钢管桩的沉桩施工技术及质量控制分析

分打入桩、压入桩、旋入桩和振沉桩四种类型：

1、打入桩

打入桩是靠机具动力冲击将桩体挤入地基土中的。古代木桩都是人工打入的，而现代打入桩则采用各种专门打桩机械，如柴油锤打桩机等。

为了减少震动，尤其克服较大的沉桩阻力，先在地基桩位处钻一浅孔或较细的桩孔，然后再将桩体打入。这在打桩遇到局部硬土层或透镜体面难以穿越时常有采用。

2、压入桩

压入桩是靠专门的压桩机以静力将预制桩体压挤入地基中。压入法施工几乎不存在打入桩那样的振动与噪声等问题，但沉桩能力小于打入法，因而适用于对桩承载力要求不很高的情况，如既能建筑物基础的托换加固等。

3、旋入桩

旋入桩是在桩端处设一螺旋板，利用外部机械的扭力将其逐渐转入地基中。这种桩的桩身断面一般较小，而螺旋板相对较大，在旋入施工过程中对桩侧土体的扰动较大，因而主要靠桩端螺旋板承担桩体轴向的压力或拉力。

4、振沉桩护筒设置及桩机定位：

振沉桩即振动沉入桩，利用振动沉桩机械的上下振动作而将预制桩沉入地基中。这种施工方法基本上介于打入法与压入法之间。

扩展资料：

打桩过程分为三个阶段：

①重锤自由下 落。先用卷扬设备将重锤提起，使其具有足够 的重力势能，重锤释放后作自由落体运动，其全 部重力势能转变为动能。

②重锤与桩的完全非弹性碰撞。由于重锤与桩 之间相互作用的冲力极大，桩所受到地面的阻 力可忽略，碰撞时重锤与桩的总动量保持守恒。 根据动量守恒定律，有mv=(m+M)V，其中 m与v为重锤的质量和其碰撞前的速度，M为桩的质量，V为重锤和桩在碰撞后的共同速度。

③重锤与桩共同运动。它们共同的质量为 m+M，初速度为V，所遇到的土壤阻力比其重 力大很多，重力可忽略。利用碰撞后重锤与桩 的剩余动能，使它们克服土壤的阻力作功而进入土层。

利用桩锤的冲击能量克服地基土对桩的阻力，而将桩打入到预定深度，适用于软塑或可塑的粘性土层。使用的主要设备有桩架、桩锤、动力设备等。常用的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤和柴油锤等四种。落锤的锤体用铸铁做成，重量为250～2000千克，用人力或卷扬机提升，靠锤体自由下落的冲击能量打桩。

其优点是结构简单，但打桩速度慢。单动汽锤是利用蒸汽或压缩空气的能量提升锤体，靠锤体自由下落的冲击能量打桩锤体重量为1500～10000千克，每分钟锤击次数为25～30次，是较为常用的一种桩锤。双动汽锤是汽缸固定在桩顶，靠蒸汽或压缩空气的能量推动锤体在汽缸内上下运动：

因其冲击频率高，不仅可打桩，还可拔桩，被广泛应用于打桩施工。柴油锤有杆式和筒式两种，其工作原理与柴油发动机汽缸的原理相似，打桩效率也较高，也是较为常用的一种桩锤。桩锤的重量是打桩施工中的重要参数。

打桩宜用重锤轻打，落距不宜太大，以免将桩顶打裂，或使桩顶以下1/3桩长范围内产生水平裂缝轻锤重打，锤击动能很大部份被桩身吸收，工效低，还易于打碎桩头。因此，锤重应根据土质、桩重和桩的类型慎重选用。

打桩时为避免先打入的桩被后打入的桩推挤而发生水平位移，要合理安排打桩顺序。多排桩时，可逐排改变推进方向；同一排桩，可间隔跳打大面积打桩时，一般从中间先打，逐渐向四周推进。

参考资料来源：百度百科——打桩

(Osterberg Cell Load Test，简称为“O-Cell试验”)

一、奥氏法静载荷试验简介

随着大直径、超长桩不断被许多大型工程所采用，这类桩的荷载试验所需的费用和周期都急剧增加。对高承载力(＞10000kN)桩，载荷试验方法，是将千斤顶放置在桩的底部，千斤顶的作用是，在向上顶起桩身的同时，也向下挤压桩端土，使形成的桩的摩阻力和端阻力互为反力，可测得一条与桩顶施加荷载反方向的荷载—位移曲线，通过适当换算后得到相当于桩顶加荷的承载力和位移关系的Q—S曲线，这样就解决了大吨位桩竖向承载力现场试验问题，它既有利于指导设计，还可以解决受场地和设备条件限制无法进行大型、超大型单桩竖向承载力原位试验问题。

这种方法在国外被冠名为Osterberg试桩法，在国内有叫做自平衡试桩。

Osterberg法已成功地应用到钻孔桩、壁板桩、打入式钢管桩及预制混凝土桩等桩型中，最大可提供多达220 MN的试验载荷，测试深度达100m以上，桩径可达3m。

二、Osterberg试桩法的试验装置

试验装置的主要设备是经特别设计的液压千斤顶式的荷载箱(也称为压力单元)。根据测试目的不同，荷载箱既可以安置到桩底，也可安置到桩的中间部位。荷载箱可回收，也可是一次性的。可回收的荷载箱一般放置在空心预制桩离桩底不远的内部，用一对精细加工的卡口，事先浇筑、固定在试验桩内部桩端。试验时，将荷载箱放到卡口的位置，顺时针旋转90°将荷载箱锁住；试验后，再逆时针旋转90°将其卸下供重复使用。

现以钢管打入桩为例，说明Osterberg试桩法的试验装置。

图2-29为荷载箱被焊于钢管桩的底端，荷载箱由活塞、顶盖、箱壁三部分组成。箱壁由较厚的钢板制成，其外径与桩的外径相同，活塞底的承压板外径略大于桩外径。顶盖与活塞均用钢材制成，顶盖呈漏斗状，漏斗口内有螺纹以安装输压竖管；活塞顶面有锥形孔，孔内有螺纹与测位移的芯棒连接。当荷载箱随桩打入设计标高后，将输压竖管与荷载箱顶盖拧紧连接，再在输压竖管中插入芯棒与千斤顶活塞拧紧连接。芯棒的外径小于输压竖管的内径，以便从输压竖管和芯棒的间隙中为千斤顶输油。输压竖管的顶部装有密封圈来定位芯棒和密封油路，密封圈应不影响芯棒上下自由位移。试验时，油压通过液压输入口后经输压竖管与芯棒之间的环状空隙传至荷载箱内，随着压力增大，活塞与顶盖被推开，推动桩体向上移动和通过承压板压缩桩端土；此时，桩侧阻力与桩端阻力随之发挥作用。用输油压力表可控制、监测、换算施加的压力大小。一只千分表支承在基准梁上，与芯棒相连，测量活塞向下的位移；一只千分表与输压竖管相，连测量顶盖向上的位移；另一只千分表与桩顶相连，测量桩顶向上的位移。桩顶向上的位移与桩底向上的位移之差，就是加荷时桩身摩阻力所引起的桩身弹性压缩。

图2-29 Osterberg试验装置示意图

图2-30 灌注桩Osterberg试验示意图

图2-31 Osterberg试验现场(from LOADTEST International Inc)

对于大直径钻孔灌注桩和人工挖孔桩的Osterberg试验法，应首先清孔底、注混凝土浆、找平、使荷载箱能受力均匀；将Osterberg法的荷载箱焊接于钢筋笼底部，做好输压竖管与顶盖、芯棒与活塞之间的连接工作；然后下放至孔底后灌注混凝土，待混凝土强度等级达到设计要求后，进行试桩。

对于预制混凝土打入桩，早期的一般做法是：在桩预制时将输压竖管预埋于桩身中，并将桩底做成平底，预埋一块桩底钢板，然后将桩起吊就位，用4只大螺栓将荷载箱迅速安装于桩底钢板上。近年的做法是：将荷载箱的箱盖直接浇注在桩身底部。Osterberg静载试验现场情况见图2-30、图2-31所示。

三、基本原理

如图2-32所示，常规桩顶加载试验的桩顶荷载P等于桩侧摩阻力F和桩端阻力Q之和，即：P=F+Q(不计试桩前桩身自重W在桩端的反力)。奥氏法通常在桩底端预埋一个荷载箱，试桩时通常采用荷载箱在桩底部产生向上、向下两个方向的荷载P0，向上的荷载P0=W+F，向下的荷载为桩身自重与由加载产生的端部反力增量Q之和，即：P0=W+Q，受力机理和桩顶加载相同。该两种试桩方法的荷载换算如下：

P=F+Q=(P0-W)+(P0-W)；P=2(P0-W) (2-43)

式中：荷载箱加荷量P0=液压表读数×荷载箱标定常数。

四、试验结果分析

确定单桩极限承载力一般应绘制Q—S上，Q—S下曲线和S上—lgt，S下—lgt，S上—lgQ，S下—lgQ等曲线。

根据位移随荷载的变化特征确定极限承载力对于陡降型Q—S曲线，取Q—S曲线发生明显陡降的起始点；对于缓变形Q—S曲线，按位移值确定极限值，即：极限侧阻Qu上取S上=40～60mm 对应的荷载；极限端阻Qu下取S下=40～60mm对应的荷载。当S—lgt尾部有明显弯曲时，取其前一级荷载为极限荷载。

图2-32 Osterberg载荷试验原理

分别求出上、下段桩的极限承载力Qu上和Qu下，然后考虑桩自重影响，求出单桩竖向抗压极限承载力，如式(2-44)所示：

Qu=(Qu上-W)/γ+Qu下 (2-44)

式中：γ为桩端体土的重度(kN/m3)，对于粘性土、粉土取0.8；对于砂土取0.7；W为荷载箱上部桩的自重(kN)。

五、问题探讨

现行的设计规范，均需由桩顶加载试验所确定的极限承载力，因此，需将O-Cell试验资料进行转换，才能获得与现行规范相应的测试指标。转换建立在下列三个假设基础之上：

(1)桩体向上产生的土体剪切力和顶部加载时桩体向下产生的土体剪切力是相等的；

(2)O-Cell试验加载时桩端支承力变化和顶部加载时完全相同；

(3)桩体为刚性，暂不计其压缩量。

显然，这些假设肯定会对试验结果产生影响：

1.首先是桩身自重问题

传统载荷试验方法不计桩自重的作用，Osterberg试桩法在计算土向下侧摩阻力时，将荷载箱向上顶力减去桩自重W；转换到桩顶加载模式时，为了不计自重影响，还应再次减去这段桩自重。这对中、小力型桩不会有显著的误差，但对自重近千吨的大型桩，显然是不适宜的。

2.端承力、侧摩阻的极限值和变形问题

当侧摩阻力进入极限状态时，土体剪切变形产生的位移量较小——粘性土一般在5～10mm左右，而砂性土则略有增加；而端承力极限状态时的沉降，则多为50～100mm。在某一极限沉降量时，桩侧和桩端承载力不可能同时进入极限状态。为了解决此问题，必须找准平衡点位置，使O-Cell向上及向下加载都达到极限或至少相近，但要找准它是极其困难的。因此，将桩侧和桩端极限承载力之和作为桩顶加载试验的极限承载力，需要进一步探讨。

3.桩身压缩问题

桩顶加载时桩顶沉降量包含了桩身压缩。而Osterberg试桩法不计桩身的压缩量，这是一个较大问题。对大量中、小型桩，桩身压缩量大都为1～3mm；误差尚可接受；但对桩直径2m以上、长达百余米的大型桩，其桩身压缩量随荷载增加而增大，实测的桩身压缩量常达20～30mm。因此，桩体为刚性、暂不计压缩量这条假设亟需修正。

国内试桩规范有的取40mm桩顶沉降量作为试桩终止加荷载判据或极限荷载选取标准，这对桩身压缩量达20～30mm的大型桩是不适合的，应以加载曲线出现拐点作为判断标准为宜。若在无明显拐点时，可考虑选用国内现有的规范所建议的3%～5%D(桩径)的沉降标准。

4.载荷试验后对试验桩的补强处理

工程桩在进行承载力自平衡法深层载荷试验后，试验将会使桩端载荷箱部位与持力层之间形成一个小的缝隙，该缝隙对桩的承载能力有一定影响。为了消除这种不良影响，应采取如下两种办法处理，以使试验桩的竖向承载力能达到原设计指标：

(1)利用位移棒护管(图2-32)，直接用M10高强度水泥浆对试桩桩底进行注浆补强处理，使试验产生的缝隙用高强度水泥浆充实，并对载荷箱起到防止渗水锈蚀作用；

(2)试验桩施工时应将试验桩的桩端直径适当放大，以抵消试验部位对桩端阻力的影响。

沉入桩一般为锤击桩和静力压桩和振动压桩几种，灌注桩一般为钻孔灌注桩、机械挖孔灌注桩和人工挖孔桩几种。由于每一种桩的施工方法与工艺不同，所以决定了它们各自的特点。

沉入桩一般适用于地基较软的软土层、粘土层以及砂性土层等等，但不适合地基岩层较硬或者有孤石存在的地质条件。而锤击桩因为是蒸汽击打噪声较大所以比较适合城区郊外，但不适用城区；静压桩则适用于城区内，但静压桩桩机的体型较大，对场地的要求要高一些。振动打桩机特别适用于砂性土基层但噪声也很大。沉入桩总体的特点是：小直径桩基（1.0m以下）土层较软的基层，桩身一般为预制管桩和预应力预制管桩 以及钢管桩，施工速度快，桩长不宜大于30m，桩身不能承受剪力。

灌注桩可以适用于多种地质条件，采用回旋机钻孔的灌注桩适用于软土、粘土、砂性土和粉性、粘性基岩这类较软的岩层。采用锤击成孔的灌注桩适用于各种地基和岩层，对于较硬的岩层比较适合。人工挖孔桩适用于粘性和粉性土以及较软较完整的岩层，但不适用于较硬、裂隙比较发育破碎的岩层，一般桩长不超过20m。还有一点，人工挖孔不适用于地下水较深和水中桩基。总之沉入桩是靠挤压而产生的桩身空间，灌注桩是靠机械开挖产生的桩身空间。

打入桩

（锤击桩）

打入桩是通过锤击（也可以高压射水辅助）将预制桩沉入地基。此种施工方法适用于桩径较小（一般桩径0.6m以下），地基土土质为可塑性粘状土、砂性土、粉土、细砂以及松散的碎卵石类土的情况[1]  。

振动沉桩

振动沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶，一方面利用振动以减小土对桩的阻力，另一方面用向下的振动力使桩沉入土中。此种施工方法适用于可塑性的粘性土和砂土，用于土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基，其效果更为明显。

静力压桩

静力压桩是借助桩架自重及桩架上的压重，通过液压或滑轮组提供的静反力将预制桩压入土中。此种施工方法适用于较均质的可塑性粘性土地基，对砂土及其他较坚硬土层，由于压桩阻力过大不宜采用。

射水沉桩

射水沉桩适用在密实砂土、碎石土、砂砾土。黏性土及重要建筑中附近慎用。

钻孔埋桩

钻孔埋桩适用在黏土、砂土、碎石土且河床覆土较厚的情况。

一、编制依据、范围、原则2.1编制依据（1）开县北部新区综合基础设施建设项目寨子坪场平临时便桥工程招标文件、施工合同（2）开县北部新区综合基础设施建设项目寨子坪场平临时便桥工程施工图（3）桥梁用钢结构钢（GB/T714-2000）（4）钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）（5）现场施工调查情况及自然因素、交通运输、料源、民情等资料（6）钢筋焊接及验收规程（JGJ18-2003）（7）开县北部新区综合基础设施建设项目寨子坪场平临时便桥施工组织设计2.2编制范围该方案适用于开县北部新区综合基础设施建设项目寨子坪场平临时便桥工程项目。

2.3编制原则(1)采用可靠的工艺、材料、设备，达到技术先进、经济合理、切实可行、安全可靠。

(2)本施工方案结合桥址的地质、水文、气候、气象条件及工程规模、技术特点、工期要求多方面的因素而编制。

(3)严格遵守各有关设计、施工规范、技术规程和质量评定及验收标准，确保工程质量达到监理和业主的要求。

(4)科学管理，精心施工，通过对劳动力、材料、机械等资源的合理配置，实现工质量、安全、工期、成本及社会信誉的预期目标。

三、水文地质情况1、地层岩性据地调及钻探揭露资料，桥址区地层在勘察范围内主要为第四系松散土类、侏罗系沙溪庙组泥岩、砂岩，先将岩性分述如下：

第四系（Q）（1）全新统填筑土（Q4me）：杂色，主要由泥岩碎块石夹少量砂岩碎块石及卵石组成，间隙充填砂土及角砾，碎块石粒径一般为40～70mm，最大可达1500mm左右，含量占60～70%，松散-稍密，稍湿。均一性差，局部存在架空现象，人工堆填，回填年限约年。

（2）全新统冲洪积细砂土（Q4al+pl）:黄褐色，主要由长石、石英、云母等矿物组成，局部含少量碎石角砾，稍密，湿。

（3）全新统冲洪积卵石（Q4al+pl）：杂色，主要由砂岩卵石组成，间隙砂土充填，

卵石磨圆度较好，多呈亚圆状，粒径一般为20～110mm，含量占50%，松散，湿。

侏罗系沙溪庙组（J2s）（1）泥岩：砖红色～紫红色，主要由粘土矿物组成，局部砂质含量较高，泥质结构，中～厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯多呈碎块状、短柱状。分布整个桥位区，山体局部有零星出露，按风化程度不同可分为强风化、中风化二个风化带，强风化层厚2.00～3.00m（2）砂岩：灰黄色～灰白色，主要由长石、石英、云母等矿物组成，中细粒结构，中～厚层状构造，钙泥质胶结，岩芯多呈短～长柱状。与泥岩呈互层关系，分布于桥位区，按风化程度不同可分为强风化、中风化二个风化带，强风化层厚2.00m左右。

2、水文资料江流域洪水由暴雨形成，洪水的季节性与暴雨一致。据统计年最大洪峰一般出现在5～9，10月亦偶有发生，但量级较小。其中以5、7、9月三个月出现的次数最多，6、8月次之。根据三峡水库的运用调度原则，6～9月为汛期，10月初开始蓄水，1～4月为供水期。根据水文资料得知，南河50年一遇的洪峰流量为4630m?/s，20年一遇的洪峰流量为3600m?/s,10年一遇的洪峰流量为2810m?/s。

东河50年一遇的洪峰流量为3930m?/s，20年一遇的洪峰流量为3110m?/s,10年一遇的洪峰流量为2480m?/s。南河常年洪水水位165.09m（吴淞高程166.87m)，勘察期水位162.35m（吴淞高程164.13m）

四、施工准备4.1原材料要求4.1.1钢管桩应符合CNS7934A2114规定。钢管桩系指由无缝钢管或经电弧电焊(含螺旋接缝管)所制成之钢管,承包商应将原制造厂出具之品质证明书送请工程司查验,必要时应会同工程司抽取样品送往工程司同意之公立机关或公立及学术机构或通过CNLA认证之试验机构检验其材质,其所需检验费用由承包商负担。钢桩的材料（含其它半成品）进场后，应按规格、品种、牌号堆放，抽样检验，检验结果与合格证相符者方可使用，未经进货检验或未经检验合格的物资不得投入使用。

4.1.2钢管质量验收：按设计图纸规格尺寸及有关规范，允许误差，实测实量及外观全数检查验货，特别是钢管的垂直度和内外径是否达到要求，作为重点检查，经检查验收合格后，方能进货安装。

4.1.3旋焊管钢桩钢管：

壁厚为6～19mm长度不限，卷板焊管钢桩钢管：

壁厚为6～47mm长度不超过6m。型号为STK、SKK号钢卷制。

4.1.4钢管桩顶部抗锤击和底部为减少摩擦抗变形的加强箍，用宽200～300mm、厚6～12mm和钢管桩材质相同的钢板制作，用电焊满焊，焊接时箍板的纵缝要和卷焊桩管的纵缝错开90度。

4.1.5钢桩应按规格分别堆放（即上节桩、中节桩、下节桩）一般堆叠层数为三层（高度控制在2m以内）。支点用枕木两侧用木楔塞牢，防止变形。

4.1.6成品钢桩的质量检验标准

成品钢桩的质量检验标准检查项目钢桩外径或断面尺寸：桩端桩身矢高长度端部平整度端部平面与桩中心线的倾斜值mmmmmm允许偏差或允许值单位数值?0.5%D检查方法用钢尺量，D外径或边长?1D＜1/1000L+10≤2≤2用钢尺量，L桩长钢尺量用水平尺量用水平尺量4.2主要工机具4.2.2主要工具钢丝绳吊索、卡环、撬杠、气焊工具、扁铲。

4.34.3.1作业条件打桩现场三通一平，处理打桩地基上面障碍物，清理、整平时要设雨水排出沟渠，附近有建筑物的要挖隔震沟，预先充分了解打桩场地，清理妨碍打桩的高空和地下障碍物。

4.3.2打桩场地整平用压路机碾压平整,并在地表铺10～20cm厚石子使地基承载力达到0.2Mpa～0.3Mpa。

4.3.3控制点的设置应尽可能远离施工现场，以减少施工土体扰动对基准点的影响。

4.3.4施工现场的轴线、水准控制点、桩基布点必须经常检查，妥善保护，设控制点和水准点的数量不应少于个。

4.3.5测量放线使用的全站仪、经纬仪、水准仪、钢盘尺、线锤应计量检查合格，多次使用应为同一计量器具。

4.3.6桩位布点与验收：按基础纵横交点和设计图的尺寸确定桩位，用小方木桩打入在上面用小圆钉做中心套样桩箍，然后在样箍的外侧撒石灰，以示桩位标记。测量误差?10mm。

4.3.7按总图设置的水、电、气管线不应与打桩相互影响，特别是供水、气管线和地下电缆要防止打桩土体隆起的破坏作用。

4.44.4.1作业人员施工作业人员必须在上岗前进行岗位培训考核合格，持证上岗。按设计施工不得任意改变设计,应遵守其中有关安全的规定。

4.4.2施工作业人员施工前，必须充分了解地质资料、施工图纸和设计说明以及有关资料。必须熟知打桩规范、质量评定标准、施工程序、验收标准以及劳动组织分工等。

4.4.3施工作业人员应按国家规定的时间内容进行体格检查，必须持有健康检查合格证、

高血压、心脏病、癫痫病患者不得参加打桩作业。

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