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基础工程  分享新工法、新技术、新设备、新趋势、新政策 来源：李军（武汉五创机械设备有限公司，武汉 430048） 摘 要：随着中国城市化、工业化的快速推进，基础设施建设持续蓬勃发展，预制管桩以高性价比、高承载力、成桩质量好、施工速度快、无震动、无噪声、监理检测方便等优越性，在建筑工程桩基础施工中得到广泛应用。环保液压打桩锤是一种智能、高效、环保、地质适应性广的桩工机械，在桩基础行业被逐渐推广和应用，逐步替代传统落后的打桩设备，已成为预制管桩施工主流设备。 本文对预制管桩锤击吊打法方案进行了系统阐述，提出了五创环保液压锤匹配预制管桩吊打施工技术。并根据文莱淡布隆大桥工程案例的施工效果，证明了所设计施工技术的适应性和合理性，为预制管桩的施工提供了新颖思路。 关键词： 预制管桩；五创环保液压锤；吊打法方案 Discussion on the Scheme of Hammering
and Hanging for Prefabricated Pipe Piles Abstract:With
the rapid progress of China's urbanization and industrialization,
infrastructure construction continues to flourish. Prefabricated tubular piles
have been widely used in the construction of pile foundation for their
advantages of high cost performance, high bearing capacity, good pile quality,
fast construction speed, no vibration, no noise, convenient supervision and
detection, etc. The environment-friendly hydraulic pile hammer is an
intelligent, efficient, environment-friendly and geological adaptable pile
machinery. It has been gradually promoted and applied in the pile foundation
industry, gradually replacing the traditional and backward pile driving
equipment, and has become the mainstream equipment for prefabricated pipe pile
construction. This article systematically elaborates on the scheme of precast pipe
pile hammering and hoisting, and proposes the construction technology of VUCOME
environmentally-friendly hydraulic hammer matching precast pipe hoisting. And
based on the construction effect of the Tamburong Bridge project in Brunei, the
adaptability and rationality of the designed construction technology have been
proven, providing a new idea for the construction of prefabricated pipe piles. Keywords: prefabricated pipe piles; VUCOME environmentally-friendly
hydraulic hammer; hanging method plan 0引言环保液压打桩锤作为高效、安全、环保、适应性广的桩工机械，近年来在建筑工程领域得到广泛的推广和应用，成为钻孔灌注桩的首选施工设备。自2018年第一台武汉五创环保液压打桩锤下线以来，武汉五创机械设备有限公司持续研发创新，相继研发量产十余款环保液压打桩锤。武汉五创环保液压打桩锤在国内多项建筑工程中担任重要角色，在预制管桩施工中得到用户的广泛认可。 武汉五创企业通过技术创新，研发环保液压打桩锤，并匹配履带起重机，实现预制管桩吊打法施工作业，如图1所示。相比于传统型的步履式桩架，履带起重机接地面积地面积大、接地比压小、稳定性好、不受场地因素限制，可在松软、泥泞等场地作业。
图1 预制管桩锤击吊打法施工场景 Fig.1 Construction Scene of Prefabricated
Pipe Piles Hammering and Hoisting Method 1 施工工艺流程预制管桩工程桩打设以贯入度控制为主，标高控制为辅，预制管桩锤击吊打法施工的施工流程如图2所示。
图2 施工工艺流程图 Fig.2 Diagram of Construction Process
Flow 2详细施工方案2.1施工准备工作 1）物料准备：清理、平整场地以满足施工设备行走或移动要求，所有施工设备及操作人员全部就位；对于设备须全面检查，使用状态良好；施工水电准备就绪，用油类设备须保证油料充足。 2）管桩准备：预制管桩运输到现场并合理选址安全堆放，既要保证打桩时取桩方便，又要考虑不影响施工设备行走和移动。 3）测量放线：根据桩位设计，有测量人员进行放线，要求准确标定好打桩轴线控制点，核对无误，并要打桩过程中进行监控。 4）开挖施工槽：用挖机沿打桩轴线清除面层地表的障碍物，减少沉桩阻力；同时，根据地面标高、预制管桩桩顶标高和冲击锤桩帽尺寸等情况开挖施工槽，以降低导向架安装标高，以便在加冲击锤前使空心支护桩直接插入土体中一定深度而不至于倾倒。 5）铺设钢板：为确保吊车、机械手扶直器行走安全，在行车路面平整后铺设150～200mm厚钢板焊接2m×5m路基箱密铺路面。 2.2预制管桩的打设 1）定位桩的打设操作流程 桩体采用钢丝绳两点侧位捆绑法捆绑，用履带式吊机将预制管桩吊起，此时桩处于直立状态；将桩吊至桩位点处，桩尖对桩位点稳住桩体。桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5%，如果超差，及时调整，必要时拔出重新下桩（支护桩就位下桩过程中，用正侧面经纬仪认真控制桩身垂直度，桩锤、桩帽、桩身要始终在同一垂直线，以免产生偏心冲击）。 下桩完毕后，经经纬仪再次监测预制管桩垂直度后，使用机械手扶直器（挖掘机改造）扶住空心支护桩，正侧面和侧面各用一台经纬仪对准进行垂直度观测，如果倾斜，通过调整挖掘机的机臂进行调直。 吊机松开吊桩的钢丝绳，起吊液压冲击锤；将液压冲击锤体吊至支护桩桩顶处，对准桩顶后，吊机缓慢下钩，当液压冲击锤下端的专用桩帽完整套入空心支护桩的桩顶后，吊钩即停止下降，吊绳自然的带住锤顶，开始压锤。 2）定位桩的打设核心控制措施 压锤的力量应注意控制，防止溜桩，随着桩的继续入土，应随时监测桩的垂直度。如有偏差，可以停止压锤，调整桩的垂直度，压锤结束后，对垂直度再次进行调整后，启动液压工作站，开始提锤打桩。为了防止溜桩，开始冲击时，对锤的能量应控制1~2档范围轻锤试击。经检查无误后，开始连续锤击沉桩。 当沉桩至机械手扶直器所夹持的位置时，暂停沉桩，将机械手扶持位置向下调整到合适位置，观测桩身垂直度，无误后继续锤击沉桩；当桩身入土深度超过桩长2/3后，可移开机械手扶直器，连续锤击沉桩到设计标高，标高控制由陆上水准仪进行。 根据相关要求，根据导向架的长度沿着打桩轴线方向确定好桩位点，打入钢导桩。钢导桩采用T型结构，在H型钢焊接而成。钢导桩的作用是作为导向架头端的支撑点，导向架尾端挂在定位桩上并卡紧。如图3所示。
图3 在定位桩打设完成后，进行导向架安放。导向架采用300#H型钢，一段与定位桩通过螺栓联系起来，另外一端搁置在导向桩钢牛腿上，通过定位卡槽来保证H型钢梁之间的插桩宽度，导向钢梁长6-9m，导向架形成后续支护桩打设的导向装置。具体导向架的构造如图4所示。
图4 导向架构造图 Fig.4 Construction of Guide Frame 在导向架设置完成后，即可进行后续预制管桩的打设，采用机械手扶直器扶持桩体，来调节桩身垂直度，调整好后开始上锤，开始时同样是轻锤送桩，控制好桩身垂直度，当预制管桩入土稳定后，即可连续锤击沉桩，将预制管桩陆续送达设计标高。完成后，依次类推，陆续将预制管桩成排打设。
图5 厦门大噔岛翔安机场项目 3质量保证措施3.1预制管桩沉桩质量标准 预制管桩沉桩施工中，质量是关系到整个桩基础工程的关键，在施工过程中，需要要加强现场管理，严格各项质量控制措施，确保工程质量达到优良。相关质量标准如表1所示。
表1 沉桩质量标准 Table 1 Standard
for pile driving quality 3.2预制管桩沉桩质量控制措施 1）定位桩的控制 空心支护桩施工中要注意定位桩的重要性，施工中，要加强对定位桩平面控制，保证正位。同时，要注意对施工过程中，导向桩和导向架的设置，保证空心支护桩岸线的顺直，在每一次位移导向架时，都要采用仪器进行校核。 2）锤击高度 在硬软土互层中沉桩时，掌握各种土层的标高和桩尖所处的位置，当桩尖进入软土层时，控制好锤击高度，避免出现溜桩现象。 3）桩体质量 沉桩过程中出现贯入度反常或桩身位移，应查明原因，方可继续进行施工，桩运至现场后做好桩的验收，对存在质量问题的桩，必须退回。 4设备及人力投入4.1设备投入
4.2设备投入
图6 水上管桩吊打施工图 5文莱淡布隆大桥工程案例
图7 文莱淡布隆跨海大桥 5.1工程概况文莱淡布隆跨海大桥是文莱史上最大、最重要的基础设施工程线路。全长约30公里，建成后将把由文莱湾隔断的文莱本土和淡布隆区连成一体。全线共分为4个标段，CC1标为隧道及引桥部分，长3.8km，由于经济的原因暂时取消。CC2标为海洋高架桥部分，全长13.4km。CC3标航道桥及引桥部分1.1km。CC4标为原始森林高架桥，全长11.8km。 CC4项目全桥全线位于淡布隆国家森林公园，坐落于原始森林深处，无水、无电、无通讯信号。文莱国家对于环保要求极高，施工期间要求采用全程不落地工法施工，不允许修建栈桥和便道。施工完后需拆除所有临时设施，并将森林恢复原状。高架桥为左右幅双向四车道设计，断面全宽23m，单跨12m，每10跨为一联；采用预应力混凝土管桩+预制桩帽+预制双T梁的全预制结构形式；每墩8根管桩，相邻管桩间距2.82m。 5.2桩基础施工方案施工方法可以简略称为“桩上打桩，梁上运梁”，因此需要设计一个可方便、快捷移动的钢平台，具备足够的承载能力的施工平台。根据项目需求，独立开发了具备“桩上打桩、梁上运梁”功能的可移动式钢平台，全部基于英国标准设计，承载能力约300吨，共分为桩帽、桩顶横梁、延伸臂、导向架、T梁、平台板等7大部分，采用模数式组合设计，每次拆装仅需10个小时。 CC4标段采用预制管桩吊打技术，需穿越粉土层、细砂层及全风化岩层等复杂地层。每根管桩长度从60～80m不等，每节管桩长12m，采用180t履带吊+20液压打桩锤，进行预制管桩打入施工，并在自主设计的钢平台上进行，该种工艺在桥梁上运用十分罕见。 5.3施工质量控制及改善措施由于预制管本身较为脆弱，吊打工艺存在桩锤偏心、软硬地层不均匀、合理贯入度难以确定等因素，导致管桩容易产生破坏。主要的破坏形态有以下几种：桩尖破坏、桩头打裂、焊缝撕裂、桩身损伤。 产生桩身破坏的原因主要有以下几个方面： 1）偏心受力 液压油管（总重约1200kg）垂于一侧使锤体偏斜。锤帽内径比管桩外径大3cm，桩身晃动导致锤击力传递不均匀。 2）贯入度控制过严 根据Hiley公式计算的贯入度太小，以计算贯入度控制收锤，会导致锤击过度，造成桩头破坏和桩尖破坏。 3）桩尖形式对部分地层适应困难 地勘资料显示，部分地段岩层埋深较浅，闭口桩尖端板及米字板厚度较小，且米字板采用中尖形式，不适宜穿越较硬岩层。 针对于桩身破坏的问题，本工程共采用4项技术改善了管桩的打入质量： 1）优化锤帽结构 在锤帽内均匀加焊8条宽90mm、厚6mm的钢板，将单侧间隙由15mm减少到9mm，有效地保证了桩身和锤帽的同心度，同时大大减小桩身晃动，保护了接头焊缝。 2）优化桩尖结构 根据岩性不同，分别进行平底十字及平底米字桩尖设计。通过改善桩尖设计，使得管桩穿越硬质岩层能力大大提升，桩身破坏率明显降低。新型桩尖结构具如图8所示。
图8 新型桩尖结构 Fig.8 The structure of New Type
of Pile Tip 3）优化管桩结构 桩顶裂缝区长度为2m左右，在桩顶3m范围内加密箍筋，间距由100mm减小到50mm，锤击端裙边有原来的1.6mm改为3mm，以增加裙边对混凝土的包裹作用。 4）标准贯入度调整 对Hiley公式的参数进行调整，获得了较为合理的贯入度。 6吊打近海桩和栈桥桩贯入度方案分析6.1吊打桩贯入度系统简介吊打桩贯入度检测，主要包含以下设备：履带吊机一台，主要用于吊运打桩锤，同时设备用于固定的地基或者栈桥上；液压打桩锤一套（含动力站），以及按照打桩孔位布置的扶桩架3到5套；激光跟踪测距仪一套（配套控制系统），用来采集打桩数据以及控制液压锤和激光跟踪仪。如图9所示。
图9吊打桩贯入度检测系统 Fig.9 the System for Detecting
the Penetration of Suspended Piles 6.2现场规划布置检测通过激光跟踪仪随时跟踪锤当前的位置，在自动计算每10击桩的贯入度，通过软件计算出每锤的贯入度，同时可以通过控制系统采集当前液压锤的打击能量。并通过半闭环检测能够实行液压锤自动施工的状态（打击能量跟随设定贯入度自动调整）。 6.3激光跟随仪原理简介通过国际上先进的API或者徕卡的自动激光跟踪仪进行本次的方案的说明。同时可以根据其原理，进行简化，设计出相应低成本的激光跟踪仪运用与打桩检测场合上。 API或者徕卡激光跟踪仪精度在±0.01mm以上，而打桩进度控制在±10mm以上，优化成本空间巨大。 6.4激光跟踪系统坐标测量原理如图，设P（x，y，z）为被测空间点，假设点P 到点O 的距离为L，OP与z轴夹角及x轴夹角已知，则有如下关系：
其中角度值由安装在跟踪头上的两个编码器给出，距离值由跟踪头中的激光干涉仪给出。 6.5激光跟随仪原理
6.6目标靶镜原理入射靶镜的光束将沿原路返回，同安装目标靶镜在液压锤和扶桩器上，可计算每次锤击或者统一多次锤击导致的桩和锤的绝对沉降。 6.7测距部分的方案简介包括激光干涉法距离测量装置和放置在被测物体上的逆反射器等。干涉测距是利用光学干涉法原理，通过测量干涉条纹的变化来测量距离的变化量。一般的干涉测距只能测量相对距离，如果激光束被打断，则必须重新回到基点以重新初始化。通过IFM装置和ADM装置分别进行相对距离测量和绝对距离测量。IFM是基于光学干涉法的原理，通过测量干涉条纹的变化来测量距离的变化量，因此只能测量相对距离。而跟踪头中心到鸟巢的距离是已知固定的，称为基准距离。ADM装置的功能就是自动重新初始化IFM，获取基准距离。ADM通过测定反射光的光强最小来判断光所经过路径的时间，来计算出绝对距离。当反射器从鸟巢内开始移动，IFM测量出移动的相对距离，再加上ADM测出的基准距离，就能计算出跟踪头中心到空间点的绝对距离。 6.8桩角度检测简介包括方位角和高度角的角度编码器。其工作原理类似于电子经纬仪、马达驱动式全站仪的角度测量装置，包括水平度盘、垂直度盘、步进马达及读数系统，由于具有跟踪测量技术，它的动态性能较好，可以在桩的稳定初始位置记录和最终沉桩位置参数进行计算，可以有效的得出桩的垂直度状态。 6.9激光追踪简介API包括方位角和高度角的角度编码器。其工作原理由光电探测器（PSD）来完成。反射器反射回的光经过分光镜，有一部分光直接进入光电探测器，当反射器移动时，这部分光将会在光电探测器上产生一个偏移值，光电探测器根据偏移值会自动控制马达转动直到偏移值为零，实现跟踪反射器的目的。因此当逆反射器在空间运动时，激光跟踪头能一直跟踪逆反射器。类似于电子经纬仪、马达驱动式全站仪的角度测量装置，包括水平度盘、垂直度盘、步进马达及读数系统，由于具有跟踪测量技术，它的动态性能较好，可以在桩的稳定初始位置记录和最终沉桩位置参数进行计算，可以有效的得出桩的垂直度状态。 6.10测量功能简介API该部分用于读出距离变化量和两个编码器的输出脉冲数。与计算机之间进行大量的数据交换，计算机进行数据处理，实时显示运动目标的三维位置。激光跟踪器头围绕着两根正交轴旋转。每根轴具有一个编码器用于角度测量和一只直接供电的DC电动机来进行遥控移动。传感器头包含了一个测量距离差的单频激光干涉测距仪（IFM），还有一个绝对距离测量的装置（ADM）。激光束通过安装在倾斜轴和旋转轴交叉处的一面镜子直指反射器。激光束也用作为仪器的平行瞄正轴。挨着激光干涉仪的光电探测器（PSD）接收部分反射光束，使跟踪器跟随反射器。 6.11激光跟踪仪最先进状态全自动跟踪，不需要人员瞄准，测量速度快，每秒可达1000次，适用于动态目标检测。 6.12改进空间以及运用现有的激光跟踪仪精度非常高，由于该设备只要运用与打桩或者其他低进度现场。所以可进行国内优化进行降低成本设计。可大大的降低设备的研发和成品价格。具体工作原理可参考API或者徕卡等厂家提供的设备参数。 7结束语五创环保液压打桩锤匹配履带起重机实现预制管桩吊打法施工的应用效果显著，成桩垂直度≤3‰，成桩质量高。 本工程使用此施工工法极大提高了施工效率，且无油烟污染，施工现场整洁文明，有利于施工区域的生态环境保护。五创环保液压打桩锤预制管桩吊打法的应用在施工效率、成桩质量及对周边环境影响的控制方面效果明显，技术先进，为预制管桩的施工提供了新颖解决方案，具有明显的社会和经济效益。 参考文献 ［1］曾国熙等.桩基工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1995 ［2］左名麒等.基础工程设计与地基处理［M］.北京：中国铁道出版社，2000 ［3］刘金砺. 桩基工程技术进展［M］.北京：知识产权出版社，2005 ［4］建筑桩基技术规范JGJ94-2008［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008 END 来源：李军 我们致力于保护作者版权，内容来源均已标明出处，仅作传播分享知识作用， |
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