顺序是否合理，直接影响打桩进度和施工质量。确定打桩顺序时，要综合考虑到桩的密集程度、基础的设计标高、现场地形条件、土质情况等。

打桩顺序一般分为从两侧向中间施打、逐段单向打设、由中间向四周打设和由中间向两侧打设，如图2-10所示。当桩较稀疏时，可从两侧同时向中间施打，或逐排单向打设。若桩密集（桩中心距大于4倍桩边长或直径），一般当基坑不大时，打桩应当从中间向两侧对称施打，或由中间向四周施打；当基坑较大时，应将基坑分为数段，而后在各段范围内分别进行打桩。打桩应避免自外向内，或从周边向中间进行。

图2-10 打桩顺序图

（a）从两侧向中间施打；（b）逐段单向打设；（c）由中间向四周打设；（d）由中间向两侧打设

当桩基设计标高不同时，打桩顺序宜先深后浅、先大后小、先长后短。当桩头高出地面时，桩机往后退打。

（4）打桩工艺。

①定锤吊桩。桩机就位时桩架应垂直，导杆中心线与打桩方向一致，校核无误后将其固定，将锤桩和桩帽吊起，其高度应高于桩顶，吊起桩身，送至导杆内，对准桩位调整其垂直度，垂直度偏差不得超过0．5％。然后将桩帽在桩顶固定，并将桩锤缓缓落在桩顶上，在桩锤自重的作用下，桩沉入土中一定深度达到稳定位置，再校正桩位及垂直度。

②打桩。打桩时应当采用“重锤低击”，即开始施打时用小落距（一般为0．6m左右）击打，入土一定深度（1～2m）后再用全落距击打，这样桩尖不易产生偏移。打混凝土管桩时最大落距不应大于1．5m，实心方桩不应大于1．8m。锤击过程要连续、速度要均匀，间歇时间不要太长。

打桩过程中，应当经常检查打桩架的垂直度，如偏差超过1％，则应及时纠正。观察桩锤回弹情况，如回弹太大，则说明桩锤太轻，不能使桩下沉，应重新更换桩锤。随时观察贯入度的变化情况：当贯入度骤减、桩锤突然发生较大回弹，表明桩尖可能碰到障碍，此时应减小锤击落距，加快锤击；若还有这种现象，则应停止锤击，研究原因进行处理。打桩过程中，如突然出现桩锤回弹，贯入度突增，桩身弯曲、倾斜、桩顶破坏加剧等，表明桩身可能已被破坏。

桩的入土深度控制，对于端承桩以贯入度为主而以标高作为参考；对于承受轴向荷载的摩擦桩，应以标高为主，以贯入度作为参考。贯入度是指最后贯入度，即最后10击桩的平均入土深度（双动汽锤为每分钟下沉值）。

③接桩及截桩头。一般施工设备条件对桩长度有所限制，桩的设计长度较大时，需要采用多节桩段连接而成。混凝土预制桩接头不宜超过2个，预应力管桩接头不宜超过4个。

常用接头的连接方法有焊接法、浆锚法和法兰法接桩。

a．焊接法接桩，如图2-11所示。上下节桩对准后，将锤降下，压紧桩顶，如节点有间隙，可以用铁片垫实焊牢，上下节桩的中心线偏差不得大于5mm，焊前应当除去节点部位预制埋件及铁片锈迹、污垢，保持清洁，焊接时应当先四角点焊固定，再次检查位置正确后，由两名焊工对角同时施焊以减少焊接变形。焊缝应当连续饱满，焊缝宽度、厚度应当符合设计要求。

图2-11 焊接法接桩节点

1—4L50×5（拼接角钢）；2—4L100×300×8（连接钢板）；

3—4L63×8长×150mm（与立筋焊接）；4—Φ12（与L63×8焊牢）；5—主筋（414）

　B．浆锚法接桩，如图2-12所示。接桩时，首先将上节桩对准下节，使四根锚筋插入锚筋孔，下落上节桩身，使其结合紧密。然后将其上提约200mm，将熔化的硫磺胶泥注满锚筋孔和接桩头平面，之后迅速将上段桩对准落下，当胶泥冷硬并拆除施工夹箍后，即可继续施打。为保证胶泥接桩质量，应将锚筋调直并清理干净，确保无积水、无杂物和油污等。孔深与锚筋长度应当吻合，根据温度确定中间停歇时间，以保证胶泥硬化。浆锚法接桩可以节约钢材且操作简便，接桩时间较焊接法大为缩短。

图2-12 浆锚法接桩节点

1—主筋；2—锚筋孔

C．法兰法接桩，如图2-13所示。其主要用于混凝土管桩，由法兰盘和螺栓组成，接桩速度快，但法兰盘制作工艺较复杂、用钢量大。法兰接头要求相接桩端的桩顶面平服，以保证传力均匀。

图2-13 法兰法接桩节点

1—法兰盘；2—螺栓；3—螺栓孔

当桩顶露出地面影响后续施工时，应当立即进行截桩头；当桩顶在地面下或不影响后续施工时，可以结合凿桩头进行。预制混凝土桩可以用人工或风动工具截除，混凝土管桩可以用人工截除。

打完桩后经过有关人员验收，即开挖基坑（槽），按照设计要求的桩顶标高，将桩头多余部分凿除（可人工或用风镐），但不得打裂混凝土桩身，并保证桩身主筋伸入承台内的锚固长度。粘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，应当在桩位上挖成喇叭口，凿去桩头表面混凝土，凿出主筋应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。

④打桩工程质量要求。打桩工程质量要求包括最后贯入度或标高符合设计要求，桩的偏差应当在允许范围之内。

打桩的贯入度或标高按照以下要求进行控制：

a．桩尖位于坚硬、硬塑的黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩石等土层时，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高作为参考。

　B．贯入度已达到设计要求而桩尖标高未达到时，应当继续锤击三阵，每阵10击，平均贯入度不应大于规定数值。

C．桩尖位于其他软土层中时，应当以桩尖设计标高控制为主，以贯入度作为参考。

　D．打桩控制指标已符合要求，而其他指标与要求相差较大时，应当同有关单位研究处理。

混凝土预制桩打设后桩的垂直度偏差应不大于表2-3规定的桩位允许值，按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为－50～＋100mm。

表2-3 预制桩位置的允许偏差

（5）打桩常遇到的质量问题及预防措施。在打桩过程中，经常遇到的问题、预防措施及处理方法见表2-4。

表2-4 打桩常遇到的问题、预防措施及处理方法