1、振动沉管灌筑桩施工方案振动沉管灌筑桩系用振动沉桩机将带有活瓣式桩尖或钢筋混凝土桩预制桩靴的桩管（上部开有加料口），利用振动锤产生的垂直定向振动和锤、桩管自重及卷扬机通过钢丝绳施加的拉力，对桩管进行加压，使桩管沉入土中，然后边向桩管内灌筑混凝土，边振边拔出桩管，使混凝土留在土中而成桩。其工艺特点是：能适应复杂地层；能用小桩管打出大截面桩（一般单打法的桩截面比桩管扩大30%；复打法可扩大80%；反插法可扩大50%左右），使有较高的承载力；对砂土，可减轻或消除地层的地震液化性能；有套管护壁，可防止坍孔、缩孔、断桩，桩质量可靠；对附近建筑物的振动影响以及噪声对环境的干扰都比常规打桩机小；能沉能拔，施工2、速度快，效率高，操作简便，安全，同时费用比较低，比预制桩可降低工程造价30%左右。但由于振动会使土体受到扰动，会大大降低地基强度，因此，当为软粘土或淤泥及淤泥质土时，土体至少需养护30d；砂层或硬土层需养护15d，才能恢复地基强度。适用于在一般粘性土、淤泥、淤泥质土、粉土、湿陷性黄土，稍密及松散的砂土及填土中使用；但在坚硬砂土、碎石土及有硬夹层的土层中，因易损坏桩尖，不宜采用。1工艺原理振动锤（激振器）本身是一个大振动器，箱体内装有两根轴，齿轮和偏心块在同一箱体内，以同一速度相向旋转，偏心块旋转时产生离心力（激振力），当旋转至水平位置时离心力抵消，旋转至垂直位置时，则离心力叠加，产生垂直方向的3、高频率往复振动，土体受到桩管传来的强迫振动后，内摩擦力减弱，强度降低；当强迫振动频率与土体的自振频率相同时，土体结构局部便因共振而引起破坏，在桩管自重和卷扬机加压作用下，使桩管缓慢沉入土中，并挤压、振密桩周一定范围内的土层；同时在拔管时，因机械振动作用，又振密灌筑在桩孔内的混凝土，使其与钢筋笼、桩端及桩周土紧密接触，以保证足够的成桩直径和成桩质量。2机具设备与材料要求主要机具设备包括：DZ60或DZ90型振动锤、DJB25型步履式桩架、卷扬机、加压装置、桩管、桩尖或钢筋混凝土预制桩靴等。桩管直径为220370mm、长1028m。常用振动沉桩锤的技术性能见表1和表2，配套机具设备有：下料斗、1t4、机动翻斗车、J1-400型混凝土搅拌机、钢筋加工机械、交流电焊机（32kVA）、氧割装置等。电动振动锤的技术性能 表1型号电机功率（kW）偏心力矩（Nm）偏心轴转速（r/min）激振力（kN）空载振幅（mm）容许拔桩力（kN）桩锤全高（mm）桩锤振动重力（kN）导向中心距（mm）DZ15155016660015006712530.60160022.00330DZ3030100375500150010425130.80200030.00330DZ4040133500500150013933541.00230036.00330DZ6060200750500150020950341.602700505、.00330D2909050024004001100429697552.40340070.00330DZ1201207002800400110050182883.00380090.00600DZ15015010003600400110064494783.004200110.00600DZF40Y4003180-14.525.613.51.00310034.00-注：桩锤全高不包括夹桩器和钢丝绳悬挂式隔振装里；桩锤重量不包括夹桩器和配重。振动锤用DJ型打桩架技术性能 表2项目DJ20J型DJ25J型DJB25型DJB60型沉桩最大深度（m）20252026沉桩最大直径（m）400500500606、0最大加压力（kN）100160-最大拔桩力（kN）200300250350配用振动锤最大功率（kW）4060立柱允许前倾最大角度（）101059立柱允许后倾最大角度（）5553主卷扬机最大牵引力（kN）3050-主卷扬机功率（kW）1117-外形尺寸（长宽高）（m）9.610251010309.87.024.513.56.135重量（不包括锤）（t）17.5203060注：DJ20J、DJ25J型由浙江振中机械厂生产；DJB25、DJB60型由甘肃兰州建筑通用机械总厂生产。混凝土材料：混凝土强度等级不低于C15。水泥用强度等级32.5或42.5普通水泥；碎石或卵石粒径不大于40mm，含泥量小7、于3%；砂用中、粗砂，含泥量小于5%，混凝土坍落度为810cm。3施工工艺方法要点（1）振动沉管灌筑桩成桩工艺如图1。成桩过程为：桩机就位：将桩管对准桩位中心，桩尖活瓣合拢，放松卷扬机钢绳，利用振动机及桩管自重，把桩尖压入土中；沉管：开动振动箱，桩管即在强迫振动下迅速沉入土中。沉管过程中，应经常探测管内有无水或泥浆，如发现水或泥浆较多，应拔出桩管，用砂回填桩孔后重新沉管；如发现地下水和泥浆进人套管，一般在沉入前先灌入1m高左右的混凝土或砂浆，封住活瓣桩尖缝隙，然后再继续沉入。沉管时，为了适应不同土质条件，常用加压方法来调整土的自振频率，桩尖压力改变可利用卷扬机把桩架的部分重量传到桩管上加压，并8、根据桩管沉入速度，随时调整离合器，防止桩架抬起发生事故；上料：桩管沉到设计标高后，停止振动，用上料斗将混凝土灌入桩管内，混凝土一般应灌满桩管或略高于地面；拔管：开始拔管时，应先启动振动箱片刻，再开动卷扬机拔桩管。用活瓣桩尖时宜慢，用预制桩尖时可适当加快；在软弱土层中，宜控制在0.60.8m/min并用吊砣探测得桩尖活瓣确已张开，混凝土已从桩管中流出以后，方可继续抽拔桩管，边振边拔，桩管内的混凝土被振实而留在土中成桩，拔管速度应控制在1.21.5m/min。图1 振动沉管灌筑桩成桩工艺（a）桩机就位；（b）沉管；（c）上料；（d）拔出桩管；（e）在桩顶部混凝土内插入短钢筋并灌满棍凝土1-振动锤；9、2-加压减振弹簧；3-加料口；4-桩管；5-活瓣桩尖；6-上料斗；7-混凝土桩；8-短钢筋骨架（2）拔管方法根据承载力的不同要求，可分别采用以下方法：1）单打法，即一次拔管。拔管时，先振动510s，再开始拔桩管，应边振边拔，每提升0.5m停拔，振510s后再拔管0.5m,再振510s，如此反复进行直至地面。2）复打法。在同一桩孔内进行两次单打，或根据需要进行局部复打。成桩后的桩身混凝土顶面标高应不低于设计标高500mm。全长复打桩的入土深度宜接近原桩长，局部复打应超过断桩或缩颈区1m以上。全长复打时，第一次浇筑混凝土应达到自然地面。复打施工必须在第一次浇筑的混凝土初凝之前完成，应随拔管随清除粘10、在管壁上和散落在地面上的泥土，同时前后两次沉管的轴线必须重合。3）反插法。先振动再拔管，每提升0.51.0m,再把桩管下沉0.30.5m（且不宜大于活瓣桩尖长度的2/3），在拔管过程中分段添加混凝土，使管内混凝土面始终不低于地表面，或高于地下水位1.01.5m以上，如此反复进行直至地面。反插次数按设计要求进行，并应严格控制拔管速度不得大于0.5m/min。在桩尖的1.5m范围内，宜多次反插以扩大端部截面。在淤泥层中，清除混凝土缩颈，或混凝土浇筑量不足，以及设计有特殊要求时，宜用此法；但在坚硬土层中易损坏桩尖，不宜采用。（3）在拔管过程中，桩管内的混凝土应至少保持2m高或不低于地面，可用吊砣探测11、，不足时及时补灌，以防混凝土中断形成缩颈。每根桩的混凝土灌筑量，应保证达到制成后桩的平均截面积与桩管端部截面积的比值不小于1.1。（4）当桩管内混凝土浇至钢筋笼底部时，应从桩管内插入钢筋笼或短筋，继续浇筑混凝土。当混凝土灌至桩顶，混凝土在桩管内的高度应大于桩孔深度；当桩尖距地面6080cm时停振，利用余振将桩管拔出。同时混凝土浇筑高度应超过桩顶设计标高0.5m，适时修整桩顶，凿去浮浆后，应确保桩顶设计标高及混凝土质量。（5）振动灌筑桩的中心距不宜小于桩管外径的4倍，相邻的桩施工时，其间隔时间不得超过水泥的初凝时间，中途停顿时，应将桩管在停顿前先沉入土中，或待已完成的邻桩混凝土达到设计强度等级的12、50%方可施工；桩距小于3.5d（d桩直径）时，应跳打施工。（6）遇有地下水，在桩管尚未沉入地下水位时，即应在桩管内灌入1.5m高的封底混凝土，然后桩管再沉至要求的深度。（7）对于某些密实度大，低压缩性，且土质较硬的粘土，一般的振动沉拔桩机难于把桩管沉入设计标高。遇此情况，可用螺旋钻配合，先用螺旋钻钻去部分较硬的土层，以减少桩管的端头阻力，然后再用振动沉管的施工工艺，将桩管沉入设计标高。这样形成“半钻半打”工艺。根据实践，桩的承载力与全振动沉管灌筑桩相近，同时可扩大已有设备的能力，减少挤土和对邻近建构筑物的振动影响。4施工常遇问题及预防处理方法（表3）振动沉管灌筑桩施工常遇问题及预防、处理方法13、 表3名称、现象产生原因预防措施与处理方法缩颈（瓶颈）（浇筑混凝土后的桩身局部直径小于设计尺寸）1在地下水位以下或饱和淤泥或淤泥质土中沉桩管时，土受强制扰动挤压，土中水和空气未能很快扩散，局部产生孔隙压力，当套管拔出时，混凝土强度尚低，把部分桩体挤成缩颈2在流塑淤泥质土中，由于下套管产生的振动作用，使混凝土不能顺利地灌入，被淤泥质土填充进来，而造成缩颈3桩身间距过小，施工时受邻桩挤压4拔管速度过快，混凝土来不及下落，而被泥土填充5混凝土过于干硬或和易性差，拔管时对混凝土产生摩擦力或管内混凝土量过少，混凝土出管的扩散性差，而造成缩颈施工时每次向桩管内尽量多装混凝土，借其自重抵消桩身所受的孔隙水压14、力，一般使管内混凝土高于地面或地下水位1.01.5m，使之有一定的扩散力；桩间距过小，宜用跳打法施工；沉桩应采取“慢抽密击（振）”；桩拔管速度不得大于0.81.0m/min；桩身混凝土应用和易性好的低流动性混凝土浇筑桩轻度缩颈，可采用反插法，每次拔管高度以1.0m为宜；局部缩颈宜采用半复打法；桩身多段缩颈宜采用复打法施工断桩、桩身混凝土坍塌（桩身局部残缺夹有泥土，或桩身的某一部位混凝土坍塌，上部被土填充）1桩下部遇软弱土层，桩成型后，还未达到初凝强度时，在软硬不同的两层土中振动下沉套管，由于振动对两层土的波速不一样，产生了剪切力把桩剪断2拔管时速度过快，混凝土尚未流出套管，周围的土迅速回缩，形15、成断桩3在流态的淤泥质土中，孔壁不能自立，浇筑混凝土时，混凝土密度大于流态淤泥质土，造成混凝土在该层中坍塌4桩中心距过近，打邻桩时受挤压（水平力及抽管上拔力）断裂，混凝土终凝不久，受振动和外力扰动采用跳打法施工，跳打应在相邻成形的桩达到设计强度的60%以上进行；认真控制拔管速度，一般以1.21.5m/min为宜；对于松散性和流态淤泥质土，不宜多振，以边振边拔为宜已出现断桩，采用复打法解决；在流态的淤泥质土中出现桩身混凝土坍塌时，尽可能不采用套管护壁灌筑桩；控制桩中心距大于3.5倍桩直径；混凝土终凝不久避免振动和扰动；桩中心过近，可采用跳打或控制时间的方法拒落（灌完混凝土后拔管时，混凝土不从管底16、部流出，拔至一定高度后，才流出管外，造成桩的下部无混凝土或混凝土不密实）1在低压缩性粉质粘土层中打拔管桩，灌完混凝土开始拔管时，活瓣桩尖被周围的土包围压住而打不开，使混凝土无法流出而造成拒落2在有地下水的情况下，封底混凝土过干，套管下沉时间较长，在管底形成“塞子”堵住管口，使混凝土无法流出3预制桩头混凝土质量较差，强度不够，沉管时桩头被挤入套管内阻塞混凝土下落根据工程和地质条件，合理选择桩长，尽量使桩不进入低压缩性土层；严格检查预制桩头的强度和规格，防止桩尖在施工时压入桩管；在有地下水的情况下，混凝土封底不要过干，套管下沉不要过长，套管沉至设计要求后，应用浮标测量预制桩尖是否进入桩管，如桩尖进17、入桩管，应拔出处理，浇筑混凝土后，拔管时应用浮标经常观测测量，检查混凝土是否有阻塞情况；已出现拒落，可在拒落部位采用翻插法处理桩身夹泥（桩身混凝土内存在泥夹层，使桩身截面减小或隔断）1在饱和淤泥质土层中施工，拔管速度过快，混凝土骨料粒径过大，坍落度过小，混凝土还未流出管外，土即涌入桩身，造成桩身夹泥2采用翻插法时，翻插深度太大，翻插时活瓣向外张开，使孔壁周围的泥挤进桩身，造成桩身夹泥3采用复打法时，套管上的泥土未清理干净，而带入桩身混凝土内在饱和淤泥质土层中施工，注意控制拔管速度和混凝土骨料粒径（30mm）、坍落度（57cm），拔管速度以0.81.0m/min较合适；混凝土应搅拌均匀，和易性要18、好，拔管时随时用浮标测量，观察桩身混凝土灌入量，发现桩径减小时，应采取措施；采用翻插法时，翻插深度不宜超过活瓣长度的2/3；复打时，在复打前应把套管上的泥土清除干净桩身下沉（桩成形后，在相邻桩位下沉套管时，桩顶的混凝土，钢筋或钢筋笼下沉）1新浇筑的混凝土处于流塑状态，由于相邻桩沉入套管时的振动影响，混凝土骨料自重沉实，造成桩顶混凝土下沉，土塌入混凝土内2钢筋的密度比混凝土大，受振动作用，使钢筋或钢筋笼沉入混凝土在桩顶部分采用较干硬性混凝土；钢筋或钢筋笼放入混凝土后，上部用钢管将钢筋或钢筋笼架起，支在孔壁上，可防止相邻桩振动时下沉；指定专人铲去桩顶杂物、浮浆，重新补足混凝土超量（浇筑混凝土时，混19、凝土的用量比正常情况下大一倍以上）1在饱和淤泥质软土中成桩，土受到扰动，强度大大降低，由于混凝土对土壁侧压力作用，而使土壁压缩，桩身扩大2地下遇有土洞、坟坑、溶洞、下水道、枯井、防空洞等洞穴在饱和淤泥质软土层中成桩；宜先打试验桩，如发现混凝土用量过大，应与设计单位研究改用其他桩型；施工前应通过钎探了解工程范围内的地下洞穴情况，如发现洞穴，预先挖开或钻孔，进行填塞处理，再行施工桩达不到最终控制要求（桩管下沉沉不到设计要求的深度）1遇有较厚的硬夹层或大块孤石、混凝土块等地下障碍物2实际持力层标高起伏较大，超过施工机械能力，桩锤选择太小或太大，使桩沉不到或沉过要求的控制标高3振动沉桩机的振动参数（如20、激振力、振幅、频率等）选择不合适，或因振动压力不够而使套管沉不下去4套管细长比过大，刚度较差，在沉管过程中，产生弹性弯曲而使锤击或振动能量减弱，不能传至桩尖处认真勘察工程范围内的地下硬夹层及埋设物情况，遇有难以穿透的硬夹层，应用钻机钻透，或将地下障碍物清除干净；根据工程地质条件，选用合适的沉桩机械和振动参数，沉桩时，如因正压力不够而沉不下去时可用加配重或加压的办法来增加正压力；锤击沉管时，如锤击能力不够，可更换大一级的锤；套管应有一定的刚度，细长比不宜大于40桩尖进水、进泥砂（套管活瓣处涌水或泥砂进入桩管内）1地下涌水量大，水压大2沉桩时间过长3桩尖活瓣缝隙大或桩尖被打坏地下涌水量大时，桩管应21、用0.5m高水泥砂浆封底，再灌1m高混凝土，然后沉入；少量进水（20cm）可在灌第一槽棍凝土酌减用水量处理；沉桩时间不要过长；桩尖损坏，不密合，可将桩管拔出，桩尖活瓣修复改正后，将孔回填，重新沉入吊脚桩（桩下部混凝土不密实或脱空，形成空腔）1桩尖活瓣受土压实，抽管至一定高度才张开2混凝土干硬，和易性差，下落不密实，形成空隙3预制桩尖被打碎缩入桩管内泥砂与水挤入管中为防止活瓣不张开，可采取“密振慢抽”方法，开始拔管50cm，可将桩管反擂几下，然后再正常拔管；混凝土应保持良好和易性，坍落度应不小于57cm；严格检查预制桩尖的强度和规格，防止桩尖打碎或压入桩管 核工业志诚建设工程总公司云南省烟草公司22、普洱市公司烟叶科技中心建设工程项目部2011年10月22日振动沉拔桩机安全技术交底1作业人员必须熟悉桩机构造、性能和安全操作知识，遵守安全操作规程和安全生产十大纪律。 2施工现场应平整压实，坡度不大于1%，地耐力不小于83kPa，在基坑和围堰内打桩，要配备足够的排水设备，保证电源供电容量符合规定，启动时电压降不得超过额定电压的10%。 3现场电源电线、电箱拉接应正确牢靠，三相五线和保险丝均符合规范要求，接地电阻值应小于4，触电保护器灵敏有效，并有防雨措施。 4作业前应测定电机绝缘电阻不得小于0.5m。电线无老化、破皮、漏电现象，电源和液压控制系统仪表指示正常灵敏。 5检查振动锤、减振器与连接螺23、栓螺母的紧固性，不准在螺栓松动或缺少的状态下启动。 6检查每根传动带的松紧程度，进行调整，超过张紧轮转调整量时，应更换。 7检查振子箱中的油位应在规定范围内，不得在缺油或超油位状态下启动。 8检查桩锤夹具并进行试夹，无钢板垫时不得试夹。当夹具上夹齿的磨损超过规定时，应予更换或拆下补焊。使用液压夹具时系统的压力应正常，无泄漏，操纵杆件灵活，制动安全可靠。 9用吊车悬挂振动锤时，吊钩应有保险装置，振动锤悬挂钢架的耳环上，必须装有保险钢丝绳。 10启动振动锤时，应监视启动电流、电压，一次启动时间不超过10s，启动困难时应查明原因，排除故障后，才能继续启动。启动后，应待电流降到正常值才能转到运转位置。24、严禁雨天在无防雨设施时启动。 11振动锤启动运转后，必须等待振幅达到有关的技术性能规定，才能作业。 12夹具夹桩后，操作人员应监视油压表，压力保持在规定范围内，才能进行沉、拔桩。 13在沉桩中不能取下吊桩钢丝绳，拔桩时应在桩上拴好吊装钢丝绳后，才能松开夹具。 14沉桩时，应保持导轨与桩的垂直度，偏斜不能超过2。 15作业中，如果电流急剧上升时，应停止运转，排除故障后，才能继续作业。 16桩机行走、回转、对桩位时必须有专人指挥。 17吊振动锤、吊料、吊桩、行走和回转等动作，严禁两个以上动作同时进行。 18振动沉、拔桩时，禁止任何人在机架下面站立停留或通行。 19由偏心块激振的打桩机，应先调好偏心25、块，检查各部位联接情况是否安全，并清除箱内余物后，才能试车。 20在作业中，应保持振动锤减振装置各磨擦部位的润滑良好。 21振动拔桩时，应垂直向上，边振边拔。当桩尖距地面剩12m时，应立即停止振动，用起重机起拔。 22振动打桩机沉箱上的电缆接头，应注意经常检查绝缘是否良好，在无松脱。通过道口的电缆必须用套管埋入土中。 23振动沉桩加压时，司机应随时注意是否正常，前轮离地时应立即减去加压，防止反绕钢丝绳，加压轮或轮轴折断。 24装拆套管或在沉箱上作业时，必须切断沉箱的电源。 25遇雷、雨、雪、雾和风速六级以上恶劣气候时，应停止作业。风速超过七级时，应将桩机迎风向停置，将桩管沉入土中3m以下或将振动锤放到地面，并增加缆风绳。必要时，应将桩架放倒。桩机必须采取防雷措施，遇雷电时，人员必须远离桩机。暴风雨后，必须进行一次全面检查。 26作业后，应将桩管沉入土中3m以下，或将振动锤放到地面，切断桩机的电源，使全部制动生效，长期停机时，应将桩机停放在坚实平整的地面上，振动锤必须落下垫起，并采取防雨措施。 27作业后，必须拉闸切断电源，锁好开关箱，并用防雨布将操纵箱遮盖好。核工业志诚建设工程总公司云南省烟草公司普洱市公司烟叶科技中心建设工程项目部2011年10月22日