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第七章桩式码头施工第一节桩工基础一、概述在高桩码头和板桩结构工程中，桩不仅是作为基础，而且是重要的主体结构。按材料分：钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢管桩和大直径混凝土管桩之分根据桩的承载力划分有支承桩、摩擦桩。根据桩所起的作用不同，有锚碇桩和防渗板桩桩的截面形状有方形、矩形、圆形和管形，港口工程中应用较多的是预应力钢筋混凝土空心方桩。钢板桩有槽形、z字形、平板形，钢筋混凝土板桩大多采用矩形。二、预制桩的施工方法工艺流程：原材料准备桩的制作桩的吊运与存放打桩船就位测量定位沉桩主要工序（一）桩的制作、吊运和堆存1、桩的制作（1）钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩及预应力钢筋混凝土桩一般都在专设的预制厂制作。对后张法预应力管桩，通过施加预应力将预制管桩节拼接起来。空心方桩的预制先张法张拉台座先张法预应力张拉设备（2）钢管桩钢管桩一般在专门工厂生产成单节管桩，运到工地后拼装焊接，加固桩顶及桩尖，并进行防腐处理。钢管桩尽量采用螺旋形焊接，当分段拼接时必须在接头内侧加焊一衬套，以确保接头牢固、平直、可靠（见图7-2）。钢管桩的桩尖有全封闭、半封闭和开口三种形式。实际工程中大多采用开口桩2、桩的吊运和堆存1）桩的吊运和堆存时，都要注意不能使桩产生损伤和变形。2）吊运和堆存时应使桩身产生的正负弯矩相等，并且弯矩值应在安全范围以内。3）桩在预制、运输和沉桩时，吊绳与构件水平面所成夹角不应小于45º，吊点位置偏差不应超过200mm。桩堆存时要注意支垫必须设在吊点位置处，堆放层数取决于地基承载力的大小并不超过3层。桩的吊运驳船运桩预制桩吊出厂运（二）锤击法沉桩主要沉桩设备：打桩锤、打桩架及其附属设备如替打、桩垫等。水上打桩一般都是由打桩船进行。打桩船除可打直桩，也可以俯仰而打斜桩。桩式码头打桩前一般不需挖泥。1、打桩架的高度H打桩时，要根据桩长、打桩方式来选择打桩架的高度。打桩架的高度可按下式计算H≥L+H1+H2+H3-H4L——桩长（m）H1——桩锤及替打高度（m）H2——滑轮组高度（m）H3——富裕高度（m），一般取1m~2mH4——施工水深（m）H≥L+H1+H2+H3-H4L——桩长（m）H1——桩锤及替打高度（m）H2——滑轮组高度（m）H3——富裕高度（m），一般取1m~2mH4——施工水深（m）2、打桩船的抗风浪性能打桩船，一般只能在5级风、3级浪以下拖航和打桩。在风浪大而且频繁的地区施工，宜用设在临时施工栈桥或海上施工平台上的打桩机打桩，这样可以大大提高时间的利用率。3、桩锤选择（1）桩锤的种类锤击法常用的锤有：蒸汽锤——效率低、设备笨重；锤重量大，使用稳定可靠。柴油锤——构造简单，使用方便，可自动调节冲击力；噪声、污染较严重。液压锤——打桩效率较高，也可使桩头避免被打碎。（2）桩锤的选择桩锤的选择必须满足两方面的要求：①满足克服沉桩阻力的要求；②满足沉桩速度和质量的要求，使沉桩效率高并保证桩身完好。桩锤应尽可能通过试桩选择，若无条件进行试桩时可根据当地或其他类似地区的经验选择。在同样满足桩锤冲击动能要求的前提下，锤重应选大些为好，这样可以提高冲击能量的有效利用系数。柴油打桩锤4、替打及桩垫替打及桩垫紧挨在桩顶之上，在锤击时，它们起缓冲作用并使桩顶受力均匀，保护桩头不被击碎。5、平衡装置为保证桩位和桩身倾斜度的准确性，打桩船上往往设有平衡装置使船身保持平衡。平衡装置有两种类型：平衡车式和平衡水舱式。现大多用后者。6、背板背板是在龙口上固定桩位的设备。沉桩时可使桩顺着龙口的方向滑动。在打斜桩时，背板还可部分承受桩身重量。打桩1打桩2打桩3（三）震动法沉桩1、震动法沉桩的原理2、震动法沉桩的夹具夹具要求：①能夹得紧；②夹板的材料要有一定的硬度和耐磨性能。不同的桩应采用不同的夹具。（四）射水法沉桩（水冲法）1、射水法沉桩的原理2、适用地基：砂、砂砾土、砂粘土及粘土等，其中以砂性土效果为最好。优点：沉桩效率高缺点：承载力有一定程度的降低，桩下沉时易发生倾斜和偏位。3、沉桩的设备沉桩设备，除用锤击法的全套设备外，再附加射水系统，包括高压水泵、压力管、橡皮软管、射水管及喷嘴。高压水泵一般采用离心式多级泵，所需型号根据桩的断面、下沉深度及土壤性质等因素选定。射水管的布置方式有：内冲内排，内冲外排及外冲外排。4、施工顺序：吊桩就位，压锤下沉，开动水泵，下放射水管并不断上下抽动。桩发生偏斜时，及时通过增开或关停相应的喷水管来进行调整。5、使用：一般以锤击和水冲相结合，以锤击为主。当桩下沉有困难时才辅以水冲。沉桩时是否采用水冲，应在已知地基的地质资料或认真进行分析判断后，由设计确定射水沉桩方式和桩的结构。为了减小承载力的损失，现在大多采用内冲内排的方式（五）压桩法沉桩压桩法是借助桩架自重及压重，通过滑轮换向把桩压入土中的。施工方法：一般采用分段压入、逐段接长的方法。优点：减少打桩震动和对周围土的扰动破坏。下沉斜坡上的桩可以解决斜坡上打桩滑移问题适用地基：均质的软土地基，不适用于斜桩1－活动压梁；2－油压表；3－桩帽；4－上段桩；5－加重物；6－底盘；7－轨道；8－上段接桩锚筋；9－下段接桩锚筋孔；10－导笼口；11－操作平台；12－卷扬机；13－加压钢丝绳滑轮组；14－桩架导向笼静力压桩图各种沉桩方法的适用范围1.单动式蒸汽锤适用范围：在坚实硬土中下沉各种类型的桩2．双动式蒸汽锤：适用范围：一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基。3．柴油锤：适用范围：除粘土外，适合各种土壤中下沉各种类型的桩。4．液压锤：适用于打钢板桩，钢管承载桩，组合钢桩，Ｈ型钢桩，钢筋混凝土桩5．水冲法沉桩适用于砂性土或砂土6．静力压桩法：适用于软土地基，不能打斜桩第二节高桩码头桩基施工高桩码头桩基施工的主要工作有：桩的预制和运输，设置打桩定位基线及测量平台，定位沉桩，桩的临时固定和处理。一、制桩和运输1、制桩：先张法预应力钢筋混凝土空心方桩，必须在专门的预制台座上整根预制。预制厂在安排生产计划时应根据用桩的先后顺序，分类提前安排生产，保证在沉桩过程中不会因缺桩而导致沉桩作业停工。制桩总数量上要有一定富裕（常为1%~2%），2、桩的运输：一般采用水上驳船装运。二、测量基线的设置桩位控制1、通常设两条基线，其中一条与拟建码头岸线尽可能平行，另一条最好与之垂直。施工基线应该布置在地面平整、无位移和沉陷的地方，应尽可能不受外界条件的影响。2、目前工程上常用全站仪，所以只要一条基线即可。3、施工基线要与工地控制网相衔接，并建立坐标系统，精度要符合规范要求，测设基线前必须对控制点进行复测，基线设置后应请监理验收。4、建立GPS基站，用GPS来控制桩位。三、沉桩作业（一）沉桩方法的选择远离岸边的水上沉桩作业，一般情况采用打桩船打桩海上施工地点风大浪高时，可以考虑采用海上自升式施工平台进行打桩临近岸边的桩：①打桩船打桩，②打桩船吊龙口打桩，③搭栈桥，由陆上打桩架打桩（二）沉桩顺序的确定沉桩的先后顺序是否合理，对沉桩工程的顺利进行和沉桩质量有一定影响。1、要考虑到所有的桩位都能施打2、要考虑到水位、水深和风、浪、流的影响打桩船有一定的吃水和抛锚定位的方法，在拟定打桩顺序时应考虑到打桩水位、水深和风、浪、流的影响。3、要考虑到工程的分段为了有利于后续工程的施工，整个码头工程要分成几段按流水作业的方式组织施工，打桩顺序应满足分段的要求。考虑施工的安全性，实际工程中一般以结构段来分段。挤密圈破坏圈影响圈扰动圈4、要考虑到土壤变形的影响群桩（桩距6D）沉桩，先打的桩的位置和高程可能受到后打的桩的挤动，出现沉桩困难。码头沉桩通常采用阶梯形推进单桩打桩顺序123群桩打桩顺序由内向外螺旋型施打第一阶段第二阶段分阶段施打5、尽量减少沉桩对岸坡稳定的影响沉桩引起的超静孔隙水压力会使土体颗粒脱离接触，岸坡抗滑稳定性大大减小。使超静孔隙水压力减少积聚，最好采用顺岸打桩的顺序，由岸边向外逐排打设一条打桩船打桩时，最好采用顺排间隔沉桩法多条打桩船打桩时，使同一断面里相邻桩的下沉有一定的时间间隔6、尽量减少打桩船移架、改架、移锚的次数打桩船打桩时移架、改架、移锚均需占用相当的工作时间，次数越多效率越低因此，必须对桩位布置、沉桩顺序，特别是桩的平面扭角等要认真分析，事先做好沉桩设计。7、考虑施工水域船舶锚缆的布置施工水域船舶锚缆的布置对方便、顺利地沉桩十分重要。布置时要了解工作船的尺度，研究锚船及运桩方驳的停泊位置，使打桩船取桩方便。打桩船的缆绳不要在已打好的桩中间穿来穿去各种工作船之间相互协调，避免干扰。（三）沉桩质量控制1、制桩质量①桩在制作过程中的各工序必须经过质量检验，合格的桩方可出厂。②打桩现场验收，主要查看有没有出厂合格证，运输中有没有碰伤，外形是否符合要求。不合格的桩不能应用于工程。2、沉桩控制（1）偏位控制项目桩顶偏差直桩不大于10cm斜桩不大于15cm无掩护的海港和长江上直桩不大于15cm无掩护的海港和长江上斜桩不大于20cm大直径混凝土管桩和钢管桩直桩不大于25cm大直径混凝土管桩和钢管桩斜桩不大于30cm桩轴线倾斜偏差不得大于1%控制偏差的措施：①要检查复核施工基线，采用有足够精度的定位方法；②沉桩要安排在风、浪、流都较小的时候进行；③要及时开动平衡装置和松紧锚缆，防止船位走动，维持打桩架规定的倾斜度；控制偏差的措施：④掌握在斜坡上打桩的规律，特别是打斜桩的规律，下桩时向岸边偏移一定的距离，以保证沉桩完毕后的最终位置恰好符合设计要求；⑤沉桩过程中应经常用经纬仪检查桩位及轴线倾斜情况，发现偏差及时纠正；⑥对已沉好的桩应及时夹桩和设法整体固定，并进行定期观测。（2）贯入度和标高控制一般沉桩最后是控制沉桩桩尖标高和最后贯入度桩尖最终必须落在持力层上，控制桩尖标高就是要使桩尖落在设计的持力层上沉桩的贯入度小，说明沉桩阻力大，桩的承载能力大。但贯入度又不能完全说明桩的承载能力（如在砂土中沉桩）情况1：遇到桩未沉到设计标高，贯入度已很小，甚至桩头已被打烂；情况2：或者桩已沉到设计标高，但贯入度还远未满足设计要求。遇到此类情况应慎重处理：在粘性土中以标高控制为主，贯入度可作校核桩尖落风化岩层等时，应以贯入度控制为主，标高控制作校核。在砂性土应采用双控。（3）桩的裂损控制锤击应力：锤击沉桩时，由于应力波的传递和反射，在桩身各部位产生的压应力或拉应力。正常情况下预应力钢筋混凝土桩应不出现裂缝；非预应力钢筋混凝土桩应尽量避免产生裂缝。影响锤击应力的主要因素是锤、垫、桩和土质。锤速增加比锤重增加对锤击应力的影响更明显。锤击拉应力的大小，在很大程度上取决于桩长与波长的比值，桩长小于应力波长时，拉应力小。桩尖由硬土层进入软土层时，锤击贯入度增加，桩身拉应力也增大。桩尖由软土层进入硬土层时，桩身亦有可能产生较大或最大的拉应力值。（4）桩的临时固定和缺陷处理桩的临时固定沉桩完毕，必须及时夹桩、方木顶撑和拉条固定，以防止在风、浪、流和土坡滑移及斜桩自重挠曲作用下基桩倾倒或折裂，严禁在已沉入的桩上系缆靠船等。缺陷处理①若桩头被打烂，应将开裂不牢固的部分凿去，然后才能浇筑桩帽或现浇横梁，若桩顶标高不够应接高或将桩帽底局部放低。②当桩尖达到设计标高时，贯入度仍很大（桩尖没有进到持力层），则必须继续沉桩，直至贯入度满足要求后，沉桩方能停止。③沉桩时桩尖已达到硬土层，但沉桩标高离设计标高还有一定距离，若差距不太大，桩入土已较深，这时可将高出桩顶设计标高的桩身部分截去。若在桩入土后不久即遇到未探明的钙质砂盘或其他障碍物，无法沉桩，应将桩拔出，清除障碍物后再继续沉桩；⑤大管桩沉桩若遇到在桩已沉到相当深度后管桩被孤石阻挡或挤瘪的情况，这要慎重处理。如果桩沉入的深度已能满足嵌固的要求，可在桩的入土部分将管内泥土清除并填注水下混凝土，以改善被损坏的大管桩的受力条件。