柴油打桩锤的选型

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，比拟适合于管桩的施打。柴油锤分导杆式和筒式两种。筒式柴油锤是利用芯（上活塞或冲击体）往复运动进行锤击打桩；二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、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。特殊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，操作者轻易把握，捶击能量也比拟容易估算。有关筒式柴油打桩锤的构造原理及性能参见是一章的打桩锤一节内容。

1．打桩锤的抉择是个复杂的问题，需要考虑多方面的因素。衡量打桩锤抉择的合理性，主要标记是：

1．1能保证装的承载力满意设计要求； 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集。 2．国外有实验结果表明：28天强度为49MPa的混凝土，当锤击压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，一般要求打桩压盈利控制在混凝土极限强度的50%以内，锤击1500次左右不会发生疲惫破坏，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，桩锤的抉择是比拟理想的。一般来说，假如最后贯入度控制值超过60mm/10击就能达到设计承载力的要求说明选用的柴油锤过大。

3．抉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即桩桩自重大小； 3．3要根据土质、岩性和布桩状况来抉择锤型；

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，最多可打继承承载力4500KN的桩。所以要打设极限承载力为4000KN的Ф500mm预应力管桩，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Φ500mm壁厚100的管桩入土深度肯达32m，则桩重约为WP=3.33KN/m×32m=106KN则锤重应≥0.5WP=0.5×106=53KN故应采用D60或D62型柴油锤。

5．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抉择，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，再根据本节上例标记，分析初选打桩锤是否合理，必要时可适当调整。

二 施打管桩注重事项

除合理选锤和准确确定收锤标准这两点外，尚应强调： 1. 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。桩帽宜做成圆筒型，套桩头用的筒体深度宜为35~40cm，内径应比管桩外径大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，套筒套入装头比拟困难，特

殊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，桩帽中央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，与管桩桩顶面相接触，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，软硬相宜，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，桩垫很容易被打碎，所以在打桩期间应常常检查，及时更换补充。有些打桩操作工人，在桩帽中不放垫层，或者只放一层薄薄的垫层，结果桩头被打烂；有些工地，垫层长期不更换，垫层结块变形，高低不平，失去弹性，庄头也很容易被打坏。

2. 要自始至终保持桩身垂直，力戒打偏

建筑中使用的管桩，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，特别是第一节管桩的垂直度偏差对整根桩的成桩质量起着重要作用，故要十分重视第一节桩的插设工作。规范规定，预制桩的成桩垂直度偏差不得大于1%，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。预制方桩桩身倾斜，多数情况下，桩顶与打桩锤的接触点成一条线，而预应力管桩桩身倾斜，桩顶与打桩锤的接触仅仅是一个点，所以桩身倾斜时打桩，管桩比方桩更容易被打坏。

3. 要保证管桩接头的焊接质量

接头质量好坏关系得到整根桩质量的好坏，从我国各地生产的管桩产品来看，几乎全是电焊接桩。电焊接桩时，可用手工电弧焊或粉芯焊丝自保护板自动焊，目前我国极大多数工地的管桩焊接采用手工电弧焊。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，犹如淬火一样，焊缝容易变脆而被打裂。当管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，造成严峻的质量事故。

4. 在较厚的粘土、粉质粘土层中施打多节管桩，每根桩宜连续施打，一次性完成

因为这类土层中打桩，桩周土体迅速破坏，空隙水压力剧烈上升，土的抗剪强度大大降低，桩身的贯入相称容易，但若中间停歇下来，土中空隙水压力逐渐消散，桩周土体发生固结，停歇时间越久，固结力越大，再想要打动这根桩，需要增加更多锤击次数，有的甚至桩身打不动而先将桩头或接头打烂。有些施工单位在打多节管桩的大面积群桩时，喜欢采用大流水施工作业法，即先将几十根甚至上百根群桩的底桩（第一节桩）插好并打至地面，然后再一起将第二节桩接上去，再将第二节桩打至地面，再一起接上第三节，如此反复直至全部桩打至持力层。这种大流水作业法的长处是施工速度快，缺点是每一根桩不是一次性施打完成，每节桩之间的施打间歇时间较长，在固结力较大的粘土、粉质粘土层中，容易将桩头或接头打烂。此法另一个缺点是配桩固定，不能随地质条件的变化而及时调整配桩长度，浪费较大。20世纪80年代中期，华南某管桩工程，设计采用Φ550管桩，根据地质勘察资料，强风化岩层顶面埋深约30m，强风化岩上面厚30m的复盖层，是可塑或硬塑的粘土、粉质粘土，施工单位采用三节10m长的管桩进行配桩，采用大流水施工法，第一节第二节都是采用45型柴油锤施打，沉桩较为顺利，但打第三节桩时，设计采用60型柴油锤施打并收锤，由于当时租用60型柴油锤较为困难，中间停歇整整一个月，结果用60型柴油锤施打第三节桩时40%以上的桩头或接头被打坏，造成重大施工质量事故。当然，为适当提高打桩速度，可以采用流水打桩施工作业法，但需在本台班内将这批流水作业的桩全部打至持力层。

5. 承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不宜超过2m

管桩收锤后桩头（顶）高出地面是一种浪费。施工人员在收锤之前的打桩过程中，借助送桩器将桩头（顶）沉至地面以下的工序和方法，叫送桩。根据广东地区的施工经验，承载力较大的摩擦端承桩，送桩深度一般不宜超过2米，否则桩头容易被打碎，桩顶偏位也较大。打桩至送桩宜连续进行，即打即送，因为间歇时间一长，桩周土体固结，送桩送不下去，也很容易将桩头击碎。由于送桩奇是套在桩头上，与桩头的连结时非刚性的，锤击能量在这里的传递是不顺畅的，损失较大，所以，同一大小的冲击能量，直接作用在桩头上，测出的贯入度要打一些，装上送桩器后测出的贯入度要小一些，故送桩收锤贯入度应比不送桩收锤

贯入度要小一些。据不少施工单位的经验，在一般工程地质条件下送桩，收锤贯入度可按比不送桩贯入度小5mm来控制。

要保证送桩质量，合理设置送桩器的结构构造至关重要。送桩器宜做成圆筒型，并应有足够的强度，、刚度和耐打性。送桩强度应满足送桩深度的要求。送桩器上下端面应平整，且与送桩器中心轴相垂直，如果上下端面与中心轴线不垂直，容易产生偏心锤击，将桩头击碎。送桩时，送桩器轴线必须与桩中心线一致，不得在晃动的情况下进行锤击。送桩器下端面应设置排气孔，排气孔孔径不宜小于管桩内径的十分之一，目的是使管桩内腔的空气与大气相通，送桩作业时，便于管桩内腔中的水分和空气外溢，否则管桩容易产生竖向劈裂裂缝。送桩器应与管桩外径相匹配。适用于管桩的送桩器下端部有两种形式：套筒式和插梢式。套筒式送桩器下端的套筒深度宜取25~30cm，外径应比管桩内径小2~3cm，否则送桩时容易损坏桩头混凝土。送桩作业时，送桩器与管桩桩头之间应设置1~2层麻袋或硬纸板作衬垫。

当桩为摩擦桩或以摩擦为主的端承摩擦桩且桩端持力层顶面埋深标高基本一致时，送桩深度可超过2m。

三、打桩收锤标准

收锤标准即终止打桩的控制指标，对打桩工程质量起着至关重要的作用。收锤标准定得恰当，管桩承载力可满足设计要求，打桩的破损率较低甚至为零；收锤标准定得不恰当，将造成工程质量事故。

1.通过试打桩确定收锤标准

试打桩应在正式开工前进行。当地质条件复杂、持力层起伏较大时，试打桩数量可适当增多。试打桩的规格、长度及地质条件应有代表性，应选在工程地质钻探孔四周，施打条件应与工程桩一致。通过试打桩，可以了解管桩的可打性，验证选锤的合理性，在保证承载力设计值的前提下提出比拟适合实际的可操作的收锤标准。用高应变动测仪器设备配合柴油锤打桩机进行现场试打桩，可以尽快地确定比拟合理的收锤标准。实践证实，当相同地质条件的动静对比资料积累较多且有经验时，用高应变动测法测出的管桩承载力可以满足工程需要，而且省时省费用。

2．在试打桩中采用高应变动测仪器设备配合测试时，其基本操作程序如下： （1）按地质资料提供的预估桩长加长3~4m作试打桩的配桩长度，使用与正式打工程桩同一型号的柴油锤并按常规施工法进行试打，作好打桩施工记录。

（2）当桩尖接近持力层时暂停锤击，在桩头处装上传感器，启动打桩分析仪的同时，重新开锤施打。

（3）用实测曲线拟合法判断桩的承载力。当打桩分析仪显示器显示瞬时阻力值为Quk/a或γsp·R/a时停止锤击，测出桩的入土深度，测绘出收锤回弹曲线，量出最后贯入度和桩土弹性压缩量Cp+Cq值，记录每米沉桩锤击数，以及最后一米沉桩锤击数。根据地质资料分析桩尖进入持力层深度。高应变动测仪在测出承载力的同时，还应测出桩身最大压应力值。Quk为单桩竖向极限承载力标准值；R为单桩竖向承载力设计值；γsp为桩侧阻端阻综合抗力分项系数，取γsp=1.65；a为土的时间效应系数，由当地经验确定，一般取粘性土a=1.25~1.35，砂性土a=0.9~1.1。

（4）经过24小时后进行复打，复打初时若打桩分析仪显示器显示瞬时阻力值为Quk时，不用继续复打，说明这根试打的桩已达到收锤要求，按程序（3）要求初打时得到的收锤指标可作为正式打过程桩的收锤标准。

（5）当程序（4）中显示的瞬时阻力值小于Quk时，说明a值估算有误，则需继续锤击，调小a值，重复（3）~（4）直到满足为止。此时应按程序（5）要求复打时得到的收锤指标作为正式打工程桩的收锤标准。

（6）整个场地的试打桩全部打完以后，进行综合分析：如果场地较小，地质较均匀，可提出统一的收锤控制指标；如果场地较大，地质条件多变，可根据不同区域、不同桩长规格提出不同的收锤控制指标。

现行《基桩高应变动力检测规程》规定，当检测预制桩承载力时，从设桩到检测（或复打）的最小休止时间，砂士七天，非饱和粘土十五天。试打桩因为时间紧，一般只休息24小时可进行复打，应该说休止时间不足，测出的桩承载力还有增大的可能，这部分增大的承载力可作为安全储备，或作为检测误差的补偿。

3.用Hiley（海利）打桩公式估算最后贯入度控制值

香港、澳门及广东部分地区施打预应力管桩，常利用Hiley（海利）打桩公式估算最后贯入度控制值有较长的应用时间，已积累了一定的经验。．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，过去在抉择自由落锤打桩时，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，不如抉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。

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