学文网〔摘要〕本文通过笔者的实际工作经验，系统的介绍混凝土预制桩打桩施工中桩锤的选用及施工中应注意的事项 。
〔关键词〕筒式柴油锤；选择；改进
目前打预制混凝土预制方桩或管桩选用桩锤以筒式柴油锤为主。
一、选用柴油锤的优、缺点
1、采用柴油锤锤击法施工预制方桩或管桩，由于设备重量轻，对施工场地的土质的地耐力（承载力）的要求低，通过性能相对较好；
2、 筒式柴油锤整机重量轻，运输方便容易。进出场费用低；
3、 筒式柴油锤施打桩，在基坑中施工可减少土方开挖工作量，节约投资;
4、 筒式柴油锤施打管桩由于采用的是冲击载荷，桩能穿透较厚的粗砂、圆砾和强风化岩层，对入土深度或持力层有要求的工程施工有更大的保证；
5、 由于柴油锤施工时噪音大，液压锤已在我国逐步开始生产和应用，但我国生产的液压锤数量较少，价格也较贵，目前还不能代替柴油锤。二、柴油打桩锤的选择
柴油锤爆发力强，锤击能量大，工效高，锤击作用时间比自由落锤作用时间长，因此锤击应力相对低一些，冲击体冲击距离（落距）随沉桩阻力的大小而自动调整，比较适合于预制方桩或管桩的施打。柴油锤分导杆式和筒式两种。筒式柴油锤是利用锤芯（上活塞或冲击体）往复运动进行锤击打桩；而导杆式柴油锤是活塞固定、缸体往复运动作为冲击体进行锤击打桩，因其锤击能量小、使用寿命短已逐渐被淘汰。现在广泛应用的是筒式柴油打桩锤。特别是近几年生产的筒式柴油锤，供油油门分4档，1档最小，4档最大，打桩时一般启用2-3档，操作者容易掌握，捶击能量也比较容易估算。
1、打桩锤的选择是个复杂的问题，需要考虑多方面的因素。衡量打桩锤选择的合理性，主要标志是：
1．1、能保证桩的承载力满足设计要求；
1．2、能顺利或基本顺利地将桩下沉到设计深度；
1．3、打桩的破损率能控制在1%左右，最多不超过3%；
1.4、满足设计要求的最后贯入度最好为20-40mm/10击；
1．5、每根桩的锤击数宜在1500击以内，最多不超过2000-2500击。
2、国外有实验结果表明：
28天强度为49MPa的混凝土，当锤击应力为混凝土强度的75%（37MPa）时，锤击819次破坏；当锤击应力为混凝土强度的45%-57%（22-28MPa），时锤击2400次破坏；当锤击应力为35%-50%（17-24MPa）时，锤击2670次破坏；当锤击应力为27%-33%（13-16MPa）时，锤击3400次破坏。实际打桩时，一般要求打桩压应力控制在混凝土极限强度的50%以内，锤击1500次左右不会发生疲劳破坏，超过2500次就有可能发生疲劳破坏，所以打桩时锤击次数不宜超过2000（PC桩）-2500（PHC桩）次。同样的理由，对最后贯入度控制值也不能认为越小越好。贯入度定的太小，锤击数必然增多，还会降低柴油锤的使用寿命。实践表明：达到设计承载力的最后贯入度控制值为20-40mm/10击时，桩锤的选择是比较理想的。
3、选择柴油锤主要应考虑：
3．1、要保证单桩承载力能达到设计要求；
3．2、要考虑桩的入土深度及桩自重大小；
3．3、要根据土质、岩层和布桩状况来选择锤型；
3．4、要保证冲击压应力不超过桩身混凝土极限强度的50%。
4、根据各地的施工经验
每个型号的柴油锤，其最大的成桩能力（单桩竖向极限承载力）约为100倍的型号数（KN），如D45柴油锤，最多可打继续承载力4500KN的桩。所以要打设计极限承载力为4000KN的500mm×500mm预制方桩，首先可排除D25和D35柴油锤，只有D40及D40以上的柴油锤可以考虑选用。但D40以上的柴油锤型号是多种的，有D45、D50、D60（62）、D80等，此时有的工程师凭经验按锤重与桩重的比例来进一步选锤：一般土质情况下，柴油锤冲击体重量与成桩桩重之比可取0.5，若软土较厚，可取0.4。如估计边长500mm×500mm长度为8m，则桩重约为WP=0.5×0.5×8.5×2.5=53KN,则锤重应≥0.5WP=0.5×53=26.5KN故应采用D32或D35型筒式柴油锤。
5、筒式柴油锤的型号尚可根据高应变动测法配合测试的试打桩结果进行选择，大致做法如下：
5．1、根据经验方法初步选定柴油锤型号作为试打桩时采用的柴油锤；
5．2、现场试打桩，用高应变动测法配合测试，获得各种需要的打桩信息，如最大的锤击压应力、拉应力、每米沉桩锤击数、总锤击数、单桩竖向极限承载力、达到极限承载力时的贯入度、桩尖持力层及进入持力层深度等；
5．3、根据试打桩时获得的打桩信息，再根据本节上例标志，分析初选打桩锤是否合理，必要时可适当调整。
5.4、采用锤击法沉桩时，当打桩锤锤击桩头时，就产生一个沿桩身向下传播的压缩应力波，应力波的最大强度主要取决于桩锤的锤击速度，而锤击速度与锤的落距平方根成正比。为了防止桩受锤击时产生过大的冲击应力而使桩头打烂击碎，过去在选择自由落锤打桩时，一般遵循“重锤低击”的原则来进行选锤。其实柴油锤也需遵循“重锤低击”的选锤原则。近几年生产的柴油锤，供油油门分为四档。若选锤合理，柴油锤运作时，油门一般只开二档，最多开三档，这样桩不易被打碎，锤也不易损坏。如果要一直开到四档才能将桩沉到设计持力层，那么按“重锤低击”的原则，不如选择一个大一级的柴油锤采用开2-3档油门的运作法来打桩，其效果要好的多。三、施打混凝土预制桩注意事项
除合理选择桩锤外，尚应强调：
要重视桩帽及垫层的设置
桩帽的结构、尺寸以及垫层的厚薄、软硬，对打桩施工的顺利与否、工程质量的好坏关系十分密切，必须引起高度重视。 桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性。桩帽宜做成方筒型，套桩头用的筒体深度宜为35-40cm，内径应比方桩边长大2-3cm，因为套筒深度太浅，桩帽容易从桩头处脱离；套筒深度太深，若桩身或桩帽稍有倾斜，套筒下沿口的铁板会磕伤桩头处的混凝土。若套筒与管桩之间的空隙太小，套筒套入装头比较困难，特别是当套筒套入桩头后，只要桩身有一点倾斜，桩头处混凝土就容易被挤坏；若套筒与管桩的间隙太大，桩帽中心与桩身中心不易重合，打桩时容易发生偏心锤击。所以桩帽的结构、尺寸做得是否合理，对打桩质量的影响较大。
桩帽的垫层有“桩垫”和“锤垫”之分：“锤垫”设在桩帽的上部，与柴油锤的下冲击体接触，其保护柴油锤和桩头的作用，“锤垫”一般用坚纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳制作，厚度宜取15-20cm。“桩垫”设在桩帽的下部套筒里面，与方桩桩顶面相接触，一般是用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板凳材料制作。桩垫厚度应均匀，软硬适宜，经锤击压实后的厚度不宜小于12cm。软厚适宜的桩垫，可以延长锤击作用时间，降低锤击应力，起到保护桩头的作用。由于柴油锤冲击力大，桩垫很容易被打坏，所以在打桩期间应经常检查，及时更换补充。
2、要自始至终保持桩身垂直，力戒打偏 建筑中使用的方桩，大多数是直桩。施打直桩时，要求桩身在施打过程中自始至终保持铅锤状态，这不仅是为了保证成桩的垂直度，也是防止管桩受偏心锤击而被击碎的一条重要施工控制措施，因此打桩时桩锤、桩帽和桩身中心线应重合，也就是说三体中心线保持在同一铅垂线上，如有偏差应随时纠正。规范规定，预制桩的成桩垂直度偏差不得大于1%，对于接桩来说，而第一节底桩的垂直度偏差不得大于0.5%，说明第一节底桩锤制度控制要严格，一般来说，第一节底桩沉入土中的垂直度偏差小，整根桩的垂直度偏差也不会太大，同时，打桩的破损率也会减小，因为桩身一倾斜，桩顶端面与打桩锤的接触面就减少，应力集中，锤击偏心。
3、要保证预制桩接头的焊接质量 接头质量好坏关系得到整根桩质量的好坏，接桩几乎全是电焊接桩。电焊接桩时，可用手工电弧焊。选用焊条直径应能满足焊透坡口根部的要求，焊接坡口根部时应选用Φ3.2焊条，其余部分可选用Φ4-Φ5焊条。焊接时电流强度应与所用的焊机和焊条向匹配，施焊应对称，分层、均匀、连续进行，焊缝应连续饱满。若在大风天和雨天施工，应有可靠的防风、防雨措施。在冬季0℃以下天气中施工，应采取防风和预热措施，预热可用氧乙炔火焰均匀烘烤的方法，使母材温度达到36℃以上才进行施焊。焊接后应进行外观检查，焊缝不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等表明缺陷。焊接结束后，焊缝应自然冷却后，才能继续打桩，自然冷却时间一般不宜少于8分钟，严禁用水冷却或焊好即打，这是因为焊好即打，高温的焊缝遇到地下水会冒白烟，如同淬火一样，焊缝容易变脆而被打裂。当方桩较密集且桩街头有较大裂缝时，打桩引起的土体上涌，有可能将桩接头拉断，造成严重的质量事故。
〔参考文献〕
〔1〕建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002
〔1〕建筑桩基技术规范（JGJ94-94）.北京：建筑工业出版社，1994
〔1〕建筑桩基检测技术规范（JGJ106-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003
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