地基处理与桩基工程技术钢桩.docx
《地基处理与桩基工程技术钢桩.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地基处理与桩基工程技术钢桩.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
地基处理与桩基工程技术钢桩
7-2-8钢桩
7-2-8-1钢管桩
在我国沿海及内陆冲积平原地区，土质常为很厚（深达50~60m）的软土层，当上部结构荷载较大时，这类地基常不能直接作为持力层，而低压缩性持力层又很深，采用一般桩基，沉桩时须采用冲击力很大的桩锤，用常规钢筋混凝土和预应力混凝土桩，将很难以适应，为此多选用钢管桩加固地基。
因此，钢管桩在国内外都得到了较广泛地应用。
钢管桩的特点是：
（1）重量轻、刚性好，装卸、运输、堆放方便，不易损坏；
（2）承载力高。
由于钢材强度高，能够有效地打入坚硬土层，桩身不易损坏，并能获得极大的单桩承载力；（3）桩长易于调节。
可根据需要采用接长或切割的办法调节桩长；（4）排土量小，对邻近建筑物影响小。
桩下端为开口，随着桩打入，泥土挤入桩管内与实桩相比挤土量大为减少，对周围地基的扰动也较小，可避免土体隆起；对先打桩的垂直变位、桩顶水平变位，也可大大减少；（5）接头连接简单。
采用电焊焊接，操作简便，强度高，使用安全；（6）工程质量可靠，施工速度快。
但钢管桩也存在钢材用量大，工程造价较高；打桩机具设备较复杂，振动和噪声较大；桩材保护不善、易腐蚀等问题，在选用时应有充分的技术经济分析比较。
1．钢管桩构造、型式及规格
钢管桩的管材，一般用普通碳素钢，抗拉强度为402MPa，屈服强度为235.2MPa，或按设计要求选用。
按加工工艺区分，有螺旋缝钢管和直缝钢管两种，由于螺旋缝钢管刚度大，工程上使用较多。
为便于运输和受桩架高度所限，钢管桩常分别由一根上节桩，一根下节桩和若干根中节桩组合而成，每节的长度一般为13m或15m，各节桩的构造、型式如图7-90。
图7-90钢管桩的构造型式
（a）下节桩；（b）中节桩；（c）上节桩
钢管桩的下口有开口和闭口之分，其构造、型式分别如图7-91。
图7-91闭口钢管桩构造型式
钢管桩的直径自φ406.4~φ2032.0mm，壁厚自6~25mm不等，常用钢管桩的规格、性能见表7-92，应根据工程地质、荷载、基础平面、上部荷载以及施工条件综合考虑后加以选择。
国内常用的有φ406.4mm、φ609.6mm和φ914.4mm等几种，壁厚用10、11、12.7、13mm等几种。
一般上、中、下节桩常采用同一壁厚。
有时，为了使桩顶能承受巨大的锤击应力，防止径向失稳，可把上节桩的壁厚适当增大，或在桩管外圈加焊一条宽200~300mm、厚6~12mm的扁钢加强箍（图7-92）。
为减少桩管下沉的摩阻力，防止贯入硬土层时端部因变形而破损，在钢管桩的下端亦设置加强箍，对φ406.4~φ914.4mm钢管，高度为200~300mm，厚度6~12mm。
图7-92钢管桩不同壁厚和桩端加强构造形式
（a）不同壁厚的钢管桩接头构造形式；（b）桩顶端的加强箍；（c）桩下端加强箍
t-钢管桩壁厚；t1-加强管壁厚
常用钢管桩规格表7-92
钢管桩尺寸
重量
面积
断面特性
外径
（mm）
厚度
（mm）
内径
（mm）
（kg/m）
（m/t）
断面积
（cm2）
外包
面积
外表面积
（m2/m）
断面
系数
（cm3）
惯性矩
（cm4）
惯性
半径
（cm）
（m2）
406.4
9
388.4
88.2
11.34
112.4
0.130
1.28
109×10
222×102
14.1
12
382.4
117
8.55
148.7
142×10
289×102
14.0
508
9
490
111
9.01
141
0.203
1.60
173×10
439×102
17.6
12
484
147
6.8
187.0
226×10
575×102
17.5
14
480
171
5.85
217.3
261×10
663×102
17.5
609.6
9
591.6
133
7.52
169.8
0.292
1.92
251×10
766×102
21.2
12
585.6
177
5.65
225.3
330×10
101×103
21.1
14
581.6
206
4.85
262.0
381×10
116×103
21.1
16
577.6
234
4.27
298.4
432×10
132×103
21.0
711.2
9
693.2
156
6.41
198.5
0.397
2.23
344×10
122×103
24.8
12
687.2
207
4.83
263.6
453×10
161×103
24.7
14
683.2
241
4.15
306.6
524×10
186×103
24.7
16
679.2
274
3.65
349.4
594×10
212×103
24.6
812.8
9
794.8
178
5.62
227.3
0.519
2.55
452×10
184×103
28.4
12
788.8
237
4.22
301.9
596×10
242×103
28.3
14
784.8
276
3.62
351.3
690×10
280×103
28.2
16
780.8
314
3.18
400.5
782×10
318×103
28.2
914.4
12
890.4
311
3.75
340.2
0.567
2.87
758×10
346×103
31.9
14
886.4
351
3.22
396.0
878×10
401×103
31.8
16
882.4
420
2.85
451.6
997×10
456×103
31.8
19
876.4
297
2.38
534.5
117×102
536×103
31.7
1016
12
992
346
3.37
378.5
0.811
3.19
939×10
477×103
35.5
14
988
395
2.89
440.7
109×102
553×103
35.4
16
984
467
2.53
502.7
124×102
628×103
35.4
19
978
311
2.14
595.4
146×102
740×103
35.2
作为钢管桩的附件，主要有用于承受上部荷载而焊在桩顶上的桩盖，和焊于钢桩顶部用的扁钢带及用于保护桩底的保护圈，以及用于桩节焊接的铜夹箍。
为减轻软土地基负摩擦力对桩的承载力的不利影响，一般在钢管桩的上部一定深度，将特殊沥青、聚乙烯等复合材料涂敷于钢管桩外表面以形成滑动层，层厚6~10mm（图7-93）可降低负摩擦力4/5-9/10。
图7-93钢管桩滑动层构造
1-钢管桩；2-底漆；3-滑动层；4-表层
2．打桩机械的选择
打桩机的选择要根据工程地貌、地质、配套锤的型号、外型尺寸、重量、桩的材质、规格及埋入深度、工程量大小、工期长短等而定。
打桩机的型式很多，有桅杆式（履带行走），柱脚式、塔式、龙门式等多种，其中以三点支撑桅杆式（履带行走）柴油打桩机（图7-94），使用较普遍。
具有桩架移动机动灵活，可作全向转动，导杆垂直度可全方位调节，锤、导杆可自由上下移动，可作各种角度微调，打桩精度较高，整机稳定性好，操作方便、安全，工效较高等优点。
但对场地要求较高，要铺填厚10~30cm碎石并碾压密实。
主要型号有日KH100、KH180型、IPD80、IPD90型和D308、D408型等。
柴油桩锤主要有日MH72B、K25、K35、K45、K60及IDH35、IDH45型等，表7-93可供参考。
锤型选用表7-93
桩径（mm）
φ406.4
φ609.6
φ914.4
锤型
25~35级
35~45级
60~72级
图7-94三点支撑桅杆式（履带行走）柴油打（沉）钢管桩机
1-桩机主体；2-桩架；3-桩锤；4-钢管桩
3．施工准备
包括：
平整和清理场地；测量定位放线；标出桩心位置，并用石灰撒圈标出桩径大小和位置；标出打桩顺序和桩机开行路线，并在桩机开行部位上铺垫碎石。
4．打桩顺序
钢管桩施工，有先挖土后打桩和先打桩后挖土两种方法。
在软土地区，一般表层土承载力尚可，深部地基承载力则往往很差，且地下水位较高，较难以排干。
为避免基坑长时间大面积暴露被扰动，同时也为了便于施工作业，一般采取先打桩后挖土的施工法。
它的施工顺序是：
现场三通一平→打桩→切桩→安混凝土圆盖→堵住桩头→填砂将坑口填平→设井点降低地下水位→进行基坑机械化挖土施工→清理基坑→修整边坡→焊桩盖→浇筑垫层混凝土→绑钢筋→支模板→浇筑混凝土基础承台。
钢管桩的施工顺序是：
桩机安装→桩机移动就位→吊桩→插桩→锤击下沉→接桩→锤击至设计深度→内切钢管桩→精割→戴帽。
为防止打桩过程中对邻桩和相邻建（构）筑物造成较大位移和变位，并使施工方便，一般采取先打中间后打外围（或先打中间后打两侧）；先打长桩后打短桩；先打大直径桩，后打小直径桩的程序进行。
如有两种类型桩，则先打钢管桩，后打混凝土桩，这样有利于减少挤土，满足设计对打桩入土深度的要求。
另外，在打桩机回转半径范围内的桩宜一次流水施打完毕，为此应组织好桩的供应，并搞好场地处理、放样桩和复核等配合协调施工。
5．桩的运输与吊放
钢管桩可由平板拖车运至现场，用吊车卸于桩机一侧，按打桩先后顺序及桩的配套要求堆放，并注意方向。
场地宽时宜用单层排列。
吊钢管桩多采用一点绑扎起吊，待吊到桩位进行插桩，将钢管桩对准事先用石灰划出的样桩位置，做到桩位正、桩身直。
6．打桩方法
为防止桩头在锤击时损坏，打桩前，要在桩头顶部放置特制的桩帽（图7-95）。
其上直接经受锤击应力的部位，放置硬木制减振木垫。
图7-95桩帽构造（用于φ914.4mm钢管桩）
打桩时，先用两台经纬仪，架设在桩架的正面及侧面，校正桩架导向杆及桩的垂直度，并保持锤、桩帽与桩在同一纵轴线上，然后空打1~2m，再次校正垂直度后正式打桩。
当沉至某一深度并经复核沉桩质量良好时，再行连续打击，至桩顶高出地面60~80cm时，停止锤击，进行接桩，再用同样步骤直至达到设计深度为止。
若开始阶段发现桩位不正或倾斜，应调正或将钢管桩拔出重新插打。
7．接桩
钢管桩每节长15m，沉桩时需边打入边焊接接长，一般可采用日YM-505N型半自动无气体保护焊机焊接。
这种焊机具有效率高，质量好，焊接变形小，适应全位置焊接，操作方便等优点。
焊丝采用日SAN-53自动保护焊丝，直径φ3.2和φ2.4mm，由焊机的送丝机构自动送丝，靠人工手把（焊枪）焊接。
焊接前，应将下节桩管顶部变形损坏部分修整，上节桩管端部泥砂、水或油污清除；铁锈用角向磨光机磨光，并打焊接剖口。
将内衬箍放置在下节桩内侧的挡块上（图7-96），紧贴桩管内壁并分段点焊，然后吊接上节桩，其坡口搁在焊道上，使上下节桩对口的间隙为2~4mm，再用经纬仪校正垂直度，在下节桩顶端外周安装好铜夹箍，再行电焊。
施焊应对称进行，管壁厚小于9mm的焊两层，大于9mm的焊3层。
焊接时注意：
焊完每层焊缝后，及时清除焊渣；每层焊缝的接头应错开；充分熔化内衬箍，保证根部焊透；遇大风，要装挡风板；气温低于0℃，焊件上下各100mm要预热；焊接完毕后应冷却1~5min，再行锤击打桩。
图7-96钢管桩接头焊接
1-钢管桩上节；2-钢管桩下节；3-内衬箍；4-铜夹箍；5-挡块，（30mm×30mm×12mm）
8．送桩
当桩顶标高离地面有一定差距，而不采用接桩时，可用送桩筒（图7-97）将桩打到设计标高。
送桩筒应满足以下要求：
打入阻力不太大；打击能量能有效传给所打的桩；上拔容易，能连续持久使用。
图7-97钢管桩送桩用送桩筒构造
1-钢管桩同直径钢管；2-加筋肋
D-钢管桩外径；d-钢管桩内径；
a＝d－100mm；b＝d－20mm；c＝D＋40mm
9．贯入度控制
钢管桩一般都不设桩靴，直接开口打入。
沉桩时，土体由桩口涌入桩管内，至一定高度（一般为1/3~1/2的桩体贯入深度）后，即闭塞封死，其效用与闭口桩相似。
贯入深度一般按以下标准控制：
（1）持力层较薄时，打到持力层厚度的1/3~1/2；当持力层厚时，以最后十次锤击每击的贯人量S≤2mm为限；当持力层坚固时，打入1~2倍桩径的深度；当持力层不大坚固时，打入桩径5~10倍的深度。
宝钢设计要求打入标准贯入阻力N值50以上的坚实砂层，进入深度（从持力层上表面算起）为桩径的3~5倍，以满足其土塞效应。
（2）锤击桩顶时对桩产生的锤击应力应不超过钢管桩材料的允许应力（一般按80%考虑），一般限制最后10m的锤击数在1500击以下（总锤击数不超过3000击）。
（3）以桩锤的容许负荷限制，避免桩锤的活塞受到过量冲击而损坏，一般限制每次冲击的最小贯入量不大于0.5~1.0mm作为控制。
以上停打标准系以贯入深度为主，并结合打桩时的贯入量最后1m锤击数和每根桩的总锤击数等综合判定。
宝钢停打标准：
在满足下列条件之一时即可停打，贯入度S≤4mm/击；最后1m锤击数
≥250击；每根桩的总锤击数N≥2500击。
变通条件：
如果必保深度达不到，则必须控制S≤3mm。
打桩时要作好原始记录，记录桩号、打桩日期、桩锤型号、桩规格、打入深度、焊接质量情况、锤击次数、落锤高度、最后贯人度、回弹量、平面位移，以及打桩过程中出现的问题及处理措施等等。
10．钢管桩切割
钢管桩打入地下，为便于基坑机械化挖土，基底以上的钢管桩要切割。
由于周围被地下水和土层包围，只能在钢管桩的管内地下切割。
切割设备有等离子体切桩机、手把式氧乙炔切桩机、半自动氧乙炔切桩机、悬吊式全回转氧乙炔自动切割机等，以前两种使用较普遍，工作时可吊挂送入钢管桩内的任意深度，靠风动顶针装置固定在钢管桩内壁，割嘴按预先调整好的间隙进行回转切割。
割出短桩头，用图7-98所示内胀式拔桩装置，借吊车拔出，能拔出地面以下15m深的钢管桩，拔出的短桩焊接接长后再用。
图7-98内胀式拔管装置
1-齿块；2-锥形铁陀；3-钢管桩
11．焊桩盖
为使钢管桩与承台共同工作，可在每个钢管桩上加焊一个桩盖，并在外壁加焊8~12根φ20mm的锚固钢筋。
桩盖形式有平桩盖和凹面形两种。
当挖土至设计标高，使钢管桩外露，取下临时桩盖，按设计标高用气焊进行钢管桩顶的精割，方法是先用水准仪在每根钢管桩上按设计标高定上三点，然后按此水平标高固定一环作为割框的支撑点，然后用气焊切割，切割清理平整后打坡口，放上配套桩盖焊牢（图7-99）。
图7-99桩盖型式
12．桩端与承台连接
钢管桩顶端与承台的连接一般采用图7-100所示刚性接头，将桩头嵌入承台内的长度不小于1d（d——钢管桩外径）长度，或仅嵌入承台内100mm左右，再利用钢筋予以补强或在钢管桩顶端焊以基础锚固钢筋，再按常规方法施工上部钢筋混凝土基础。
图7-100钢管桩头与基础承台的连接
（a）加防滑块；（b）桩内设加强锚筋；（c）桩外设锚固钢筋；（d）设盖板
1-钢管桩；2-填充混凝土；3-防滑块；4-承台下部主筋；5-承台底部；6-承台顶面；
7-加强锚筋；8-箍筋；9-贴角焊缝；10-锚固钢筋；11-桩盖
13．施工常遇问题及预防、处理方法（表7-94）
钢管桩锤击式沉桩常遇问题及防治、处理方法表7-94
常遇问题
产生原因
防治措施及处理方法
桩达不到设计标高或沉桩困难
1．桩锤大小与桩的形状、断面和地层不匹配
2．桩帽和锤垫选择不当，打击能量损失太大
3．遇地下障碍物或桩侧摩阻力很大或土的密度很高或桩距过小
4．选用的闭口桩沉桩阻力过大；或遇到坚硬土夹层；或桩端持力层深度与勘察报告不符
需更换合适的桩锤
更换合适的桩帽和锤垫
清除障碍物；更换合适的桩锤；增大桩距
改变桩断面，或桩端形状，或改换开口桩；采用植桩法，或中掘工法；变更设计桩长
桩身破损
1．起吊时破损
2．打桩时遇地下障碍物，使桩身破损
修复或更换
原则上更换，但如在打桩终了桩身破损而破损度低，从设计上判断还能用，可在管内灌满混凝土
桩顶破损
桩帽和锤垫不合适，或遇到地下障碍物
如仅仅是桩顶破损，且破损部分长度在1m左右，可挖出桩顶，加入补强筋并灌筑混凝土；破损部分长度较大时更换新桩
桩身座屈（失稳）
1．壁厚过小；或桩顶未补强或补强不足
2．遇到硬夹层过打；或偏打
增大壁厚，增加补强环和加劲板
采用植桩法，或中掘工法；桩帽与桩径匹配；尽量不采用送桩
桩端破损
遇地下障碍物过打
补桩
打桩偏心或垂偏过大
1．钢管桩架立不正
2．桩帽与桩身不在同一直线上
3．送桩筒与桩顶接触不良
4．遇横向障碍物
及时调正
调正桩帽
使两者接触面平整
障碍物不深时，可挖除回填后再打
承载力不够
1．实际的桩端持力层比原勘察评定的深
2．大直径开口桩的闭塞效果不明显
继续施打，打进桩端持力层
在桩端增加十字肋等以增加闭塞效果
未焊透
1．焊根间隔狭窄
2．焊接速度太快或太慢
3．焊接电流低
4．焊枪角度及目标位置不合适
确保焊根间隔1~4mm焊接速度合适，不使焊渣先行使用500A电源时，考虑其使用率，使最大电流为450A，则恰当将焊枪保持20°~30°角度，以使内垫环能充分熔化
夹渣
1．焊渣未完全清除就焊
2．焊条运行速度太慢
3．采用焊枪前进法焊接时
应将前层的焊渣完全除掉稍增大电流，保持焊渣不先行的速度采用焊枪后退法（0°~45°）法焊接
搭叠
1．焊接电流过低
2．焊条运行速度太慢
增大焊接电流和焊条运行速度
加快焊接速度
裂纹
1．接头处混入水分、杂物
2．热影响区硬化脆化，或焊线吸湿
3．焊条、焊丝受潮状态下使用
焊接前清扫坡口，将水分，泥土，油脂，垃圾、铁锈等彻底除掉
焊前进行预热，平时好好保管，用时将焊线再干燥
干燥后再使用
14．质量要求及验收
（1）施工前应对进入现场的成品钢桩、电焊条作质量检验，成品桩的质量标准见表7-95。
成品钢桩质量检验标准表7-95
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
钢桩外径或断面尺寸：
桩端桩身
±0.5%D
±1D
用钢尺量，D为外径或边长
2
矢高
＜1/1000l
用钢尺量，l为桩长
一般项目
1
长度
mm
＋10
尺量
2
端部平整度
mm
≤2
水平尺量
3
H钢桩的方正度h＞300
h＜300
mm
mm
T＋T'≤8
T＋T'≤6
用钢尺量，h、T、T'
见图示
4
端部平面与桩中心线的倾斜值
mm
≤2
水平尺量
（2）施工中应检查钢桩的垂直度、沉入过程情况、电焊连接质量、电焊后的停歇时间，桩顶锤击后的完整状况。
电焊质量除常规检查外，应作10%的焊缝探伤检查。
（3）施工结束后应作承载力检验。
低应变整体性检验按需要确定。
（4）钢桩施工质量检验标准如表7-96所示。
钢桩施工质量检验标准表7-96
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
桩位偏差
见表7-66
用钢尺量
2
承载力
按基桩检测技术规范
按基桩检测技术规范
一般项目
1
电焊接桩焊缝：
（1）上下节端部错口（外径≥700mm）
mm
≤3
用钢尺量
（外径＜700mm）
（2）焊缝咬边深度
（3）焊缝加强层高度
（4）焊缝加强层宽度
mm
mm
mm
mm
≤2
≤0.5
2
2
用钢尺量
焊缝检查仪
焊缝检查仪
焊缝检查仪
（5）焊缝电焊质量外观
无气孔、无焊瘤、无裂缝
直观
（6）焊缝探伤检验
满足设计要求
按设计要求
2
电焊结束后停歇时间
min
＞1.0
秒表测定
3
节点弯曲矢高
＜1/1000l
用钢尺量（l为两节桩长）
4
桩顶标高
mm
±50
水准仪
5
停锤标准
设计要求
用钢尺量或沉桩记录
7-2-8-2H型钢桩
H型钢桩系采用钢厂生产的热轧H型钢打（沉）入土中成桩。
这种桩在南方较软的土层中应用较多，除用于建筑物桩基外，还可用作基坑支护的立柱，而且还可拼成组合桩以承受更大的荷载。
H型钢桩与钢管桩相比，具有穿透能力较强，可穿越中间硬土层；施工挤土量小，切割、接长较方便，取材较易，价格较便宜（约20%~30%）等优点。
但其承载能力、抗锤击性能要差一些，运输和堆放中易于造成弯折，要特别采取一定防弯折技术措施。
1．常用H型钢桩的规格
H型钢桩常用规格如表7-97所示。
H型钢桩亦可自行制作，制作允许偏差见表7-98，最好不用在永久性基础工程上，要用时桩长不宜超过20m。
H型钢桩常用规格表表7-97
简图
H型钢桩规格
h×b
（mm×mm）
每米重量
（kg/m）
尺寸
h
b
a
e
r
（mm）
（mm）
（mm）
（mm）
（mm）
HP200×200
HP250×250
43
200
205
9
9
10
53
204
207
11.3
11.3
10
53
243
254
9
9
13
62
246
256
10.5
10.7
13
85
254
260
14.4
14.4
13
HP310×310
64
295
304
9
9
15
79
299
306
11
11
15
93
303
308
13.1
13.1
15
110
308
310
15.4
15.5
15
125
312
312
17.4
17.4
15
HP360×370
84
340
367
10
10
15
108
346
370
12.8
12.8
15
132
351
373
15.6
15.6
15
152
356
376
17.9
17.9
15
174
361
378
20.4
20.4
15
HP360×410
105
344
384
12
12
15
122
348
390
14
14
15
140
352
392
16
16
15
158
356
394
18
18
15
176
360
396
20
20
15
194
364
398
22
22
15
213
368
400
24
24
15
231
372
402
26
26
15
H型钢桩制作的允许偏差表7-98
项次
项目
允许偏差
检查方法
1
截面尺寸
桩端部桩身
±0.5%边长
用钢尺量
±1%边长
用钢尺量
2
长度
＋10mm
用钢尺量
3
矢高
＜l/1000
用钢尺量
4
端部平整度
≤2mm
水平尺量
5
端部平面与桩中心线的倾斜值
≤2mm
水平尺量
注：
l——桩长。
2．施工机械的选用
H型钢桩的施工机械与钢管桩相同，多用三点
升级会员 