第四节 沉管灌注桩

第四节沉管灌注桩

第四节沉管灌注桩

1概述

1・1沉管灌注桩的原理及类型

沉管灌注桩是采用振动沉管桩机或锤击沉管桩机等将带有封口桩尖的桩管直接打入地层至设计深度成孔，然后放入钢筋笼，边浇筑混凝土边拔出桩管而形成的混凝土灌注桩。

沉管灌注桩按沉管机具和方法不同，可分为振动沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩和振动冲击沉管灌注桩。这里主要介绍前两种施工方法。

1.2沉管灌注桩的特点

（1）施工设备简单，成桩速度快，工期短;

（2）孔形圆整性好，成桩质量高，超径系数小，节省材料；

（3）不用冲洗液，无泥浆排放问题，现场整洁；

（4）对地层和环境有挤土和振动影响；

（5）在软土中成桩易于产生缩颈缺陷。

1.3沉管灌注桩的适用范围

振动沉管灌注桩的桩径一般为270mm〜400mm,最大桩长为20m。锤击沉管灌注桩的桩

径一般为300mm〜500mm，最大

24m。

沉管灌注桩适用于一般粘性土、粉土、淤泥

质土、松散至中密的砂土及人工填土层。不宜

用于标准贯入击数N值大于12的砂土和N值大

于15的粘性土以及碎石土。的高

流塑淤泥层中不宜采用桩径小于340mm的沉管

灌注桩。

2.施工机械与设备

2.1振动沉管打桩机

振动沉管打桩机由桩架、振动沉拔桩锤、

卷扬机、行走机构等部件组成（图8-4-1）。

2・1・1桩架

桩架由立杆、撑杆、底盘等部件组成。由于

沉管灌注桩的施工必须用整根的桩管，而桩管

的长度又必须大于孔深；所以桩架的立杆高度

必须大于桩管的长度加上桩锤的高度。桩长越

大桩架越高，这是沉管灌注桩施工的特点。

为了保持桩架的稳定，振动沉管打桩机都有较大的底盘。桩架上设有三台卷扬机，一台用于提升桩锤和桩管，一台用于沉管时对桩管加压，另一台为提升混凝土料斗用。振动沉管打桩机的行走方式有滚管式、轨道式和步履式三种。常用桩架的技术性能见表8-4-1。

2.1.2振动沉拔桩锤

振动沉拔桩锤具有沉桩和拔桩双重作用。振动沉拔桩锤按动力不同可分电动沉拔桩锤和液压沉拔桩锤。常用的电动沉拔桩锤均为偏心振动机构，有高频、中频、低频、加压、可调偏心力矩及双锤联动等类型，功率7・5kW〜150kW,激振力55kN〜1354kN,规格众多（图8-4-2）。施工时根据地层条件、沉管深度和桩管直径选择振动桩锤和与之配套的桩架。表

8-4-2中列出了不同激振力振动桩锤的适用范围。部分国产电动振动桩锤的型号、规格及技术性能见表8-4-3。液压振动沉拔桩锤目前国内很少生产，国外的产品德国和法国的比较

多，详见表8-4-4。

图8-4-1振动沉管桩机图8-4-2振动沉拔桩锤

表8-4-1桩架型号及技术性能表

2.2锤击沉管打桩机

锤击沉管打桩机由桩架、桩锤、卷扬机、行走机构等部件组成。桩架的结构形式和技术性

能与振动沉管打桩机的桩架基本相同。桩锤

按动力和工作方式不同，可分为单动气锤、双动气锤、柴油打桩锤、电动落锤、柴油机落锤等类型；按桩锤质量不同，可分为小型桩锤、中型桩锤和大型桩锤。其中气锤可用蒸气作动力，也可用压缩空气作动力。落锤是一种用卷扬机提起后，自由下落打击桩头的简易桩锤。锤击沉管常用的桩锤如下：

(1) 小型桩锤：一般采用电动落锤和柴油机落锤，桩锤质量0・75t 〜1・5t,落锤高度1・0m 〜2・0m 。最大适用桩径320mm,适用桩长10m 〜15m 。

(2) 中型桩锤：一般采用电动落锤和单作用气锤，桩锤质量2・0t 〜3・0t ；前者落锤高度1・0m 〜2.0m ，后者落锤高度0・5m 〜0・6m,。 (3) 大型桩锤：一般采用柴油锤和柴油 机落锤，前者落锤高度2.5m ，后者落锤高度1・0m 〜2・0m 。柴油锤冲击部分质量为4・5t ，总

400mm ，适用桩长13〜18m 。

质

5・0t 〜7・0t ；柴油机落锤质量为7・0t 。

选择桩锤时可用下列公式复核：

(8-4-1)

式中K ——适用系数：双动气锤、柴油锤K W5,单动气锤KW3.5,落锤KW2；

M ——锤重⑷；

C ——桩管重(包括桩帽与桩垫)(t)； E ——桩锤的一次冲击动能(t•m)

2.3桩管、桩尖

(1)桩管

一般采用无缝钢管，桩管规格常见的有

G377mm、d325mm、G273mm三种。桩管的表面应刻有醒目的标尺，以便施工中进行入土深度的观测。

⑵桩尖

桩尖一般采用钢筋混凝土预制桩尖或活

瓣桩尖(图8-4-3)。当用钢筋混凝土预制桩尖

时，桩管底部需用钢板加厚，以增加管底与混凝土桩尖台阶的接触面积，减轻桩尖在激振力作用下的破损程度。混凝土桩尖的强度等级应不低于C30,桩尖外径应比设计桩径大20mm,长500mm 〜700mm,锥尖角度45°〜60°；用于坚硬土层中施工的桩尖，还需用钢板加固。一般情况下不宜采用活瓣桩尖;如果采用，活瓣桩尖应有足够的强度，其尖端应在桩管的中轴线上；活瓣张闭应灵活，活瓣间不得有较大的缝隙，否则易造成质量问题。

(b)

(b)活瓣桩尖示意图 4、桩管；5、活瓣销孔；6、活瓣

图8-4-3沉管灌注桩桩尖

3施工工艺

沉管灌注桩施工有振动和锤击两种沉拔

=-

--6

(a) (a)砼预制桩尖示意图

1-©10钢筋2-©8螺旋筋3-©6螺旋筋 1

1

--'2

管方法；按成桩方式不同，有单打（振）法、复打（振）法和反插法三种方法。单打法是最常用、

只在地质条件特殊或要求提高承载力的情况下采用。

3.1单打法

单打法适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。单打法的施工工艺流程为：桩管就位f振动（锤击）沉管f灌注混凝土f下设钢筋笼或插筋f拔管f成桩。（见图8-4-4）3・1・1桩管就位

当釆用钢筋混凝土桩尖时，将桩管对准预先埋设在桩位上的预制混凝土桩尖，套压在桩尖的环形台阶上；在桩管与桩尖接触部位缠绕麻绳或其它材料，以防桩尖损坏和地下水进入管内。当使用活瓣桩尖时，沉管就位前先将活瓣桩尖收拢并捆绑好；桩尖对准桩位，利用桩管自重和桩机的加压装置将桩尖压入土中。桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。校正桩管

垂直度(偏斜不超过0.5%)后即可进行沉管作业。当采用锤击法沉管时，一般不宜采用活瓣桩尖。

3.1.2沉管

(1)沉管施工要求

桩管开始沉入土中时，应保持位置正确，如有偏斜应立即纠正。桩尖入土时如有损坏，应将桩管拔出，用土或砂填实，另换新的重新打入。在沉管过程中地下水或泥土可能进入桩管时，可在桩管内先灌入高1・5m左右的封底混凝土，再开始下沉。使用预制混凝土桩尖时，沉管过程中禁止上提桩管，以防桩管与桩尖脱离，地下水或泥土进入桩管，影响成桩质量。

沉管深度的控制应根据地质条件、贯入度和设计桩长综合确定，并应符合下列规定：

①纯摩擦桩以设计桩长为主，贯入度为辅；

②摩擦端承桩及端承摩擦桩以贯入度和设

计桩长同时控制；

③纯端承桩应以贯入度为主，设计桩长为

辅。

2)振动沉管操作要点

①首先采用静压沉管。当静压沉管不能下沉时，再启动振动器，边振动边加压沉管。振动沉管时可收紧钢丝绳加压，或用配重加压，以提高沉管效率。收紧钢丝绳加压时，应注意防止抬起桩架发生事故。

②沉管时应根据地层情况调整振动器的频率，使其接近土体的共振频率，以求得最快的沉管速度。

③振动沉管贯入度的控制：最后一次抬空持续20s时的贯入度应小于20mm。必须严格控制最后两个两分钟的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩结果和当地长期的施工经验确定。测量贯入速度时应使配重及电源电压保持正常。

④必须根据设计要求和试桩结果严格控制最后30s的电流、电压值。

(3)锤击沉管操作要点

①在检查桩管垂直度和与桩尖的同轴度后，先低锤轻击桩管；在入土一定深度，桩管稳定后再正式锤击，直至将桩管打至设计标高或要求的贯入度。

②沉桩全过程必须有专职的记录员做好施工记录，每根桩的施工记录均应包括每米的锤击数和最后一米的锤击数。准确测量最后三阵10击的贯入度及落锤高度。

③锤击沉管桩最后两阵10击贯入度的控制标准应根据试桩结果和当地的长期施工经验确定。

④测量沉管的贯入度应在下列条件下进行：a•桩尖未破坏；b・锤击无偏心；c・锤的落距符合规定；d・桩帽和垫层正常；e.用气锤时气压力符合规定。

3・1・3灌注混凝土

沉管至设计标高或要求的贯入度后，应立即灌注混凝土，尽量减少间隔时间。灌注混凝土之前必须用吊锤检查桩管内有无吞桩尖和

进泥、进水；接着用吊斗将混凝土从桩管进料口灌入桩管内。灌注时应逐渐由加料口倒入，使管内空气能够排岀，避免因加料过猛形成气襄。每次灌注混凝土时应尽量多灌。用长桩管打短桩时，混凝土应一次灌足；打长桩时，应分次灌注，第一次应灌满，并保证桩管内始终有高度2m以上的混凝土。

当桩身配有钢筋时，混凝土的坍落度宜为8cm〜100cm；素混凝土桩的坍落度宜采用6cm 〜8cm。骨料粒径不宜大于30mm。单打法成桩的混凝土充盈系数应不小于1・0,对于混凝土充盈系数小于1.0的桩，宜全长复打。

灌注混凝土过程中，应设专人制作和保养混凝土试块。试块数量：5〜9桩的群桩承台应取一组，多于9桩的承台取2组，少于5桩的承台按排桩规定取；排桩应每隔10〜15根桩取一组或每台班取一组。

3・1・4拔管

(1)拔管施工要求

第一次拔管高度应以能容纳第二次所需要灌入的混凝土量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应设专人用测锤检查管内混凝土的下降情况，在测得混凝土确已流出桩管后，才能继续拔管。拔管过程中振动或锤击不得中断，桩管内至少有2m高的混凝土。

(2)振动拔管操作要点

当混凝土灌满桩管后，先振动5s〜10s，再开始拔管；边振边拔，边补灌混凝土。每拔0.5m~1.0m停止拔管，振动5s〜10s后再继续拔管。如此反复，直至桩管全部拔出。

在一般土层内，拔管速度宜为1.2m/min〜1・5m/min；在软弱土层中，拔管速度宜为

0.6m/min〜0・8m/min。用活瓣桩尖时拔管宜慢，用预制桩尖时可适当加快拔管速度。

(3)锤击拔管操作要点

①当混凝土灌满桩管后，便可边锤击边拔管，同时补灌混凝土，至直桩管全部拔出。

②拔管速度要均匀，对一般土层以不大

于

1m/min为宜，在软弱土层及软硬土层交界

处，应控制在0・3m/min〜0・8m/min范围

内。

③采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min；自由落锤轻击（小落距锤击）不得少于40次/min。在管底未拔出桩顶设计标高之前，倒打和轻打不能中断。

3.2反插法

采用反插法时，桩管灌满混凝土后，先振动再拔管，边振边拔，每次拔管高度0.5m-1・0m，再振动下沉0・3m~0・5m，如此反复，直至全部拔出沉桩管（图8-4-5）。在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1・0m〜1・5m以上;拔管速度应小于0・5m/min,反插深度不宜大于每次拔管高度的3/5。

反插法宜在饱和土层中采用。反插的作用