打入樁

打入樁又叫沉入樁，是靠樁錘的衝擊能量將預製樁打（壓）入土中，使土被壓擠密實，以達到加固地基的作用。沉入樁所用的基樁主要為預製的鋼筋混凝土樁和預應力混凝土樁。沉入樁的施工方法主要有：錘擊沉樁、振動沉樁、射水沉樁、靜力壓樁以及鑽孔埋置樁等。

基本介紹

• 中文名：打入樁
• 外文名：driven pile
• 又名：沉入樁
• 主要設備：樁錘和樁架
• 特點：樁身質量易於控制，質量可靠
• 所屬類別：交通

打入樁施工中常見問題

概述

上海地區的橋樑與高層建築的基礎普遍採用預製鋼筋混凝土方樁與 PHC 薄壁預應力鋼筋混凝土管樁。鑽孔灌注樁因其質量難以控制 , 施工中會產生大量的泥漿廢渣造成環境污染 , 故在上海地區的建設工程中已逐步被限制使用。建設工程的建設方式 , 推廣採用模組化建設 , 即工程各部件使用工廠化預製 , 現場安裝。而預製樁施工有速度快、工廠集中預製質量好、現場無固液污染物等優點 , 特別是 PHC 管樁採用旋轉離心成型工藝、高壓蒸汽養護 , 從鋼筋製作入模、張拉、混凝土澆注、旋轉成型、蒸壓養護至脫模堆放 , 總耗時一般不超過 24 h, 且出廠後可立即施打 , 大大縮短了施工周期 , 對加快工程建設進度、節省造價起到了積極的作用。預製樁的沉入方法有重力靜壓與衝擊打入二種方式 , 一般在市郊偏遠地區均採用打入預製樁 , 打入樁具有沉樁速度快、樁機相對自重輕的優點 , 但其沉樁原理為採用重錘衝擊能量迫使樁身下沉 , 這就使得打入法施工有難以避免的缺點 , 本文論述了打入樁施工中常見問題的原因及防治處理方法。

打樁

1 樁頭與樁身擊破問題

同三國道大型立交施工 , 基礎設計為 Φ600標號 C80 的 AB 型預應力管樁與 400×400、標號C35 的預製鋼筋混凝土方樁, 樁長分別為 28～31 m與 29～31 m, 按公路施工規範要求 , 分為 2 節樁與 3 節樁錯位布置。預製鋼筋混凝土方樁樁頭一般內設多層加強鋼筋網片 , PHC 樁樁頭為預應力索定位鋼法蘭盤 , 樁頭均能承受較大的錘擊能量。依據該工程地質勘察報告顯示 : ①層 , 耕植土與雜填土 0～1.1 m; ② 層 , 褐色粉質粘土 ; ③ 層 , 黑褐色淤泥質粉質粘土 ; ④、⑤、⑥、⑦ 層 , 綠褐色粉質粘土。該工程占地約 950 m×1 100 m, 範圍較大 ,地層組成深度與厚度分布均勻 , 但③層在場地的東南角部分缺失 , 基礎承載力主要由樁身摩阻力提供 , 樁端進入⑤層作為持力層。按設計要求 , 在同三跨越滬青平的高架主線選取 2 處進行試樁 , 試樁未發現有異常現象 , 試樁報告提交後 , 設計未改變樁長與樁型 , 仍按原施工圖施行。依據業主工期要求 , 在施工時 , 項目部共安排了 12 台 DH508 與 85P 型柴油打樁機 , 樁錘均為 DEMAG4.6 t。因 R3、R8、R7 匝道有部分橋跨設計為現澆後張法預應力箱梁 , 其墩台樁總計378 根 , 長度 11 260 m, 先安排 3 台樁機進場並行施工 , 但開打後出現了沉樁困難的現象。樁入超過1 節半後( 約 20 m) 沉樁速度變緩 , 經測算平均每米錘擊次數達到 120 擊 , 每擊下沉僅為 0.8 cm, 每根樁下沉耗費時間長達近 3 h。而一般正常情況下 , 每台樁機每天能沉樁約 7～9 根 , 工效減低了約 2/3, 且有相當部分樁出現錘擊無效停止下沉的情況。鑒於增加樁機將增加成本 , 經項目部討論後 , 將 3 台樁機的樁錘改換成 6.2 t。換錘恢復施工後沉樁速度大大加快 , 能滿足工期要求 , 但其後又頻繁出現樁頭擊破與樁身爆裂 , 總計 7 次方樁樁頭被擊破 , 1 次管樁樁頭擊破 , 2 次方樁樁身斷裂。擊破的樁頭在樁頂以下約 1 m 範圍內的混凝土全部破裂成碎石狀 , 下部並有延伸裂紋 , 破損的樁身離樁頂以下約 6 m 處、80 cm 範圍內混凝土全部爆裂成碎石狀 , 鋼筋彎曲但無斷裂。隨後對PHC 樁樁頭採用鋼板包覆 , 環氧快速修補後重新施打 , 方樁截樁後採用補樁。

頻繁出現的樁頭擊破 , 大大影響了施工進度。針對上述現象初步分析 , 樁頭與樁身的混凝土強度可能存在薄弱環節。遂使用回彈儀對壞樁的其他完好部分樁身進行混凝土強度檢測 , 經檢測方樁樁身混凝土強度平均達到 C38, 對現場尚未施工的樁堆的樁頭抽檢混凝土強度 , 檢測平均達到C33,PHC 樁樁頭與樁身均到達設計標號。對破損的方樁樁頭進行目測觀察後發現 , 因樁頭鋼筋加強網片空隙較小 , 在混凝土澆注震搗時 , 進入樁頭的粗骨料粒徑偏小 , 未能按混凝土設計配比成型 ,骨料外包面積增加 , 而水泥含量未相應提高 , 故造成樁頭部分的混凝土強度相對樁身偏低 , 至廠家制樁現場踏勘後證實了該現象。除樁強度原因外 ,初始擊樁時的樁頭與樁錘間使用三層草包作為緩衝襯墊 , 草包在錘擊數十次後即壓縮板結失去彈性 , 造成樁頭承受直接衝擊。項目部技術人員與打樁專業分包單位共同商討後 , 擬嘗試按如下方法解決 :

( 1) 樁機採用三檔重錘輕擊方式。

( 2) 樁錘套筒與樁頂間增加鋼套一個 , 樁頂彈性襯墊改為 Φ12 鋼絲繩盤 , 厚度約2～3 層盤圓綁紮 , 下墊厚度 50 cm 的白松木枕 ,木枕約 3 d 更換一次 , 保證擊打過程中緩衝墊層的有效性。

( 3) 原接樁焊接工 2 人改為 4 人 , 縮短接樁時間在半小時內 , 減少接樁焊接時的停打時間 , 從而防止土體摩阻力增大出現沉樁困難。

( 4)加強工廠預製方樁的質量監控 , 樁頭混凝土採用5- 25 標號 C40 的細石混凝土澆注 , 強度與齡期雙控 , 制樁模板採用新的定製定尺長鋼模 , 保證平整度與順直度 , 防止擊打時偏心矩產生。落實上述措施後 , 在後續約 6 萬 m 沉樁施工中再也未出現壞樁、停樁事故 , 且在局部場地進入持力層過厚的位置的樁 , 錘擊次數大於 2 000 擊的情況下 , 樁身仍能保持完好無損。

2 樁位偏離問題

樁位偏離指樁的平面位置、樁頂標高、樁身垂直度超過設計規範要求的偏差。通常由於測量誤差與施工不當造成的。施工測量誤差中, 因場地受限引樁離基坑過近 , 人員機械施工不當觸碰、基坑開挖沉降造成引樁變形 , 測量工作未很好履行一放二複製度 , 複雜的建築物基礎測設混亂。施工不當一般表現為下節樁下沉過快、單側挖土過深、未按間隔沉樁造成的土體推擠等。樁位偏離問題防治應從測量控制措施、沉樁控制措施著手進行。

( 1) 編制樁位測量放線圖及說明書大型建築物基礎形狀複雜 , 群樁數量較大 , 為便於樁基礎施工測量 , 在熟悉資料的基礎上 , 在作業前需編制樁位測量放線圖及說明書。為便於施測放線 , 對於平面成矩形、外形整齊的建築物一般以外廓牆體中心線作為建築物定位主軸線 , 對於平面成弧行、外形不規則的複雜建築物則以十字軸線和圓心軸線作為定位主軸線。以樁位軸線作為承台樁的定位軸線。根據樁位平面圖所標定的尺寸, 建立與建築物定位主軸線相互平行的施工坐標系統 , 一般應以建築物定位矩形控制網西南角的控制點作為坐標系的起算點 , 其坐標應假設成整數。為避免樁點測設時的混亂 , 應根據樁位平面布置圖對所有樁點進行統一編號 , 樁點編號應由建築物的西南角開始 , 從左到右 , 從下而上的順序編號。根據設計資料計算建築物定位矩形網、主軸線、樁位軸線和承台樁位測設數據 , 並把有關數據標註在樁位測量放線圖上。根據設計所提供的水準點( 或標高基點) , 擬定高程測量方案。

( 2) 測量質量控制

建築物或橋樑定位的矩形網點與三角引樁( 攀線樁) 需要埋設直徑 8 cm、長 35 cm 的大木樁 , 樁位既要便於作業 , 又要便於保存 , 並在木樁上釘小鐵釘作為中心標誌 , 對木樁要用水泥加固保護 , 在施工中要注意保護 , 使用前應進行檢查。對於大型或較複雜、工期較長的工程 , 應埋設頂部為 10 cm×10 cm、底部為 12 cm×12 cm、長為80cm 的水泥樁為長期控制點。必須加強檢查工作 , 對樁位測量放線圖的所有計算數據 , 必須經第二個人進行檢查 , 確認無誤後才能到現場測設。現場測設完畢後 , 在施工前必須經項目部與監理二次覆核無誤後方可允許施打。建築物樁位軸線測設是在建築物定位矩形網測設完成後進行的, 是以建築物定位矩形網為基礎 , 採用內分法 , 用經緯儀定線精密量距法進行樁位軸線引樁的測設。對複雜建築物圓心點的測設 ,一般採用極坐標法測設。對所測設的樁位軸線的引樁均要打入小木樁 , 木樁頂上應釘小鐵釘 , 作為樁位軸線引樁的中心點位。為了便於保存和使用 ,要求樁頂與地面齊平 , 並在引樁周圍撒上白灰。在樁位軸線測設完成後 , 應及時對樁位軸線間長度和樁位軸線的長度進行檢測 , 要求實量距離與設計長度之差 , 單排樁位不應超過±1 cm, 群樁不超過±2 cm。在樁位軸線檢測滿足設計要求後才能進行承台樁位的測設。

建築物承台樁位的測設 , 是以樁位軸線的引樁為基礎進行測設的 , 樁基礎設計根據地上建築物的需要分群樁和單排樁。規範規定 3～20 根樁為一組的稱為群樁。 1～2 根為一組的稱為單排樁。群樁的平面幾何圖形分為正方形、長方形、三角形、圓形、多邊形和橢圓形等。測設時 , 可根據設計給定的承台樁位與軸線的相互關係 , 選用直角坐標法、線交會法、極坐標法等進行測設。對於複雜建築物承台樁位的測設 , 往往設計所提供的數據不能直接利用 , 而是需要經過換算後才能進行測設。在承台樁位測設後, 應打入小木樁作為樁位標誌, 並撒上白灰, 便於樁基礎施工。在承台樁位測設後, 應及時檢測, 對本承台樁位間的實量距離與設計長度之差不應大於±2 cm,對相鄰承台樁位間的實量距離與設計長度之差不應大於±3 cm。在樁點位經檢測滿足設計要求後,才能移交給打樁專業分包單位進行樁基礎施工。

(3)防止偏移施工措施

初始沉樁時, 往往因為表層土質鬆軟而下沉過快, 且樁尖定位時使用樁機行走粗略調整, 容易發生樁位偏斜, 施工中可採用定位箍固定沉樁, 樁機履帶下一般有厚鋼板或鋼路基箱, 作為走道板。沉樁施工前, 樁機首先應基本就位, 樁由樁機鋼絲吊繩起吊穩定, 在樁位測放位置採用鋼抱箍焊接在鋼走道板上, 鋼抱箍尺寸可略大於樁截面尺寸約1 cm 左右,抱箍可採用Φ48 鋼管,管樁可採用雙層Φ12 鋼筋彎圓,雙側延長段點焊在鋼走道板上, 便於拆裝。下節樁下沉時將樁尖插入抱箍, 樁錘初始下壓時不宜速度過快, 吊樁鋼絲繩應適當牽引, 經緯儀應保持觀測, 發現由偏移跡象的, 予以及時調整機位撥正樁身。在上下節接樁時, 若樁帽間不平整, 套用薄鋼板襯墊空隙。同時打樁程式應嚴格按施工常規要求, 跳位隔打, 防止單向推擠土體而造成已沉樁移位。採用上述措施經濟簡便易於操作, 除了每樁次需重新拆裝定位箍較為繁瑣外, 能充分保證樁位的施工精確度。據統計, 未採用上述措施的單排樁竣工測量偏位超出規範值的比例高達43% ,採用保證措施後為6% ,且方樁單邊方向順直、無扭轉現象。

3壞樁與偏移樁的處理

經小應變測試為3 級以下有嚴重缺損的、最後50 cm 錘擊數未達到設計要求一半值的、大應變測試單樁承載力未達到設計承載值90% 的,均為壞樁, 必須報請設計同意後進行補樁處理。偏移樁即樁頂標高、樁位偏差大於50 cm 的,必須報請設計同意後進行補樁或恢復處理。對壞樁以及偏移樁, 不能原位進行補樁的, 則必需採取原樁補強或恢復處理。解決思路: 為確定樁的損傷程度和完整性, 首先對其進行低應變動力檢測, 對大部分樁身完整、無明顯缺陷的樁可進行原樁補強與恢復。恢復可採用頂推法( 即樁頂施加水平推力) , 使樁復位。容許水平推力可根據EI(樁身抗彎剛度) 、樁頂容許位移和樁頂水平位移係數代入相關公式, 進行計算, 小於容許水平推力, 即對預應力混凝土管樁的樁身是安全的。施工時先部分清除樁前側的土, 最大幅度地減少所需的水平推力, 再採用小於容許的水平推力使樁復位, 就能保證樁的質量與安全。此法工期較短, 處理費用約為每根4 000 元。

3.1 頂推法處理的施工方法

頂推法處理適用於偏移樁樁身完好、且偏移量不大的樁。其施工設備採用XU- 100 型地質鑽機2 台,注漿泵2 台,100 kN 千斤頂4 台,高壓油泵1 台,反力鋼架若干,若無條件安裝反力架的,則牽引配備10 t 手扳葫蘆4 套。施工步驟如下:

(1)鑽孔排土。根據偏位的程度,在樁的前側用地質鑽機鑽1 個直徑與樁截面直徑或邊長相同、深與樁長相同的孔, 以減少糾偏時的牽引阻力, 插入注漿管, 注水造漿, 同時排漿清除樁身前側土體, 以利於用較小的水平推力回復樁位。

(2)安裝反力架,就位千斤頂,推樁移位。用高壓注漿管貼緊樁身沖孔, 深至持力層, 借千斤頂初步推樁移位, 要嚴格控制擠樁頂移位的速率, 以2～5 cm/h 為宜,完成總偏移量的一半時停30～60 min,保持高壓注漿管擴孔,第二次將樁頂推至原位。若現場無條件安裝反力架, 可採用樁頂鋼絲繩手扳葫蘆牽引, 鋼絲繩牽引端安裝測力計, 控制牽引力不大與100 kN,牽引過程同千斤頂。

(3)樁的固定。在樁側的孔穴內,灌入5～25 mm 碎石,插搗密實,注入速凝水泥漿,使樁側和樁底的虛土空隙部分被漿液所充填, 散粒被膠結,並較大幅度增加樁側和樁底一定範圍內的土體強度和變形模量, 提高樁底土的抗偏荷載能力。

(4)增加沉降觀測點,加強對上部結構的工內、工後沉降量及沉降差的監測。

3.2 缺陷補強

對所有經頂推糾偏處理的樁進行再次低應變檢測, 以便確定還有缺陷的管樁的損傷位置, 然後用高壓水沖洗樁孔至損傷處以下1～2 m,排除泥漿, 吊模後投碎石並注入快硬水泥漿液, 使管內形成牢固的混凝土柱。這樣, 不但可以加固樁身, 保證損傷程度不再加劇, 而且能確保開口管樁以全斷面承受荷載。

打入樁導向裝置結構選型

概述

打入樁導向裝置作為打入樁施工的重要臨時結構，首先應保證打入樁的施工精度和施工工效滿足設計和施工的要求，還應具有結構簡單、拆裝方便、安全可靠、經濟適用等特點。其結構設計尚未有明確規範，對其結構形式進行系統研究的成果較少。為此，對打入樁導向裝置結構進行深入的總結和研究，從而選擇一種合適的打入樁導向裝置，是打入樁施工質量和進度的重要保證。

1導向裝置簡介

打入樁導向裝置對打入樁主要起導向作用，保證打入樁施工時其平面位置和垂直度符合設計和施工要求，同時應具有一定剛度以抵抗施工過程中的水平力。根據施工工況的不同，常用的導向裝置主要包括簡支移動式、騎跨階梯式、裝配液壓移動式和裝配半固定式等。

2簡支移動式導向裝置

2.1 結構形式及特點

2.1.1 結構形式

簡支移動式導向裝置主要包括輔助樁和導向架體，為了方便拆裝，輔助樁和導向架體之間採用精扎螺紋鋼鎖緊，同時可根據現場實際情況設定多個龍口，一次施打多根樁。

2.1.2 結構特點

1） 輔助樁可根據樁錘夾鉗形式選擇工字鋼或鋼管，採用釣魚法施工，在陸上和靜水中施工效率較高。

2） 導向架體可根據施工需要設定多個龍口，施工便利。

3） 輔助樁和導向架體之間採用精扎螺紋鋼鎖緊，裝拆方便。

2.2 適用範圍

簡支移動式導向裝置雖然可通過調整鋼結構的型號來抵抗所受的水平力，但結合其經濟性和實用性，該導向裝置主要適用於陸上、水深較淺且流速較小的江河和水深較淺且波浪力較小的海域使用。

2.3 套用實例

由中交二航局承建的巴基斯坦卡西姆碼頭項目在水深 8 m 左右和有效波高 1 m 左右的海域成功套用了簡支移動式導向裝置進行鋼板樁施工，一次性可施工 7 組鋼板樁。

3騎跨階梯式導向裝置

3.1 結構形式及特點

3.1.1 結構形式

騎跨階梯式導向裝置主要由龍口和錨固系統組成。其中錨固系統將整個導向裝置固定在既有打入樁上，龍口用於對後續打入樁的導向。

3.1.2 結構特點

1） 該結構適用範圍受工程樁剛度影響較大。

2） 該導向裝置無需使用輔助樁，直接固定在既有打入樁上，定位較快。

3） 該導向裝置為懸臂結構，每次僅能施工1根樁。

3.2 適用範圍

騎跨階梯式導向裝置使用時，整個導向裝置的精度控制主要依賴於錨固樁（既有工程樁）的穩定性。因此，該導向裝置的適用範圍主要根據錨固樁的剛度以及現場的實際施工條件確定，以保證新建打入樁的精度為準，完全可以適用於陸上和靜水區域施工。

3.3 套用實例

由中交二航局承建的巴基斯坦深水港碼頭項目在陸上和靜水中成功套用了騎跨階梯式導向裝置進行2.5 m 直徑鋼管樁施工，一次施打1 根鋼管樁。

4裝配液壓移動式導向裝置

4.1 結構形式及特點

4.1.1 結構形式

裝配液壓移動式導向裝置主要包括行走軌道和定位龍口以及液壓系統。行走軌道與打樁平台栓接或焊接固定，定位龍口通過嵌入滑槽與行走軌道連線，採用液壓千斤頂提供行走動力。4.1.2 結構特點

1） 採用液壓千斤頂提供動力，定位速度快，施工效率高。

2） 需裝配在打樁平台或打樁設備上使用，無法獨立使用。

3） 每次施打1 根樁。

4） 打樁設備選型確定後，直接裝配該導向裝置，不受施工環境影響。

5） 該導向裝置不能轉動，同時打樁平台或打樁設備難以精確定位，所以，主要適用於管型打入樁施工。

4.2 適用範圍

裝配液壓移動式導向裝置需與打樁平台或打樁設備裝配使用，整個裝置定位精度與打樁平台或打樁設備穩定性相關。在打樁平台或打樁設備滿足施工條件的前提下，該導向裝置基本適用於任何可提供穩定平台的管型打入樁施工。

4.3 套用實例

由中交二航局承建的以色列阿什杜德港項目 28 號碼頭施工期有效波高2 m 左右，採用400 t 頂昇平台裝配該導向裝置施打準1.2 m 和準0.9 m 鋼管樁，平台約30 m 寬，定位一次可施打7 根鋼管樁，套用效果良好。

5裝配半固定式導向裝置

5.1 結構形式及特點

5.1.1 結構形式

裝配半固定式導向裝置主要包括導向架體和三角支撐架。三角支撐架與打樁平台或打樁設備上的基座採用螺栓連線，導向架體和三角支撐架之間採用精扎螺紋鋼鎖緊，同時可根據現場實際情況設定多個龍口，可一次施打多根樁。

5.1.2 結構特點

1） 裝配式結構拆裝方便，定位較快。

2） 需裝配在打樁平台或打樁設備上使用，無法獨立使用。

3） 可實現定位一次施打多根樁。

4） 打樁設備選型確定後，直接裝配該導向裝置，不受施工環境影響。

5.2 適用範圍

該導向裝置適用範圍基本與裝配液壓移動式導向裝置相當，但更適用於鋼板樁的打入施工。5.3 套用實例由中交二航局承建的以色列阿什杜德港項目出運碼頭採用250 t 頂昇平台裝配該導向裝置施打組合板樁（H+AZ 型組合板樁），平台定位1 次可施打14 組鋼板樁，套用效果良好。

6 結語

結合多個打入樁施工項目，通過對各個導向裝置的深入分析和研究，得到以下結論。

1） 以上打入樁導向裝置均成功套用於實際施工項目，可以作為打入樁導向裝置選型和設計的參考。

2） 以上打入樁導向裝置具有不同的適用範圍，今後在打入樁導向裝置的設計中可在此基礎上針對不同的施工工況進行必要的創新和最佳化，以便增強其適用性和實用性，從而進一步提高打入樁的施工精度和施工效率。