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鋼樁特點
在我國沿海及內陸沖積平原地區，土質常為很厚（深達50~60m）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，為此多選用鋼樁加固地基。因此，鋼樁在國內外都得到了較廣泛地應用。
鋼樁的特點是：（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]
鋼樁鋼樁構造、型式及規格
鋼樁的管材，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、型式如右圖。
鋼樁的下口有開口和閉口之分。鋼樁的直徑自φ406.4~φ2032.0mm，壁厚自6~25mm不等，常用鋼樁的規格、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φ406.4mm、φ609.6mm和φ914.4mm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200~300mm、厚6~12mm的扁鋼加強箍。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，在鋼樁的下端亦設置加強箍，對φ406.4~φ914.4mm鋼管，高度為200~300mm，厚度6~12mm。
鋼樁尺寸 | 重量 | 面積 | 斷面特性 | |||||||
外徑 （mm） | 厚度 （mm） | 內徑 （mm） | （kg/m） | （m/t） | 斷面積 （cm） | 外包 面積 | 外表面積 （m/m） | 斷面 系數 （cm） | 慣性矩 （cm） | 慣性 半徑 （cm） |
（m） | ||||||||||
406.4 | 9 | 388.4 | 88.2 | 11.34 | 112.4 | 0.130 | 1.28 | 109×10 | 222×10 | 14.1 |
12 | 382.4 | 117 | 8.55 | 148.7 | 142×10 | 289×10 | 14.0 | |||
508 | 9 | 490 | 111 | 9.01 | 141 | 0.203 | 1.60 | 173×10 | 439×10 | 17.6 |
12 | 484 | 147 | 6.8 | 187.0 | 226×10 | 575×10 | 17.5 | |||
14 | 480 | 171 | 5.85 | 217.3 | 261×10 | 663×10 | 17.5 | |||
609.6 | 9 | 591.6 | 133 | 7.52 | 169.8 | 0.292 | 1.92 | 251×10 | 766×10 | 21.2 |
12 | 585.6 | 177 | 5.65 | 225.3 | 330×10 | 101×10 | 21.1 | |||
14 | 581.6 | 206 | 4.85 | 262.0 | 381×10 | 116×10 | 21.1 | |||
16 | 577.6 | 234 | 4.27 | 298.4 | 432×10 | 132×10 | 21.0 | |||
711.2 | 9 | 693.2 | 156 | 6.41 | 198.5 | 0.397 | 2.23 | 344×10 | 122×10 | 24.8 |
12 | 687.2 | 207 | 4.83 | 263.6 | 453×10 | 161×10 | 24.7 | |||
14 | 683.2 | 241 | 4.15 | 306.6 | 524×10 | 186×10 | 24.7 | |||
16 | 679.2 | 274 | 3.65 | 349.4 | 594×10 | 212×10 | 24.6 | |||
812.8 | 9 | 794.8 | 178 | 5.62 | 227.3 | 0.519 | 2.55 | 452×10 | 184×10 | 28.4 |
12 | 788.8 | 237 | 4.22 | 301.9 | 596×10 | 242×10 | 28.3 | |||
14 | 784.8 | 276 | 3.62 | 351.3 | 690×10 | 280×10 | 28.2 | |||
16 | 780.8 | 314 | 3.18 | 400.5 | 782×10 | 318×10 | 28.2 | |||
914.4 | 12 | 890.4 | 311 | 3.75 | 340.2 | 0.567 | 2.87 | 758×10 | 346×10 | 31.9 |
14 | 886.4 | 351 | 3.22 | 396.0 | 878×10 | 401×10 | 31.8 | |||
16 | 882.4 | 420 | 2.85 | 451.6 | 997×10 | 456×10 | 31.8 | |||
19 | 876.4 | 297 | 2.38 | 534.5 | 117×10 | 536×10 | 31.7 | |||
1016 | 12 | 992 | 346 | 3.37 | 378.5 | 0.811 | 3.19 | 939×10 | 477×10 | 35.5 |
14 | 988 | 395 | 2.89 | 440.7 | 109×10 | 553×10 | 35.4 | |||
16 | 984 | 467 | 2.53 | 502.7 | 124×102 | 628×10 | 35.4 | |||
19 | 978 | 311 | 2.14 | 595.4 | 146×102 | 740×10 | 35.2 | |||
作為鋼樁的附件，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樁外表面以形成滑動層，層厚6~10mm可降低負摩擦力4/5-9/10。[1]
鋼樁打樁機械的選擇
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（右圖），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10~30cm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，下表可供參考。[1]
樁徑（mm） | φ406.4 | φ609.6 | φ914.4 |
錘型 | 25~35級 | 35~45級 | 60~72級 |
鋼樁原材料要求
1、鋼樁的材料（含其它半成品）進場后，應按規格、品種、牌號堆放，抽樣檢驗，檢驗結果與合格證相符者方可使用，未經進貨檢驗或未經檢驗合格的物資不得投入使用。
2、鋼管質量驗收：按設計圖紙規格尺寸及有關規范，允許誤差，實測實量及外觀全數檢查驗貨，特別是鋼管的垂直度和內外徑是否達到要求，作為重點檢查，經檢查驗收合格后，方能進貨安裝。
3、螺旋焊管鋼樁鋼管：壁厚為6~19mm長度不限，卷板焊管鋼樁鋼管：壁厚為6~47mm長度不超過6m。型號為STK、SKK號鋼卷制。
4、H型鋼，為標準型鋼，材質為普通碳素鋼、16Mn鋼或海港工程用防氯鹽鋼材。
5、 鋼樁頂部抗錘擊和底部為減少摩擦抗變形的加強箍，用寬200~300mm、厚6~12mm和鋼樁材質相同的鋼板制作，用電焊滿焊，焊接時箍板的縱縫要和卷焊樁管的縱縫錯開90度。
6、鋼樁應按規格分別堆放（即上節樁、中節樁、下節樁）一般堆疊層數為三層（高度控制在2m以內）。支點用枕木兩側用木楔塞牢，防止變形。[1]
鋼樁作業條件
1、打樁現場三通一平，處理打樁地基上面障礙物，清理、整平時要設雨水排出溝渠，附近有建筑物的要挖隔震溝，預先充分了解打樁場地，清理妨礙打樁的高空和地下障礙物。
2、打樁場地整平用壓路機碾壓平整,并在地表鋪10~20cm厚石子使地基承載力達到0.2 Mpa ~0.3Mpa。
3、控制點的設置應盡可能遠離施工現場，以減少施工土體擾動對基準點的影響。
4、施工現場的軸線、水準控制點、樁基布點必須經常檢查，妥善保護，設控制點和水準點的數量不應少于2個。
5、測量放線使用的全站儀、經緯儀、水準儀、鋼盤尺、線錘應計量檢查合格，多次使用應為同一計量器具。
6、樁位布點與驗收：按基礎縱橫交點和設計圖的尺寸確定樁位，用小方木樁打入并在上面用小圓釘做中心套樣樁箍，然后在樣箍的外側撒石灰，以示樁位標記。測量誤差?10mm。
7、按總圖設置的水、電、汽管線不應與打樁相互影響，特別是供水、汽管線和地下電纜要防止打樁土體隆起的破壞作用。[2]
鋼樁作業人員
1、施工作業人員必須在上崗前進行崗位培訓考核合格，持證上崗。按設計施工不得任意改變設計,應遵守其中有關安全的規定。
2、施工作業人員施工前，必須充分了解地質資料、施工圖紙和設計說明以及有關資料。必須熟知打樁規范、質量評定標準、施工程序、驗收標準以及勞動組織分工等。
3、施工作業人員應按國家規定的時間內容進行體格檢查，必須持有健康檢查合格證、高血壓、心臟病、癲癇病患者不得參加打樁作業。[1]
鋼樁施工工藝
1．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。
2．打樁順序
鋼樁施工，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。[1]
3．樁的運輸與吊放
鋼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。吊鋼樁多采用一點綁扎起吊，待吊到樁位進行插樁，將鋼樁對準事先用石灰劃出的樣樁位置，做到樁位正、樁身直。
4．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（右圖）。其上直接經受錘擊應力的部位，放置硬木制減振木墊。
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1~2m，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60~80cm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，應調正或將鋼樁拔出重新插打。
5．接樁
鋼樁每節長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φ3.2和φ2.4mm，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（右圖），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2~4mm，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1~5min，再行錘擊打樁。
6．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。
7．貫入度控制
鋼樁一般都不設樁靴，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1/3~1/2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1/3~1/2；當持力層厚時，以最后十次錘擊每擊的貫人量S≤2mm為限；當持力層堅固時，打入1~2倍樁徑的深度；當持力層不大堅固時，打入樁徑5~10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3~5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0.5~1.0mm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S≤4mm/擊；最后1m錘擊數≥250擊；每根樁的總錘擊數N≥2500擊。變通條件：如果必保深度達不到，則必須控制S≤3mm。
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。
8．鋼樁切割
鋼樁打入地下，為便于基坑機械化挖土，基底以上的鋼樁要切割。由于周圍被地下水和土層包圍，只能在鋼樁的管內地下切割。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樁內的任意深度，靠風動頂針裝置固定在鋼樁內壁，割嘴按預先調整好的間隙進行回轉切割。
割出短樁頭，用右圖所示內脹式拔樁裝置，借吊車拔出，能拔出地面以下15m深的鋼樁，拔出的短樁焊接接長后再用。[1]
9．焊樁蓋
為使鋼樁與承臺共同工作，可在每個鋼樁上加焊一個樁蓋，并在外壁加焊8~12根φ20mm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，使鋼樁外露，取下臨時樁蓋，按設計標高用氣焊進行鋼樁頂的精割，方法是先用水準儀在每根鋼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。
10．樁端與承臺連接
鋼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。
鋼樁施工注意事項
1、樁內灌混凝土，宜用抓斗進行鋼樁內抓土作業，用高壓水槍沖洗鋼樁內壁，用泥漿泵抽干鋼樁內泥漿，放入鋼筋籠，澆灌混凝土。
2、鋼樁防腐蝕，對鋼樁有陰極保護或犧牲陽極保護要求的，按設計及有關規程施工。
3、在沿海飽和軟土地基打大面積超長型密集群樁，必須通過試樁合理安排施工流程，增設排水板（每根周圍近打入4~6根，長度視飽和軟土情況定），控制打樁速度、樁機打樁流水作業行走路線并制定土方開挖措施。
4、打樁施工區域附近有建筑物的，應挖隔振溝，隔振溝深度要能使震動的水平、垂直加速度小于有感地震等級（小于三級）。[1]
鋼樁應注意的質量問題
1、樁體開裂
制作樁的螺旋焊管或直縫鋼管焊接質量不好、遇障礙物、樁錘與樁不垂直、兩節樁不同心、焊接強度不夠、樁身有裂紋。查驗材質合格證、抽檢樁管材質和焊接質量、清理地下障礙物、校正樁架、接樁時保持上下樁節同心、檢驗焊接強度；
2、打樁達不到設計要求深度
地質資料不明確至使設計選擇樁長有誤 ，進行地質詳探或部勘、正確選擇持力層或標高；
3、樁身傾斜及時糾正樁的垂直度、清理地下障礙物、調整壓樁順序；
4、接樁處松脫開裂。焊接質量不合格、焊條選用不合理、焊條保管不當、兩節樁不在同一軸線上，樁端面不圓至使樁管壁對口超差，作好焊接工藝評定、按設計選擇合理的焊接材料、焊條保管烘干按規范要求、焊縫應連續飽滿、兩節樁在同軸線上。[1]
鋼樁成品保護
1、鋼樁打完后應測量復核，在每根樁頂至少投三個標高點。加蓋混凝土臨時樁帽，樁坑回填砂，清理現場施工用料。
2、對打樁后的休止期實施定期觀測，特別是超靜孔隙水壓力對深層土體的位移的影響，應制定有效的預控措施，鋼樁出現3cm位移時，應會同設計采取有效治理措施。
3、對打樁后的休止期，應在打樁區域內設置明顯的標識。
4、基坑開挖應制定合理的開挖順序和采取一定的技術措施防止樁傾斜或位移。[1]
參考資料
目錄