7-2-8 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）406.49388.488.211.34112.40.1301.28109×10222×10214.112382.41178.55148.7142×10289×10214.050894901119.011410.2031.60173×10439×10217.6124841476.8187.0226×10575×10217.5144801715.85217.3261×10663×10217.5609.69591.61337.52169.80.2921.92251×10766×10221.212585.61775.65225.3330×10101×10321.114581.62064.85262.0381×10116×10321.116577.62344.27298.4432×10132×10321.0711.29693.21566.41198.50.3972.23344×10122×10324.812687.22074.83263.6453×10161×10324.714683.22414.15306.6524×10186×10324.716679.22743.65349.4594×10212×10324.6812.89794.81785.62227.30.5192.55452×10184×10328.412788.82374.22301.9596×10242×10328.314784.82763.62351.3690×10280×10328.216780.83143.18400.5782×10318×10328.2914.412890.43113.75340.20.5672.87758×10346×10331.914886.43513.22396.0878×10401×10331.816882.44202.85451.6997×10456×10331.819876.42972.38534.5117×102536×10331.71016129923463.37378.50.8113.19939×10477×10335.5149883952.89440.7109×102553×10335.4169844672.53502.7124×102628×10335.4199783112.14595.4146×102740×10335.2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）φ406.4φ609.6φ914.4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＋40mm9．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N≥250击；每根桩的总锤击数N≥2500击。变通条件：如果必保深度