建筑施工之鋼樁7-2-8-1 鋼管樁在我國沿海及內陸沖積平原地區，土質常為很厚（深達5060m）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）樁長易于調節。可根據需要采用接長或切割的辦法調節樁長；（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濟分析比較。1鋼管樁構造、型式及規格鋼管樁的管材，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樁，一根下節樁和若干根中節樁組合而成，每節的長度一般為13m或15m，各節樁的構造、型式如圖7-90。圖7-90 鋼管樁的構造型式（a）下節樁；（b）中節樁；（c）上節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406.42032.0mm，壁厚自625mm不等，常用鋼管樁的規格、性能見表7-92，應根據工程地質、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。國內常用的有406.4mm、609.6mm和914.4mm等幾種，壁厚用10、11、12.7、13mm等幾種。一般上、中、下節樁常采用同一壁厚。有時，為了使樁頂能承受巨大的錘擊應力，防止徑向失穩，可把上節樁的壁厚適當增大，或在樁管外圈加焊一條寬200300mm、厚612mm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406.4914.4mm鋼管，高度為200300mm，厚度612mm。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格 表7-92鋼管樁尺寸重量面積斷面特性外徑（mm）厚度（mm）內徑（mm）（kg/m）（m/t）斷面積（cm2）外包面積外表面積（m2/m）斷面系數（cm3）慣性矩（cm4）慣性半徑（cm）（m2）406.49388.488.211.34112.40.1301.281091022210214.112382.41178.55148.71421028910214.050894901119.011410.2031.601731043910217.6124841476.8187.02261057510217.5144801715.85217.32611066310217.5609.69591.61337.52169.80.2921.922511076610221.212585.61775.65225.33301010110321.114581.62064.85262.03811011610321.116577.62344.27298.44321013210321.0711.29693.21566.41198.50.3972.233441012210324.812687.22074.83263.64531016110324.714683.22414.15306.65241018610324.716679.22743.65349.45941021210324.6812.89794.81785.62227.30.5192.554521018410328.412788.82374.22301.95961024210328.314784.82763.62351.36901028010328.216780.83143.18400.57821031810328.2914.412890.43113.75340.20.5672.877581034610331.914886.43513.22396.08781040110331.816882.44202.85451.69971045610331.819876.42972.38534.511710253610331.71016129923463.37378.50.8113.199391047710335.5149883952.89440.710910255310335.4169844672.53502.712410262810335.4199783112.14595.414610274010335.2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610mm（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工程地貌、地質、配套錘的型號、外型尺寸、重量、樁的材質、規格及埋入深度、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，可作全向轉動，導桿垂直度可全方位調節，錘、導桿可自由上下移動，可作各種角度微調，打樁精度較高，整機穩定性好，操作方便、安全，工效較高等優點。但對場地要求較高，要鋪填厚1030cm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）406.4609.6914.4錘型2535級3545級6072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，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，一般采取先打樁后挖土的施工法。它的施工順序是：現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）；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，在打樁機回轉半徑范圍內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調施工。5樁的運輸與吊放鋼管樁可由平板拖車運至現場，用吊車卸于樁機一側，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914.4mm鋼管樁）打樁時，先用兩臺經緯儀，架設在樁架的正面及側面，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12m，再次校正垂直度后正式打樁。當沉至某一深度并經復核沉樁質量良好時，再行連續打擊，至樁頂高出地面6080cm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。若開始階段發現樁位不正或傾斜，應調正或將鋼管樁拔出重新插打。7接樁鋼管樁每節長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，質量好，焊接變形小，適應全位置焊接，操作方便等優點。焊絲采用日SAN-53自動保護焊絲，直徑3.2和2.4mm，由焊機的送絲機構自動送絲，靠人工手把（焊槍）焊接。焊接前，應將下節樁管頂部變形損壞部分修整，上節樁管端部泥砂、水或油污清除；鐵銹用角向磨光機磨光，并打焊接剖口。將內襯箍放置在下節樁內側的擋塊上（圖7-96），緊貼樁管內壁并分段點焊，然后吊接上節樁，其坡口擱在焊道上，使上下節樁對口的間隙為24mm，再用經緯儀校正垂直度，在下節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15min，再行錘擊打樁。圖7-96 鋼管樁接頭焊接1-鋼管樁上節；2-鋼管樁下節；3-內襯箍；4-銅夾箍；5-擋塊，（30mm30mm12mm）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-鋼管樁內徑；ad100mm；bd20mm；cD40mm9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，至一定高度（一般為1/31/2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1/31/2；當持力層厚時，以最后十次錘擊每擊的貫人量S2mm為限；當持力層堅固時，打入12倍樁徑的深度；當持力層不大堅固時，打入樁徑510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35倍，以滿足其土塞效應。（2）錘擊樁頂時對樁產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的錘擊數在1500擊以下（總錘擊數不超過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0.51.0mm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錘擊數和每根樁的總錘擊數等綜合判定。寶鋼停打標準：在滿足下列條件之一時即可停打，貫入度S4mm/擊；最后1m錘擊數250擊；每根樁的總錘擊數N2500擊。變通條件：如果必保深度達不到，則必須控制S3mm。打樁時要作好原始記錄，記錄樁號、打樁日期、樁錘型號、樁規格、打入深度、焊接質量情況、錘擊次數、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的任意深度，靠風動頂針裝置固定在鋼管樁內壁，割嘴按預先調整好的間隙進行回轉切割。割出短樁頭，用圖7-98所示內脹式拔樁裝置，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812根20mm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的精割，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，將樁頭嵌入承臺內的長度不小于1d（d鋼管樁外徑）長度，或僅嵌入承臺內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常遇問題產生原因防治措施及處理方法樁達不到設計標高或沉樁困難1樁錘大小與樁的形狀、斷面和地層不匹配2樁帽和錘墊選擇不當，打擊能量損失太大3遇地下障礙物或樁側摩阻力很大或土的密度很高或樁距過小4選用的閉口樁沉樁阻力過大；或遇到堅硬土夾層；或樁端持力層深度與勘察報告不符需更換合適的樁錘更換合適的樁帽和錘墊清除障礙物；更換合適的樁錘；增大樁距改變樁斷面，或樁端形狀，或改換開口樁；采用植樁法，或中掘工法；變更設計樁長樁身破損1起吊時破損2打樁時遇地下障礙物，使樁身破損修復或更換原則上更換，但如在打樁終了樁身破損而破損度低，從設計上判斷還能用，可在管內灌滿混凝土樁頂破損樁帽和錘墊不合適，或遇到地下障礙物如僅僅是樁頂破損，且破損部分長度在1m左右，可挖出樁頂，加入補強筋并灌筑混凝土；破損部分長度較大時更換新樁樁身座屈（失穩）1壁厚過小；或樁頂未補強或補強不足2遇到硬夾層過打；或偏打增大壁厚，增加補強環和加勁板采用植樁法，或中掘工法；樁帽與樁徑匹配；盡量不采用送樁樁端破損遇地下障礙物過打補樁打樁偏心或垂偏過大1鋼管樁架立不正2樁帽與樁身不在同一直線上3送樁筒與樁頂接觸不良4遇橫向障礙物及時調正調正樁帽使兩者接觸面平整障礙物不深時，可挖除回填后再打承載力不夠1實際的樁端持力層比原勘察評定的深2大直徑開口樁的閉塞效果不明顯繼續施打，打進樁端持力層在樁端增加十字肋等以增加閉塞效果未焊透1焊根間隔狹窄2焊接速度太快或太慢3焊接電流低4焊槍角度及目標位置不合適確保焊根間隔14mm焊接速度合適，不使焊渣先行使用500A電源時，考慮其使用率，使最大電流為450A，則恰當將焊槍保持2030角度，以使內墊環能充分熔化夾渣1焊渣未完全清除就焊2焊條運行速度太慢3采用焊槍前進法焊接時應將前層的焊渣完全除掉稍增大電流，保持焊渣不先行的速度采用焊槍后退法（045）法焊接搭疊1焊接電流過低2焊條運行速度太慢增大焊接電流和焊條運行速度加快焊接速度裂紋1接頭處混入水分、雜物2熱影響區硬化脆化，或焊線吸濕3焊條、焊絲受潮狀態下使用焊接前清掃坡口，將水分，泥土，油脂，垃圾、鐵銹等徹底除掉焊前進行預熱，平時好好保管，用時將焊線再干燥干燥后再使用14質量要求及驗收（1）施工前應對進入現場的成品鋼樁、電焊條作質量檢驗，成品樁的質量標準見表7-95。成品鋼樁質量檢驗標準 表7-95項序檢查項目允許偏差或允許值檢查方法單位數值主控項目1鋼樁外徑或斷面尺寸：樁端樁身0.5%D1D用鋼尺量，D為外徑或邊長2矢高1/1000l用鋼尺量，l為樁長一般項目1長度mm10尺量2端部平整度mm2水平尺量3H鋼樁的方正度h300h300mmmmTT8TT6用鋼尺量，h、T、T見圖示4端部平面與樁中心線的傾斜值mm2水平尺量（2）施工中應檢查鋼樁的垂直度、沉入過程情況、電焊連接質量、電焊后的停歇時間，樁頂錘擊后的完整狀況。電焊質量除常規檢查外，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）鋼樁施工質量檢驗標準如表7-96所示。鋼樁施工質量檢驗標準 表7-96項序檢查項目允許偏差或允許值檢查方法單位數值主控項目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范按基樁檢測技術規范一般項目1電焊接樁焊縫：（1）上下節端部錯口（外徑700mm）mm3用鋼尺量（外徑700mm）（2）焊縫咬邊深度（3）焊縫加強層高度（4）焊縫加強層寬度mmmmmmmm20.522用鋼尺量焊縫檢查儀焊縫檢查儀焊縫檢查儀（5）焊縫電焊質量外觀無氣孔、無焊瘤、無裂縫直觀（6）焊縫探傷檢驗滿足設計要求按設計要求2電焊結束后停歇時間min1.0秒表測定3節點彎曲矢高1/1000l用鋼尺量（l為兩節樁長）4樁頂標高mm50水準儀5停錘標準設計要求用鋼尺量或沉樁記錄7-2-8-2 H型鋼樁H型鋼樁系采用鋼廠生產的熱軋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型鋼樁的規格H型鋼樁常用規格如表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型鋼樁常用規格表 表7-97簡圖H型鋼樁規格hb（mmmm）每米重量（kg/m）尺寸hbaer（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）HP200200HP2502504320020599105320420711.311.3105324325499136224625610.510.7138525426014.414.413HP310310642953049915792993061111159330330813.113.11511030831015.415.51512531231217.417.415HP3603708434036710101510834637012.812.81513235137315.615.61515235637617.917.91517436137820.420.415HP360410105344384121215122348390141415140352392161615158356394181815176360396202015194364398222215213368400242415231372402262615H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端部平面與樁中心線的傾斜值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定（約束）裝置的即可；電焊機可采用