要在2.2m限高条件下实施钢管桩基础加固，其关键点就是沉桩设备。同越自行研制低空锤击打桩机，并且试验确定沉桩工艺参数、设备适应性、沉桩工艺方法以及质量控制。

1 沉桩工艺参数

1.1估算单桩沉桩动阻力

按照长三角工程地质条件与工程经验公式（《桩基手册》推荐）估算单桩沉桩动阻力，对于20.0m长度直径150mm钢管桩，软土地基内：

Qd＝K(Ap qdk+LfiqdkU0)

＝1.3×(0.0762×3.14×3000＋1.2×160×0.152×3.14) ＝190kN

其中Lfi——动侧阻力集中区域，为桩端以上8倍桩径（即1.2m）；

qdk——动端阻力。持力层粘性土取3000kPa；

qdk——动侧摩阻力，取160kPa；

K——闭口桩阻力系数，取1.3。

将桩的动阻力与估算而得的静极限阻力（300kN）进行比较可得190/300=0.63，与本地区工程实测数据范围（0.6～0.75）非常吻合。

1.2锤击沉桩工艺与参数

本工程场地地质条件属于软弱土类型，桩体长径比L/d＝22/0.152＝145，属于超长型，桩距一般为1.0m, 距径比S/d大于6, 最大排土率小于2%，属于疏桩型。所以，本工程的加固桩属于在软弱土体内锤击小直径、超长型的疏桩，宜采用低落距、重锤轻击工艺。

对于锤击钢管桩，落锤锤重一般在有效落距1.0～1.5m条件下取桩体自重的1.0～2.0倍（落距大则重量低）。本工程φ152×4.5钢管桩的桩体自重为360kg，则在1.0～1.5m落距条件下锤重应控制在4～7.5kN之间。考虑2.2m限高要求以及重锤、低距、轻击的原则，落距按照0.5m考虑。根据锤的冲击力应大于沉桩阻力的基本要求，应使锤的冲击力Pd≥λWH(其中λ为冲击系数，与桩锤及桩垫材质有关；W为锤重；H为落距)，冲击系数一般取50，则50×W×0.5≥190kN，因此必须使锤重W≥7.5kN。

对于小直径（d＜600mm）、壁厚大于0.02d的钢管，最大锤击应力小于钢材强度设计值时，可不进行局部压曲验算。Q235φ152×4.5钢管能承受的最大锤击应力=210×0.152×3.14×4.5=450kN，而目前的锤击力约190kN，能够满足要求。

最后确定锤击沉桩工艺与参数为：锤重750kg的自由落锤锤击方法，低落距的锤击工艺，落距为0.5m左右。

2设备制作

    新研制的沉桩设备必须具备下列基本功能。

（1）限高2.2m：包括设备总高度以及行为的最高触及高度。

（2）方便装拆、单件轻便：由于净空受限，无法采用大型起重设备或机械移动装置，沉桩设备必须能方便地装拆，分解后的单件重量较轻，适合人力搬迁。

（3）能适应小空间：由于站内的基础布置十分紧密，施工空间狭小，沉桩设备必须能适应小空间作业。

（4）能进行多项作业：能够满足挂卸锤、自由下落、焊接、调整垂直度等多项作业的需要。

3沉桩工艺

3.1准备工作

准备工作包括熟悉设计图纸、测量放线、基础与施工场地净空量测、沉桩顺序安排、材料进场检验、现场施工水电管线安装、工地例会与施工组织会审等内容。

除了测量放线与施工场地净空量测是特殊内容外，其他准备工作与常规施工相同。

3.2测量放线与基础边沿暴露

微型钢管混凝土桩的桩位必须紧靠基础边缘，以便沉桩后与基础的连接。为了准确测放桩位，需要将基础边沿轮廓暴露出来。对于需要顶升或纠偏的基础，需根据基础顶面埋置深度分为挖除顶面土方或局部开洞方式。基础顶面较浅，覆土在0.3～0.5m之内的，可根据现场情况确定是否挖除；对于顶面较深基础，则可在适当部位局部挖坑，将基础边缘暴露。

3.3施工场地净空量测

要把每一个需要进行加固、顶升与纠偏的基础上面的设备情况、设备之间净空详细调查量测，为安排沉桩顺序和沉桩设备布置方式提供依据，对于特殊位置还要进行专门研究，为选择合适的桩位提供依据。

3.4钢管制作

钢管材质要求为Q235B，φ152焊接钢管，壁厚4.5mm，单根采购长度6.0m。进场复检合格后，采用砂轮切割机切割成1.5m与1.0m两种长度规格，1.5m用于软土段内，1.0m用于持力层与表层穿越硬壳层。切口要平直，去除毛刺。钢管的下端磨成坡口，剖口见图2。

为保证钢管内可灌入混凝土，本工程采用钢桩尖使桩端实现闭口状态，桩尖见图3。

3.5分段沉桩与焊接

（1）分段原则：每桩开始的4.0m范围内为便于穿透填土与硬壳层，采用单节1.0m钢管，用大落距重击。在淤泥质土中采用单节1.5m钢管，小落距轻击，最后4.0m范围内采用单节1.0m钢管，大落距重击，使桩端进入持力层的深度满足设计需要。

（2）桩节限位：将首段钢管沿基础边缘桩位处插入土层。锤架底板设置护管装置，可有效地限制钢管下端位置，不至于因遇到地下障碍物而偏移。钢管顶端卡在桩垫的卡槽内，桩垫沿锤架立柱上下垂直移动，端部卡槽与底盘护管位于同一条垂直中心线上，保证了管桩的垂直度。

（3）锤击沉桩：首节桩与每节桩焊接后的起始若干锤都应采用小落距轻击，待沉入0.3m以后，再增大落距。根据沉桩贯入度随时调整落距和锤击节奏，保证均匀有节奏地沉桩。微型桩锤击作业情况见图4。

（4）分段焊接：沉入土中的桩顶高出底盘护管0.2～0.3m时，应采用小落距轻击，以控制钢管的顶面在护盘面以上50～100mm，便于焊接作业。钢管焊接采用交流电弧焊，E4303型焊条，焊条直径φ3.2～φ4.0, 焊接电流控制在110±30A，钢管φ152×4.5剖口对焊的焊条用量标准为每5kg焊条焊缝长度8～9m，即可焊接20个接头。施焊的第一步是先进行四点点焊，以固定上下钢管的连接，并将钢管顶部卡在卡槽后，才开始对称连续焊接。要求焊缝饱满，符合焊接抗拉强度标准及焊缝的密闭性，能阻挡地下水渗入钢管内。焊接在坑内实施，见图5。

整桩沉桩完成后，应及时用棉絮或稻草扎头临时封堵管孔，防止有土或其他杂物掉入孔内。

3.6管内灌注混凝土

管内灌注C30混凝土的作业是分批完成的。因每次灌注的混凝土量很小，只能采用人工拌制。混凝土的配合比为水泥∶砂∶石子＝1∶2∶3，水灰比较小，约为0.4左右，混凝土坍落度10～14cm，属于较干硬性的混凝土。通常在沉桩段累计达2～4m时进行混凝土浇筑作业，浇筑后的混凝土振捣依靠后续锤击沉桩的振动力予以振密。最后一段的混凝土则用微型长振动棒插入管内振捣密实。经振密后顶部浮浆部分可添加粗骨料后轻微振动搅拌均匀即可。

3.7管桩与基础连接锚固           

植筋胶采用A级胶。劈裂抗拉强度≥8.5MPa，抗弯强度≥50MPa，抗压强度≥60MPa，与钢筋粘结强度≥11MPa，固体含量≥99%。

用于加固地基的锚固板用4M16高强螺栓，用于基础顶升纠偏的锚固板用6M16高强螺栓。

与微型钢管混凝土桩连接的牛腿钢板厚度也各不相同。用于加固地基的锚固板用12mm厚，用于基础顶升纠偏的锚固板用20mm厚。

4质量控制

4.1材料控制

钢管、电焊条、混凝土应有出场合格证与质保书。钢管应进行焊接抗拉强度试验，混凝土应每浇注批制作三组混凝土试块。

4.2停锤标准

微型钢管桩沉桩的停锤标准以桩端设计标高控制为主，最后贯入度作为参考。当沉桩过程中出现下列异常情况时，应及时会同有关方研究处理：（1）进入持力层后，与设计深度相差较远，连续三阵每阵十锤的贯入度小于3～4cm/击；（2）总锤击数达到200锤以上，最后1m的锤击数大于20锤以上。

4.3焊接检查

班组焊工应持证上岗，每个接头焊接完毕，质检员检查焊接质量，并及时通知监理进行检查验收。如对班组焊接质量有疑问，可以在现场截取焊接试样进行抗拉强度试验，如对整个桩的焊接质量有怀疑，可以进行整根桩的抗拔试验。

4.4承载力与桩身质量检查

采用静载荷试验检测单桩极限承载能力，另外对所有完成的微型钢管混凝土桩进行总桩数的5%的高应变动力测试，按桩数的30%进行低应变动力测试，以检验桩身质量。

植筋进行锚固承载力的现场抽样检验，按锚栓直径分类分批检测，每批随机抽检3件。

4.5合理安排沉桩顺序和控制沉桩速率

闭口的微型钢管混凝土桩属于挤土桩，由于距径比大于6，沉桩挤土率仅在2%以内，挤土效应不很明显。但对深厚的淤泥质土地基来说，容易受到沉桩的扰动，孔隙水压力消散较慢，所以还应注意沉桩挤土效应。

缓减挤土效应的主要途径是要减小孔隙水压力。主要措施是控制沉桩速率、合理安排沉桩顺序、设置消散压力的应力释放孔或排水孔等。由于本工程加固桩属于疏桩基础，受施工净空影响，每根桩的接头很多，施工效率很低，因此每天的沉桩速率也不是很快。每套22m的微型钢管混凝土桩的沉桩历时约为4h，每台班（工作8h）沉桩仅2套。

对于基础密集区域，尽量安排好沉桩流程，先密集区域然后稀疏区域，对于密集区域从内向外扩展。流程安排还要结合机械设备搬迁的实际状况，做到统筹兼顾。

4.6施工监测

防止挤土效应影响的另一个途径就是加强施工监测，做到动态信息化施工。

    由于本工程的理论挤土率不高，且沉桩速率也不太快，所以沉桩施工监测项目主要以沉桩部位周边的设备基础的竖向沉降与水平位移为主，同时监测已经沉下去的相邻桩的位移情况。

沉降与位移标点埋设于基础上，采用经纬仪小角度测微法或全站仪极坐标法精确测量标点的变位情况，用精密水准测量方法观测标点沉降。

根据位移与沉降监测结果初步判定沉桩挤土效应的严重程度不很大。