樁基工程之鋼樁培訓講義

7-2-8鋼樁7-2-8-1鋼管樁在我國沿海及內(nèi)陸沖積平原地區(qū)，土質(zhì)常為很厚（深達50~60m）的軟土層，當上部結構荷載較大時，這類地基常不能直接作為持力層，而低壓縮性持力層又很深，采用一般樁基，沉樁時須采用沖擊力很大的樁錘，用常規(guī)鋼筋混凝土和預應力混凝土樁，將很難以適應，為此多選用鋼管樁加固地基。因此，鋼管樁在國內(nèi)外都得到了較廣泛地應用。鋼管樁的特點是：（1）重量輕、剛性好，裝卸、運輸、堆放方便，不易損壞；（2）承載力高。由于鋼材強度高，能夠有效地打入堅硬土層，樁身不易損壞，并能獲得極大的單樁承載力；（3）樁長易于調(diào)節(jié)?？筛鶕?jù)需要采用接長或切割的辦法調(diào)節(jié)樁長；（4）排土量小，對鄰近建筑物影響小。樁下端為開口，隨著樁打入，泥土擠入樁管內(nèi)與實樁相比擠土量大為減少，對周圍地基的擾動也較小，可避免土體隆起；對先打樁的垂直變位、樁頂水平變位，也可大大減少；（5）接頭連接簡單。采用電焊焊接，操作簡便，強度高，使用安全；（6）工程質(zhì)量可靠，施工速度快。但鋼管樁也存在鋼材用量大，工程造價較高；打樁機具設備較復雜，振動和噪聲較大；樁材保護不善、易腐蝕等問題，在選用時應有充分的技術經(jīng)濟分析比較。1．鋼管樁構造、型式及規(guī)格鋼管樁的管材，一般用普通碳素鋼，抗拉強度為402MPa，屈服強度為235.2MPa，或按設計要求選用。按加工工藝區(qū)分，有螺旋縫鋼管和直縫鋼管兩種，由于螺旋縫鋼管剛度大，工程上使用較多。為便于運輸和受樁架高度所限，鋼管樁常分別由一根上節(jié)樁，一根下節(jié)樁和若干根中節(jié)樁組合而成，每節(jié)的長度一般為13m或15m，各節(jié)樁的構造、型式如圖7-90。圖7-90鋼管樁的構造型式（a）下節(jié)樁；（b）中節(jié)樁；（c）上節(jié)樁鋼管樁的下口有開口和閉口之分，其構造、型式分別如圖7-91。圖7-91閉口鋼管樁構造型式鋼管樁的直徑自φ406.4~φ2032.0mm，壁厚自6~25mm不等，常用鋼管樁的規(guī)格、性能見表7-92，應根據(jù)工程地質(zhì)、荷載、基礎平面、上部荷載以及施工條件綜合考慮后加以選擇。國內(nèi)常用的有φ406.4mm、φ609.6mm和φ914.4mm等幾種，壁厚用10、11、12.7、13mm等幾種。一般上、中、下節(jié)樁常采用同一壁厚。有時，為了使樁頂能承受巨大的錘擊應力，防止徑向失穩(wěn)，可把上節(jié)樁的壁厚適當增大，或在樁管外圈加焊一條寬200~300mm、厚6~12mm的扁鋼加強箍（圖7-92）。為減少樁管下沉的摩阻力，防止貫入硬土層時端部因變形而破損，在鋼管樁的下端亦設置加強箍，對φ406.4~φ914.4mm鋼管，高度為200~300mm，厚度6~12mm。圖7-92鋼管樁不同壁厚和樁端加強構造形式（a）不同壁厚的鋼管樁接頭構造形式；（b）樁頂端的加強箍；（c）樁下端加強箍t-鋼管樁壁厚；t1-加強管壁厚常用鋼管樁規(guī)格表7-92鋼管樁尺寸重量面積斷面特性外徑（mm）厚度（mm）內(nèi)徑（mm）（kg/m）（m/t）斷面積（cm2）外包面積外表面積（m2/m）斷面系數(shù)（cm3）慣性矩（cm4）慣性半徑（cm）（m2）406.49388.488.211.34112.40.1301.28109×10222×10214.112382.41178.55148.7142×10289×10214.050894901119.011410.2031.60173×10439×10217.6124841476.8187.0226×10575×10217.5144801715.85217.3261×10663×10217.5609.69591.61337.52169.80.2921.92251×10766×10221.212585.61775.65225.3330×10101×10321.114581.62064.85262.0381×10116×10321.116577.62344.27298.4432×10132×10321.0711.29693.21566.41198.50.3972.23344×10122×10324.812687.22074.83263.6453×10161×10324.714683.22414.15306.6524×10186×10324.716679.22743.65349.4594×10212×10324.6812.89794.81785.62227.30.5192.55452×10184×10328.412788.82374.22301.9596×10242×10328.314784.82763.62351.3690×10280×10328.216780.83143.18400.5782×10318×10328.2914.412890.43113.75340.20.5672.87758×10346×10331.914886.43513.22396.0878×10401×10331.816882.44202.85451.6997×10456×10331.819876.42972.38534.5117×102536×10331.71016129923463.37378.50.8113.19939×10477×10335.5149883952.89440.7109×102553×10335.4169844672.53502.7124×102628×10335.4199783112.14595.4146×102740×10335.2作為鋼管樁的附件，主要有用于承受上部荷載而焊在樁頂上的樁蓋，和焊于鋼樁頂部用的扁鋼帶及用于保護樁底的保護圈，以及用于樁節(jié)焊接的銅夾箍。為減輕軟土地基負摩擦力對樁的承載力的不利影響，一般在鋼管樁的上部一定深度，將特殊瀝青、聚乙烯等復合材料涂敷于鋼管樁外表面以形成滑動層，層厚6~10mm（圖7-93）可降低負摩擦力4/5-9/10。圖7-93鋼管樁滑動層構造1-鋼管樁；2-底漆；3-滑動層；4-表層2．打樁機械的選擇打樁機的選擇要根據(jù)工程地貌、地質(zhì)、配套錘的型號、外型尺寸、重量、樁的材質(zhì)、規(guī)格及埋入深度、工程量大小、工期長短等而定。打樁機的型式很多，有桅桿式（履帶行走），柱腳式、塔式、龍門式等多種，其中以三點支撐桅桿式（履帶行走）柴油打樁機（圖7-94），使用較普遍。具有樁架移動機動靈活，可作全向轉(zhuǎn)動，導桿垂直度可全方位調(diào)節(jié)，錘、導桿可自由上下移動，可作各種角度微調(diào)，打樁精度較高，整機穩(wěn)定性好，操作方便、安全，工效較高等優(yōu)點。但對場地要求較高，要鋪填厚10~30cm碎石并碾壓密實。主要型號有日KH100、KH180型、IPD80、IPD90型和D308、D408型等。柴油樁錘主要有日MH72B、K25、K35、K45、K60及IDH35、IDH45型等，表7-93可供參考。錘型選用表7-93樁徑（mm）φ406.4φ609.6φ914.4錘型25~35級35~45級60~72級圖7-94三點支撐桅桿式（履帶行走）柴油打（沉）鋼管樁機1-樁機主體；2-樁架；3-樁錘；4-鋼管樁3．施工準備包括：平整和清理場地；測量定位放線；標出樁心位置，并用石灰撒圈標出樁徑大小和位置；標出打樁順序和樁機開行路線，并在樁機開行部位上鋪墊碎石。4．打樁順序鋼管樁施工，有先挖土后打樁和先打樁后挖土兩種方法。在軟土地區(qū)，一般表層土承載力尚可，深部地基承載力則往往很差，且地下水位較高，較難以排干。為避免基坑長時間大面積暴露被擾動，同時也為了便于施工作業(yè)，一般采取先打樁后挖土的施工法。它的施工順序是：現(xiàn)場三通一平→打樁→切樁→安混凝土圓蓋→堵住樁頭→填砂將坑口填平→設井點降低地下水位→進行基坑機械化挖土施工→清理基坑→修整邊坡→焊樁蓋→澆筑墊層混凝土→綁鋼筋→支模板→澆筑混凝土基礎承臺。鋼管樁的施工順序是：樁機安裝→樁機移動就位→吊樁→插樁→錘擊下沉→接樁→錘擊至設計深度→內(nèi)切鋼管樁→精割→戴帽。為防止打樁過程中對鄰樁和相鄰建（構）筑物造成較大位移和變位，并使施工方便，一般采取先打中間后打外圍（或先打中間后打兩側(cè)）；先打長樁后打短樁；先打大直徑樁，后打小直徑樁的程序進行。如有兩種類型樁，則先打鋼管樁，后打混凝土樁，這樣有利于減少擠土，滿足設計對打樁入土深度的要求。另外，在打樁機回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)的樁宜一次流水施打完畢，為此應組織好樁的供應，并搞好場地處理、放樣樁和復核等配合協(xié)調(diào)施工。5．樁的運輸與吊放鋼管樁可由平板拖車運至現(xiàn)場，用吊車卸于樁機一側(cè)，按打樁先后順序及樁的配套要求堆放，并注意方向。場地寬時宜用單層排列。吊鋼管樁多采用一點綁扎起吊，待吊到樁位進行插樁，將鋼管樁對準事先用石灰劃出的樣樁位置，做到樁位正、樁身直。6．打樁方法為防止樁頭在錘擊時損壞，打樁前，要在樁頭頂部放置特制的樁帽（圖7-95）。其上直接經(jīng)受錘擊應力的部位，放置硬木制減振木墊。圖7-95樁帽構造（用于φ914.4mm鋼管樁）打樁時，先用兩臺經(jīng)緯儀，架設在樁架的正面及側(cè)面，校正樁架導向桿及樁的垂直度，并保持錘、樁帽與樁在同一縱軸線上，然后空打1~2m，再次校正垂直度后正式打樁。當沉至某一深度并經(jīng)復核沉樁質(zhì)量良好時，再行連續(xù)打擊，至樁頂高出地面60~80cm時，停止錘擊，進行接樁，再用同樣步驟直至達到設計深度為止。若開始階段發(fā)現(xiàn)樁位不正或傾斜，應調(diào)正或?qū)摴軜栋纬鲋匦虏宕颉?．接樁鋼管樁每節(jié)長15m，沉樁時需邊打入邊焊接接長，一般可采用日YM-505N型半自動無氣體保護焊機焊接。這種焊機具有效率高，質(zhì)量好，焊接變形小，適應全位置焊接，操作方便等優(yōu)點。焊絲采用日SAN-53自動保護焊絲，直徑φ3.2和φ2.4mm，由焊機的送絲機構自動送絲，靠人工手把（焊槍）焊接。焊接前，應將下節(jié)樁管頂部變形損壞部分修整，上節(jié)樁管端部泥砂、水或油污清除；鐵銹用角向磨光機磨光，并打焊接剖口。將內(nèi)襯箍放置在下節(jié)樁內(nèi)側(cè)的擋塊上（圖7-96），緊貼樁管內(nèi)壁并分段點焊，然后吊接上節(jié)樁，其坡口擱在焊道上，使上下節(jié)樁對口的間隙為2~4mm，再用經(jīng)緯儀校正垂直度，在下節(jié)樁頂端外周安裝好銅夾箍，再行電焊。施焊應對稱進行，管壁厚小于9mm的焊兩層，大于9mm的焊3層。焊接時注意：焊完每層焊縫后，及時清除焊渣；每層焊縫的接頭應錯開；充分熔化內(nèi)襯箍，保證根部焊透；遇大風，要裝擋風板；氣溫低于0℃，焊件上下各100mm要預熱；焊接完畢后應冷卻1~5min，再行錘擊打樁。圖7-96鋼管樁接頭焊接1-鋼管樁上節(jié)；2-鋼管樁下節(jié)；3-內(nèi)襯箍；4-銅夾箍；5-擋塊，（30mm×30mm×12mm）8．送樁當樁頂標高離地面有一定差距，而不采用接樁時，可用送樁筒（圖7-97）將樁打到設計標高。送樁筒應滿足以下要求：打入阻力不太大；打擊能量能有效傳給所打的樁；上拔容易，能連續(xù)持久使用。圖7-97鋼管樁送樁用送樁筒構造1-鋼管樁同直徑鋼管；2-加筋肋D-鋼管樁外徑；d-鋼管樁內(nèi)徑；a＝d－100mm；b＝d－20mm；c＝D＋40mm9．貫入度控制鋼管樁一般都不設樁靴，直接開口打入。沉樁時，土體由樁口涌入樁管內(nèi)，至一定高度（一般為1/3~1/2的樁體貫入深度）后，即閉塞封死，其效用與閉口樁相似。貫入深度一般按以下標準控制：（1）持力層較薄時，打到持力層厚度的1/3~1/2；當持力層厚時，以最后十次錘擊每擊的貫人量S≤2mm為限；當持力層堅固時，打入1~2倍樁徑的深度；當持力層不大堅固時，打入樁徑5~10倍的深度。寶鋼設計要求打入標準貫入阻力N值50以上的堅實砂層，進入深度（從持力層上表面算起）為樁徑的3~5倍，以滿足其土塞效應。（2）錘擊樁頂時對樁產(chǎn)生的錘擊應力應不超過鋼管樁材料的允許應力（一般按80%考慮），一般限制最后10m的錘擊數(shù)在1500擊以下（總錘擊數(shù)不超過3000擊）。（3）以樁錘的容許負荷限制，避免樁錘的活塞受到過量沖擊而損壞，一般限制每次沖擊的最小貫入量不大于0.5~1.0mm作為控制。以上停打標準系以貫入深度為主，并結合打樁時的貫入量最后1m錘擊數(shù)和每根樁的總錘擊數(shù)等綜合判定。寶鋼停打標準：在滿足下列條件之一時即可停打，貫入度S≤4mm/擊；最后1m錘擊數(shù)≥250擊；每根樁的總錘擊數(shù)N≥2500擊。變通條件：如果必保深度達不到，則必須控制S≤3mm。打樁時要作好原始記錄，記錄樁號、打樁日期、樁錘型號、樁規(guī)格、打入深度、焊接質(zhì)量情況、錘擊次數(shù)、落錘高度、最后貫人度、回彈量、平面位移，以及打樁過程中出現(xiàn)的問題及處理措施等等。10．鋼管樁切割鋼管樁打入地下，為便于基坑機械化挖土，基底以上的鋼管樁要切割。由于周圍被地下水和土層包圍，只能在鋼管樁的管內(nèi)地下切割。切割設備有等離子體切樁機、手把式氧乙炔切樁機、半自動氧乙炔切樁機、懸吊式全回轉(zhuǎn)氧乙炔自動切割機等，以前兩種使用較普遍，工作時可吊掛送入鋼管樁內(nèi)的任意深度，靠風動頂針裝置固定在鋼管樁內(nèi)壁，割嘴按預先調(diào)整好的間隙進行回轉(zhuǎn)切割。割出短樁頭，用圖7-98所示內(nèi)脹式拔樁裝置，借吊車拔出，能拔出地面以下15m深的鋼管樁，拔出的短樁焊接接長后再用。圖7-98內(nèi)脹式拔管裝置1-齒塊；2-錐形鐵陀；3-鋼管樁11．焊樁蓋為使鋼管樁與承臺共同工作，可在每個鋼管樁上加焊一個樁蓋，并在外壁加焊8~12根φ20mm的錨固鋼筋。樁蓋形式有平樁蓋和凹面形兩種。當挖土至設計標高，使鋼管樁外露，取下臨時樁蓋，按設計標高用氣焊進行鋼管樁頂?shù)木?，方法是先用水準儀在每根鋼管樁上按設計標高定上三點，然后按此水平標高固定一環(huán)作為割框的支撐點，然后用氣焊切割，切割清理平整后打坡口，放上配套樁蓋焊牢（圖7-99）。圖7-99樁蓋型式12．樁端與承臺連接鋼管樁頂端與承臺的連接一般采用圖7-100所示剛性接頭，將樁頭嵌入承臺內(nèi)的長度不小于1d（d——鋼管樁外徑）長度，或僅嵌入承臺內(nèi)100mm左右，再利用鋼筋予以補強或在鋼管樁頂端焊以基礎錨固鋼筋，再按常規(guī)方法施工上部鋼筋混凝土基礎。圖7-100鋼管樁頭與基礎承臺的連接（a）加防滑塊；（b）樁內(nèi)設加強錨筋；（c）樁外設錨固鋼筋；（d）設蓋板1-鋼管樁；2-填充混凝土；3-防滑塊；4-承臺下部主筋；5-承臺底部；6-承臺頂面；7-加強錨筋；8-箍筋；9-貼角焊縫；10-錨固鋼筋；11-樁蓋13．施工常遇問題及預防、處理方法（表7-94）鋼管樁錘擊式沉樁常遇問題及防治、處理方法表7-94常遇問題產(chǎn)生原因防治措施及處理方方法樁達不到設計標高高或沉樁困難難1．樁錘大小與樁的形形狀、斷面和和地層不匹配配2．樁帽和錘墊選擇不不當，打擊能能量損失太大大3．遇地下障礙物或樁樁側(cè)摩阻力很很大或土的密密度很高或樁樁距過小4．選用的閉口樁沉樁樁阻力過大；；或遇到堅硬硬土夾層；或或樁端持力層層深度與勘察察報告不符需更換合適的樁錘錘更換合適的樁帽和和錘墊清除障礙物；更換換合適的樁錘錘；增大樁距距改變樁斷面，或樁樁端形狀，或或改換開口樁樁；采用植樁樁法，或中掘掘工法；變更更設計樁長樁身破損1．起吊時破損2．打樁時遇地下障障礙物，使樁樁身破損修復或更換原則上更換，但如如在打樁終了了樁身破損而而破損度低，從從設計上判斷斷還能用，可可在管內(nèi)灌滿滿混凝土樁頂破損樁帽和錘墊不合適適，或遇到地地下障礙物如僅僅是樁頂破損損，且破損部部分長度在1m左右，可挖挖出樁頂，加加入補強筋并并灌筑混凝土土；破損部分分長度較大時時更換新樁樁身座屈（失穩(wěn)）1．壁厚過小；或樁樁頂未補強或或補強不足2．遇到硬夾層過打打；或偏打增大壁厚，增加補補強環(huán)和加勁勁板采用植樁法，或中中掘工法；樁樁帽與樁徑匹匹配；盡量不不采用送樁樁端破損遇地下障礙物過打打補樁打樁偏心或垂偏過過大1．鋼管樁架立不正正2．樁帽與樁身不在在同一直線上上3．送樁筒與樁頂接觸觸不良4．遇橫向障礙物及時調(diào)正調(diào)正樁帽使兩者接觸面平整整障礙物不深時，可可挖除回填后后再打承載力不夠1．實際的樁端持力層層比原勘察評評定的深2．大直徑開口樁的的閉塞效果不不明顯繼續(xù)施打，打進樁樁端持力層在樁端增加十字肋肋等以增加閉閉塞效果未焊透1．焊根間隔狹窄2．焊接速度太快或或太慢3．焊接電流低4．焊槍角度及目標位位置不合適確保焊根間隔1~~4mm焊接速度合合適，不使焊焊渣先行使用用500A電源時，考考慮其使用率率，使最大電電流為450A，則恰當將將焊槍保持20°~330°角度，以使使內(nèi)墊環(huán)能充充分熔化夾渣1．焊渣未完全清除除就焊2．焊條運行速度太太慢3．采用焊槍前進法法焊接時應將前層的焊渣完完全除掉稍增增大電流，保保持焊渣不先先行的速度采采用焊槍后退退法（0°~455°）法焊接搭疊1．焊接電流過低2．焊條運行速度太太慢增大焊接電流和焊焊條運行速度度加快焊接速度裂紋1．接頭處混入水分分、雜物2．熱影響區(qū)硬化脆化化，或焊線吸吸濕3．焊條、焊絲受潮潮狀態(tài)下使用用焊接前清掃坡口，將將水分，泥土土，油脂，垃垃圾、鐵銹等等徹底除掉焊前進行預熱，平平時好好保管管，用時將焊焊線再干燥干燥后再使用14．質(zhì)量要求及驗收（1）施工前應對進入現(xiàn)場的成品鋼樁、電焊條作質(zhì)量檢驗，成品樁的質(zhì)量標準見表7-95。成品鋼樁質(zhì)量檢驗標準表7-95項序檢查項目允許偏差或允許值值檢查方法單位數(shù)值主控項目1鋼樁外徑或斷面尺尺寸：樁端樁樁身±0.5%D±1D用鋼尺量，D為外外徑或邊長2矢高＜1/1000l用鋼尺量，l為樁樁長一般項目1長度mm＋10尺量2端部平整度mm≤2水平尺量3H鋼樁的方正度h＞＞300h＜300mmmmT＋T'≤8T＋T'≤6用鋼尺量，h、TT、T'見圖示4端部平面與樁中心心線的傾斜值值mm≤2水平尺量（2）施工中應檢查鋼樁的垂直度、沉入過程情況、電焊連接質(zhì)量、電焊后的停歇時間，樁頂錘擊后的完整狀況。電焊質(zhì)量除常規(guī)檢查外，應作10%的焊縫探傷檢查。（3）施工結束后應作承載力檢驗。低應變整體性檢驗按需要確定。（4）鋼樁施工質(zhì)量檢驗標準如表7-96所示。鋼樁施工質(zhì)量檢驗標準表7-96項序檢查項目允許偏差或允許值值檢查方法單位數(shù)值主控項目1樁位偏差見表7-66用鋼尺量2承載力按基樁檢測技術規(guī)規(guī)范按基樁檢測技術規(guī)規(guī)范一般項目1電焊接樁焊縫：（1）上下節(jié)端部錯口（外外徑≥700mmm）mm≤3用鋼尺量（外徑＜700mmm）（2）焊縫咬邊深度（3）焊縫加強層高度度（4）焊縫加強層寬度度mmmmmmmm≤2≤0.522用鋼尺量焊縫檢查儀焊縫檢查儀焊縫檢查儀（5）焊縫電焊質(zhì)量外觀觀無氣孔、無焊瘤、無無裂縫直觀（6）焊縫探傷檢驗滿足設計要求按設計要求2電焊結束后停歇時時間min＞1.0秒表測定3節(jié)點彎曲矢高＜1/1000l用鋼尺量（l為兩兩節(jié)樁長）4樁頂標高mm±50水準儀5停錘標準設計要求用鋼尺量或沉樁記記錄7-2-8-2H型鋼樁H型鋼樁系采用鋼廠生產(chǎn)的熱軋H型鋼打（沉）入土中成樁。這種樁在南方較軟的土層中應用較多，除用于建筑物樁基外，還可用作基坑支護的立柱，而且還可拼成組合樁以承受更大的荷載。H型鋼樁與鋼管樁相比，具有穿透能力較強，可穿越中間硬土層；施工擠土量小，切割、接長較方便，取材較易，價格較便宜（約20%~30%）等優(yōu)點。但其承載能力、抗錘擊性能要差一些，運輸和堆放中易于造成彎折，要特別采取一定防彎折技術措施。1．常用H型鋼樁的規(guī)格H型鋼樁常用規(guī)格如表7-97所示。H型鋼樁亦可自行制作，制作允許偏差見表7-98，最好不用在永久性基礎工程上，要用時樁長不宜超過20m。H型鋼樁常用規(guī)格表表7-97簡圖H型鋼樁規(guī)格h×b（mm×mm）每米重量（kg/m）尺寸hbaer（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）HP200×2000HP250×25504320020599105320420711.311.3105324325499136224625610.510.7138525426014.414.413HP310×3110642953049915792993061111159330330813.113.11511030831015.415.51512531231217.417.415HP360×37708434036710101510834637012.812.81513235137315.615.61515235637617.917.91517436137820.420.415HP360×4110105344384121215122348390141415140352392161615158356394181815176360396202015194364398222215213368400242415231372402262615H型鋼樁制作的允許偏差表7-98項次項目允許偏差檢查方法1截面尺寸樁端部樁身±0.5%邊長用鋼尺量±1%邊長用鋼尺量2長度＋10mm用鋼尺量3矢高＜l/1000用鋼尺量4端部平整度≤2mm水平尺量5端部平面與樁中心心線的傾斜值值≤2mm水平尺量注：l——樁長。2．施工機械的選用H型鋼樁的施工機械與鋼管樁相同，多用三點支撐履帶行走式柴油打樁機，但由于其錘擊性能較鋼管樁差，樁錘宜選用K35（或4.5t級）以下各級的。對樁架只需考慮可設置橫向穩(wěn)定（約束）裝置的即可；電焊機可采用一般BX型手工電焊機；樁