第四节 沉管灌注桩

第四节沉管灌注桩

1概述

1・1沉管灌注桩的原理及类型

沉管灌注桩是采用振动沉管桩机或锤击沉管桩机等将带有封口桩尖的桩管直接打入地层至设计深度成孔，然后放入钢筋笼，边浇筑混凝土边拔出桩管而形成的混凝土灌注桩。

沉管灌注桩按沉管机具和方法不同，可分为振动沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩和振动冲击沉管灌注桩。这里主要介绍前两种施工方法。

1.2沉管灌注桩的特点

（1）施工设备简单，成桩速度快，工期短;

（2）孔形圆整性好，成桩质量高，超径系数小，节省材料；

（3）不用冲洗液，无泥浆排放问题，现场整洁；

（4）对地层和环境有挤土和振动影响； （5）在软土中成桩易于产生缩颈缺陷。 1.3沉管灌注桩的适用范围

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振动沉管灌注桩的桩径一般为270mm〜400mm,最大桩长为20m。锤击沉管灌注桩的桩径一般为300mm〜500mm，最大24m。

沉管灌注桩适用于一般粘性土、粉土、淤泥质土、松散至中密的砂土及人工填土层。不宜用于标准贯入击数N值大于12的砂土和N值大于15的粘性土以及碎石土。在厚度较!M 大的高流塑淤泥层中不宜采用桩径小于340mm的沉管灌注桩。

2.施工机械与设备

I=J 桩长为2.1振动沉管打桩机

振动沉管打桩机由桩架、振动沉拔桩锤、卷扬机、行走机构等部件组成（图8-4-1）。

2・1・1桩架

桩架由立杆、撑杆、底盘等部件组成。由于沉管灌注桩的施工必须用整根的桩管，而桩管的长度又必须大于孔深；所以桩架的立杆高度必须大于桩管的长度加上桩锤的高度。桩长越大桩架越高，这是沉管灌注桩施工的特点。

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为了保持桩架的稳定，振动沉管打桩机都有较大的底盘。桩架上设有三台卷扬机，一台用于提升桩锤和桩管，一台用于沉管时对桩管加压，另一台为提升混凝土料斗用。振动沉管打桩机的行走方式有滚管式、轨道式和步履式三种。常用桩架的技术性能见表8-4-1。

2.1.2振动沉拔桩锤

振动沉拔桩锤具有沉桩和拔桩双重作用。振动沉拔桩锤按动力不同可分电动沉拔桩锤和液压沉拔桩锤。常用的电动沉拔桩锤均为偏心振动机构，有高频、中频、低频、加压、可调偏心力矩及双锤联动等类型，功率7・5kW〜150kW,激振力55kN〜1354kN,规格众多（图8-4-2）。施工时根据地层条件、沉管深度和桩管直径选择振动桩锤和与之配套的桩架。表8-4-2中列出了不同激振力振动桩锤的适用范围。部分国产电动振动桩锤的型号、规格及技术性能见表8-4-3。液压振动沉拔桩锤目前国内很少生产，国外的产品德国和法国的比较

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多，详见表8-4-4。

图8-4-1振动沉管桩机

图8-4-2振动沉拔桩锤

表8-4-1桩架型号及技术性能表

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项目' 型号 ZJ40J 轨道式 18 400 120 150 10 5 18.0 11 10 24 DJB40 ZJ60J ZDJG4DJB18 DJB25 J-40 0 轨道步履轨道式 步履式 步履式 轨道式 式 式 25 500 200 250 10 5 26.5 11 12 30 15 273~325 50 300 5 5 32.0 DJB60 步履式 26 500 沉桩最大长度（m） 沉桩最大直径（mm） 最大加压力（kN） 最大拔桩力（kN） 导杆前倾最大角度（°） 导杆后倾最大角度（°） 桩架质量（t） 外形尺寸 （工作尺寸） 长（m） 宽（m） 高（m） 生产厂家 21.5 325 80 250 16 350 78 120 22 500 20 500 150 300 18.5 250 5 5 45 8.0 4.5 18.5 30 9.8 7.0 24.5 350 9 3 60 13.5 6.1 35.0 5 5 44.5 0 28.0 8.5 4.5 9.5 4.5 23.5 北京桩机厂 22 瑞安建机厂 湖南桩机厂 兰州建筑机械厂

8-4-2振动沉管桩选用振动锤的激振范围 振动锤激振力 （kN） 桩管沉入深度 （m） 桩管外径 （mm） 桩管壁厚 （mm） 68 7080 810 220273 273325 100150 1015 710 150200 1520 325 1012.5 400

2024 370 12.515 2.2锤击沉管打桩机

锤击沉管打桩机由桩架、桩锤、卷扬机、行走机构等部件组成。桩架的结构形式和技术性

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能与振动沉管打桩机的桩架基本相同。桩锤

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按动力和工作方式不同，可分为单动气锤、双动气锤、柴油打桩锤、电动落锤、柴油机落锤等类型；按桩锤质量不同，可分为小型桩锤、中型桩锤和大型桩锤。其中气锤可用蒸气作动力，也可用压缩空气作动力。落锤是一种用卷扬机提起后，自由下落打击桩头的简易桩锤。锤击沉管常用的桩锤如下：

(1) 小型桩锤：一般采用电动落锤和柴油机落锤，桩锤质量0・75t〜1・5t,落锤高度1・0m〜2・0m。最大适用桩径320mm,适用桩长10m〜15m。

(2) 中型桩锤：一般采用电动落锤和单作用气锤，桩锤质量2・0t〜3・0t；前者落锤高度1・0m〜2.0m，后者落锤高度0・5m〜0・6m,。 ■=j 【大适用桩径400mm，适用桩长13〜18m。

(3) 大型桩锤：一般采用柴油锤和柴油 机落锤，前者落锤高度2.5m，后者落锤高度1・0m〜2・0m。柴油锤冲击部分质量为4・5t，总

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质量5・0t〜7・0t；柴油机落锤质量为7・0t。

选择桩锤时可用下列公式复核：

l=J I (8-4-1)

式中K——适用系数：双动气锤、柴油锤K W5,单动气锤KW3.5,落锤KW2；

M——锤重⑷；

C——桩管重(包括桩帽与桩垫)(t)； E——桩锤的一次冲击动能(t•m)

表8-4-3电动振动沉拔桩锤型号及技术性能表 生产厂家 型号 电机功率 (kW) 22X2 30X2 37X2 45X2 30 37 55 90 90 30 45 60 90 120 激振力(kN) 270 360 440 520 160/210 230/260 280/350 允许加压力 (kN) 100 120 140 180 80 80 100 允许拔桩力 (kN) 130 200 200 300 120 120 150 260 260 桩锤质量 (t) 3.70 4.50 5.20 6.05 2.92 3.38 4.84 4.9/6.2 6.67 1.86 3.456 4.492 5.8 8.82 DZ45KS 浙江瑞安长虹桩机制造厂 DZ60KS DZ75KS DZ90KS 浙江瑞安建机厂 上海工程机械厂 DZ30 DZ37 DZ55 DZ40A DZ60 DZ30 兰州建筑通用 机械厂 DZ45 DZ60 DZ90 DZ120 400/550 410/680 157/231 160 200 281/340/370 405/486 250 300 450/541/677 669 400 82

DZ150 北京桩机厂 桂林建机厂

150 90 55 812/1080/1354 500 80 9.34 4.80 DZ-8000 CH20 DZF-30Y 400 230 100 3.50 30 130190 80 80 14100 100 120 160 300 3.40 4.703 4.800 6.725 DZF-40Y DZG-37K 湖南桩机厂

40 37 45 75 1.256 239 428 78 98 150 DZG-45K DZG-75K

表8-4-4液压振动沉拔桩锤型号及技术性能表 振动锤功率 型号 (kW) 激振力 (kN) 170 400 加桩器夹持力 (kN) 450 450 800 1100 桩锤质量 (t) 0.98 2.10 5.40 5.40 1.00 2.50 工作压力 (MPa) 17.5 30.0 31.0 30.0 35.0 35.040.0 35.040.0 生产厂家 5-17型 13-40型 22-62型 620 800 67 162 243 225/160 350/400 法国 PAJOT公司 26-80型 HVB2001 HVB4002 德国 TUNKERS 公司 HVB6002 500/600 3.60 2.3桩管、桩尖 (1)桩管

一般采用无缝钢管，桩管规格常见的有G377mm、d325mm、G273mm三种。桩管的表面应刻有醒目的标尺，以便施工中进行入土深度的观测。

⑵桩尖

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桩尖一般采用钢筋混凝土预制桩尖或活 瓣桩尖(图8-4-3)。当用钢筋混凝土预制桩尖

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时，桩管底部需用钢板加厚，以增加管底与混凝土桩尖台阶的接触面积，减轻桩尖在激振力作用下的破损程度。混凝土桩尖的强度等级应不低于C30,桩尖外径应比设计桩径大20mm,长500mm〜700mm,锥尖角度45°〜60°；用于坚硬土层中施工的桩尖，还需用钢板加固。一般情况下不宜采用活瓣桩尖;如果采用，活瓣桩尖应有足够的强度，其尖端应在桩管的中轴线上；活瓣张闭应灵活，活瓣间不得有较大的缝隙，否则易造成质量问题。

1

1 --'2

=-

--6

(a)

(b)

(a)砼预制桩尖示意图

1-©10钢筋2-©8螺旋筋3-©6螺旋筋

(b)活瓣桩尖示意图

4、桩管；5、活瓣销孔；6、活瓣

图8-4-3沉管灌注桩桩尖

3施工工艺

沉管灌注桩施工有振动和锤击两种沉拔

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管方法；按成桩方式不同，有单打（振）法、复打（振）法和反插法三种方法。单打法是最常用、最基本的成桩方法，复打法和反插法l=J 只在地质条件特殊或要求提高承载力的情况下采用。

3.1单打法

单打法适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。单打法的施工工艺流程为：桩管就位f振动（锤击）沉管f灌注混凝土f下设钢筋笼或插筋f拔管f成桩。（见图8-4-4）

3・1・1桩管就位

当釆用钢筋混凝土桩尖时，将桩管对准预先埋设在桩位上的预制混凝土桩尖，套压在桩尖的环形台阶上；在桩管与桩尖接触部位缠绕麻绳或其它材料，以防桩尖损坏和地下水进入管内。当使用活瓣桩尖时，沉管就位前先将活瓣桩尖收拢并捆绑好；桩尖对准桩位，利用桩管自重和桩机的加压装置将桩尖压入土中。桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。校正桩管

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垂直度(偏斜不超过0.5%)后即可进行沉管作业。当采用锤击法沉管时，一般不宜采用活瓣桩尖。

3.1.2沉管

(1) 沉管施工要求

桩管开始沉入土中时，应保持位置正确，如有偏斜应立即纠正。桩尖入土时如有损坏，应将桩管拔出，用土或砂填实，另换新的重新打入。在沉管过程中地下水或泥土可能进入桩管时，可在桩管内先灌入高1・5m左右的封底混凝土，再开始下沉。使用预制混凝土桩尖时，沉管过程中禁止上提桩管，以防桩管与桩尖脱离，地下水或泥土进入桩管，影响成桩质量。

沉管深度的控制应根据地质条件、贯入度和设计桩长综合确定，并应符合下列规定： ① 纯摩擦桩以设计桩长为主，贯入度为辅；

② 摩擦端承桩及端承摩擦桩以贯入度和设

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计桩长同时控制；

③ 纯端承桩应以贯入度为主，设计桩长为

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辅。

2)振动沉管操作要点

① 首先采用静压沉管。当静压沉管不能下沉时，再启动振动器，边振动边加压沉管。振动沉管时可收紧钢丝绳加压，或用配重加压，以提高沉管效率。收紧钢丝绳加压时，应注意防止抬起桩架发生事故。

② 沉管时应根据地层情况调整振动器的频率，使其接近土体的共振频率，以求得最快的沉管速度。

③ 振动沉管贯入度的控制：最后一次抬空持续20s时的贯入度应小于20mm。必须严格控制最后两个两分钟的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩结果和当地长期的施工经验确定。测量贯入速度时应使配重及电源电压保持正常。

④ 必须根据设计要求和试桩结果严格控 制最后30s的电流、 电压值。

(3)锤击沉管操作要点

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① 在检查桩管垂直度和与桩尖的同轴度后，先低锤轻击桩管；在入土一定深度，桩管稳定后再正式锤击，直至将桩管打至设计标高或要求的贯入度。

② 沉桩全过程必须有专职的记录员做好施工记录，每根桩的施工记录均应包括每米的锤击数和最后一米的锤击数。准确测量最后三阵10击的贯入度及落锤高度。

③ 锤击沉管桩最后两阵10击贯入度的控制标准应根据试桩结果和当地的长期施工经验确定。

④ 测量沉管的贯入度应在下列条件下进行：a•桩尖未破坏；b・锤击无偏心；c・锤的落距符合规定；d・桩帽和垫层正常；e.用气锤时气压力符合规定。

3・1・3灌注混凝土

沉管至设计标高或要求的贯入度后，应立即灌注混凝土，尽量减少间隔时间。灌注混凝土之前必须用吊锤检查桩管内有无吞桩尖和

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进泥、进水；接着用吊斗将混凝土从桩管进料口灌入桩管内。灌注时应逐渐由加料口倒入，使管内空气能够排岀，避免因加料过猛形成气襄。每次灌注混凝土时应尽量多灌。用长桩管打短桩时，混凝土应一次灌足；打长桩时，应分次灌注，第一次应灌满，并保证桩管内始终有高度2m以上的混凝土。

当桩身配有钢筋时，混凝土的坍落度宜为8cm〜100cm；素混凝土桩的坍落度宜采用6cm〜8cm。骨料粒径不宜大于30mm。单打法成桩的混凝土充盈系数应不小于1・0,对于混凝土充盈系数小于1.0的桩，宜全长复打。

灌注混凝土过程中，应设专人制作和保养混凝土试块。试块数量：5〜9桩的群桩承台应取一组，多于9桩的承台取2组，少于5桩的承台按排桩规定取；排桩应每隔10〜15根桩取一组或每台班取一组。

3・1・4拔管 (1)拔管施工要求

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第一次拔管高度应以能容纳第二次所需要灌入的混凝土量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应设专人用测锤检查管内混凝土的下降情况，在测得混凝土确已流出桩管后，才能继续拔管。拔管过程中振动或锤击不得中断，桩管内至少有2m高的混凝土。

(2) 振动拔管操作要点

当混凝土灌满桩管后，先振动5s〜10s，再开始拔管；边振边拔，边补灌混凝土。每拔0.5m~1.0m停止拔管，振动5s〜10s后再继续拔管。如此反复，直至桩管全部拔出。 在一般土层内，拔管速度宜为1.2m/min〜1・5m/min；在软弱土层中，拔管速度宜为0.6m/min〜0・8m/min。用活瓣桩尖时拔管宜慢，用预制桩尖时可适当加快拔管速度。

(3) 锤击拔管操作要点

① 当混凝土灌满桩管后，便可边锤击边拔管，同时补灌混凝土，至直桩管全部拔出。

② 拔管速度要均匀，对一般土层以不大

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于

1m/min为宜，在软弱土层及软硬土层交界处，应控制在0・3m/min〜0・8m/min范围内。

③ 采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min；自由落锤轻击（小落距锤击）不得少于40次/min。在管底未拔出桩顶设计标高之前，倒打和轻打不能中断。

3.2反插法

采用反插法时，桩管灌满混凝土后，先振动再拔管，边振边拔，每次拔管高度0.5m-1・0m，再振动下沉0・3m~0・5m，如此反复，直至全部拔出沉桩管（图8-4-5）。在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1・0m〜1・5m以上;拔管速度应小于0・5m/min,反插深度不宜大于每次拔管高度的3/5。

反插法宜在饱和土层中采用。反插的作用

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面，从而提高桩的承载力；但混凝土耗量较大。

釆用反插法应注意如下事项： ① 在桩端以上的1.5m范围内应多次反插，反插次数不宜少于5次。 ②

桩身反插

■CJ 范围及反插次数应根据地层条件，通过试桩确定。

③ 穿过淤泥夹层时，应当放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度；在流动性淤泥中不宜使用反插法。

3.3复打法

复打法施工等于两次单打，即在单打拔出沉桩管后，在原桩位再次沉管至设计孔深，再次灌注混凝土，并按单打法拔管（图8-4-6）。复打前先重新捆绑桩尖或第二次安放桩尖，复打施工过程与单打法相同。用复打法能扩大桩径，提高桩的承载力。处理充盈系数小于1・0的桩时，应采用全复打。处理断桩、缩颈可釆用局部复打的办法，复打深度必须超过断桩或缩颈段1・0m以上。复打法在淤泥层中的扩孔效果较好，

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在密实砂土层中的扩孔效果较差。釆用复打法时应注意下列事项：

① 第一次灌注混凝土应达到自然地面。

② 随拔管随清除粘在管壁上和散落在地 面的泥土。

③ 前后二次沉管的轴线应重合。 ④ 复打施工必须在第一次灌注混凝土初凝之前完成。

⑤ 当沉管桩设计有钢筋笼时，钢筋笼应在:后一次复打到桩底时放置。 3.4安装钢筋笼

当桩身配置钢筋笼时，第一次灌注的混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼（钢筋笼长度不大于4.5m），再灌注混凝土至设计标高。为保证钢筋笼在桩内的保护层厚度满足设计要求，钢筋笼制作时，在钢筋笼的外测加焊导向筋（见本章第七节钢筋笼制作）。

放入钢筋笼有四种方法：

① 在混凝土进料口上方的桩管上留有长槽，

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钢筋笼从长槽中插入；

② 卸下振动器，从桩管上口插入钢筋笼；

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③ 振动器的两根偏心轴分别由两台电动机带动，振动器中间有大通孔，从振动器上方插入；

④ 拔管排水后从桩管底部插入。 3.5施工顺序

排桩基础应由中间向外打，或向后退打。群桩基础应制定不影响邻桩质量的技术措施，每一承台的桩应在混凝土初凝之前施工完

毕。

为了防止打入桩管时的挤土作用影邻桩的质量，当桩的中心距小于桩管外径的3.5倍时，单桩的沉管作业必须在邻桩混凝土初凝前完成；否则应采取间隔跳打的方法进行施工，中间桩需待邻桩混凝土强度达到设计强度的50%以后方可施工。桩机移位时不得压桩。

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82

图8-4-5反插法施工程序图

a.b.c.d.e.f.

桩管就位沉管下设钢筋笼灌注混凝土拔管和反插桩管排出

图8-4-6复打法施工程序图

b・c・d.

a.桩管就位沉管、灌注混凝土拔管重置桩尖复打

f

d下设钢筋笼

•再次灌注混凝土

g

•再次拔管

4常见质量事故及预防

沉管灌注桩常见的质量事故的发生原因及其预防措施见表8-4-5。

表8-4-5沉管灌注桩常见质量事故的预防措施 名称 事故原因 1. 含水量高的淤泥质软土层在沉管时受到振动、挤压后，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后作桩身 用到新浇筑的混凝土桩身上； 缩径 2. 拔管过快，孔隙水压力来不及扩散； 3. 桩管内的混凝土过少，混凝土自重压力不够。 预防措施 1. 控制拔管速度，采用反插法施工； 2. 拔管时多灌混凝土，管内的混凝土面始终高于地面，或高于地下水位1.5m以上； 3. 控制混凝土坍落度在8.0cm10cm范 围内。 4. 混凝土的和易性不好。 82

1. 桩距大于3.5倍桩径，或采用跳打加大桩的施工间距； 1. 桩距过小，混凝土终凝不久，强度不高，临桩2. 在邻桩混凝土终凝之前，将影响范围内沉管时受到振动和挤压造成断桩； 断桩 面，使孔壁的泥土塌入孔内造成断桩； 的桩施工完毕； 2. 打长桩时混凝土加料不及时，桩管拔离混凝土3. 随时监测管内混凝土面深度，严格控制拔管速度和拔管时间，防止拔离混凝土； 3. 地下水位过高，桩管与桩尖之间封底不当，使4. 合理安排桩机的行走路线； 地下水进入桩管，造成混凝土严重离析，使桩身失5. 混凝土面高于地下水位1.5m左右，防去整体性而造成断桩。 止地下水进入桩管； 6. 在沉管过程中防止桩尖与桩管脱离或离开孔底，并灌入1m高混凝土封底。 1. 混凝土桩尖强度不够，被打碎进入桩管，水和1. 严格控制和检查混凝土桩尖的强度； 泥土挤进桩管，与灌入的混凝土混合而成松散软2. 沉管时用吊铊检査桩尖是否缩入管内；悬桩（吊脚桩） 弱层； 如果是，及时拔出更换新的桩尖，或将桩2. 在使用活瓣桩尖时，沉管到底后被周围土体包孔回填，重新沉管； 裹而打不开，或拔至一定高度时才打开，而此时孔3. 在地下水位较高的地层施工时，尽量不底部已被孔壁回落的泥土填塞而形成悬桩； 采用活瓣桩尖，而使用混凝土预制桩尖； 3. 封底混凝土高度不足以抵抗地下水的侵入，而4. 增加桩管内混凝土量，使桩管内混凝土使混凝土离析造成悬桩。 高于地下水位2.0m以上。 82