锤击沉桩是利用桩锤下落时的瞬时冲击力锤击桩头所产生的冲击机械能，克服土体对桩的阻力，使其静力平衡状态遭到破坏，导致桩体下沉，达到新的静压平衡状态，如此反复地锤击桩头，桩身也就不断地下沉。锤击沉桩是预制桩最常用的沉桩方法。该法施工速度快，机械化程度高，适应范围广，现场文明程度高，但施工时有挤土、噪音和振动等公害，对城市中心和夜间施工有所限制。

3.2.2.1　沉桩设备及选用

打桩所用的机具设备，主要包括桩锤、桩架及动力装置三部分。

桩锤——其作用是对桩施加冲击力，将桩打入土中；

桩架——其作用是支持桩身和桩锤，将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿着所要求的方向冲击；

动力装置——包括起动桩锤用的动力设施，如卷扬机、锅炉、空气压缩机等。

1.桩锤选择

桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油打桩锤和液压锤等。

单动汽锤　如图3-9所示，利用蒸汽（或压缩空气）的压力作用于活塞的上部，将桩锤（汽缸）上提。提升到一定高度后，通过排汽阀释放蒸汽，则桩锤（汽缸）靠自重下落打桩。单动汽锤冲击力较大，打桩速度较落锤快，每分钟锤击60～80次，锤重1.5～15t，适用于各种桩在各类土层中施工。

双动汽锤　如图3-10所示，锤体上升原理与单动汽锤相同，但与此同时，又在活塞上面的汽缸中通入高压蒸汽，因此锤芯在自重和蒸汽压力作用下向下锤击桩头，所以双动汽锤的冲击力更大，频率更快（每分钟达100～120次），锤重为0.6～6t，适用于一般的打桩工程，并能用于打钢板桩、水下桩、斜桩和拔桩。

图3-9　单动汽锤工作原理示意图

1—汽缸；2—活塞杆；3—活塞；4—活塞提升室；5—进汽口；6—排汽口；7—换向阀门

图3-10　双动汽锤

1—桩；2—垫座；3—冲击部分；4—蒸汽缸

柴油锤　分为导杆式、活塞式和管式三类，如图3-11所示。它的冲击部分是上下运动的汽缸或活塞。锤重0.22～15t，每分钟锤击40～70次。柴油锤的工作原理是当冲击部分落下时，压缩汽缸里的空气，柴油以雾状射入汽缸，由于冲击作用点燃柴油，引起爆炸，使在锤击向下移动的桩又施以附加的冲力，同时推动冲击部分向上运动。柴油锤击本身附有机架，不需附加其他动力设备，目前应用广泛。

图3-11　柴油锤构造原理图

液压锤　是在城市环境保护要求日益提高的情况下研制出的新型、低噪音、无油烟、能耗省的打桩锤。它是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，令其往返实现夯击作用，将桩沉入土中。我国已研制成功液压锤，即将用于打桩工程。

总之，桩锤的类型应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择。

桩锤类型选定之后，还要确定桩锤的重量，宜选择重锤低击。桩锤过重，所需动力设备也大，不经济；桩锤过轻，必将加大落距，锤击功能很大部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易被打坏，保护层可能振掉。轻锤高击所产生的应力，还会促使距桩顶1/3桩长范围内的薄弱处产生水平裂缝，甚至使桩身断裂。因此，选择稍重的锤，用重锤低击和重锤快击的方法效果较好。一般可根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等决定。

按桩锤冲击能选择锤重，依下式：

式中　E——锤的一次冲击动能（kN·m）；

P——设计单桩竖向极限承载力标准值（kN）。

按式（3-1）选出的桩锤，应按所施打桩的重量，用以下经验公式复核，以决定是否采用。

式中　M——桩锤重（kN）；

C——桩重（包括送桩、桩帽和桩垫重），以kN计；

W——桩锤一次冲击能（kN·m）；

K——桩锤的适用系数，双动汽锤和柴油锤K≤5.0；单动汽锤K≤3.5；落锤K≤2.0。

也可根据施工经验，参照表3-1选用桩锤重量。

2.桩架选择

选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组的高度来决定。此外，还应留1～2m的高度作为桩锤的伸缩余地。

常用的桩架形式有下列三种：滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架。

表3-1　锤重选择参考表

注：1.本表仅供选锤参考，不能作为确定贯入度和承载力的依据；
2.适用于20～60m长预制钢筋混凝土桩，40～60m长钢管桩，且桩端进入硬土层一定深度；
3.标准贯入击数为未修正的数值；
4.锤型根据日式系列；
5.钢管桩按Ⅰ级钢考虑。

滚筒式桩架　行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动，优点是结构比较简单，制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多。适用于预制桩和灌注桩施工，见图3-12。

多功能桩架　多功能桩架的机动性和适应性很大，在水平方向可作360°旋转，导架可以伸缩和前后倾斜，底盘下装有铁轮，底盘在轨道上行走。这种桩架可适用于各种预制桩和灌注桩施工（见图3-13）。

履带式桩架　以履带式起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成。移动方便，比多功能桩架更灵活，可适用于各种预制桩和灌注桩施工（见图3-14）

3.垫材的选择

为提高打桩效率和沉桩精度，保护桩锤安全使用和桩顶免遭破损，应在桩顶加设桩帽，见图3-15，并根据桩锤和桩帽类型、桩型、地质条件及施工条件等多种因素，合理选用垫材。位于桩帽上部与桩锤相隔的垫材称为锤垫，常用橡木、桦木等硬木按纵纹受压使用，有时也可采用钢索盘绕而成。近年来也有使用层状板及化塑型缓冲垫材。对重型桩锤尚可采用压力箱式或压力弹簧式新型结构锤垫。桩帽下部与桩顶相隔的垫材称为桩垫。桩垫常用松木横纹拼合板、草垫、麻布片、纸垫等材料。垫材的厚度应选择合理。

图3-12　滚筒式桩架

1—枕木；2—滚筒；3—底座；4—锅炉；5—卷扬机；6—桩架；7—龙门；8—蒸汽锤；9—桩帽；10—缆绳

图3-13　多功能桩架

1—枕木；2—钢轨；3—底盘；4—回转平台；5—卷扬机；6—司机室；7—平衡重；8—撑杆；9—挺杆；10—水平调整装置；11—桩锤与桩帽

图3-14　履带式桩架

1—导架；2—桩锤；3—桩帽；4—桩；5—吊车(www.daowen.com)

图3-15　桩帽

4.送桩器

桩基施工一般均在基础开挖前施工，要将桩顶打至地表以下的设计标高，就要采用送桩器送桩。

随着高层大型建筑物的兴建，基础顶部的埋深越来越深，此类工程桩基施工的送桩也随之加深，最深可达10～15m。

送桩器一般用钢管制成，送桩器制作要求：要有较高的强度和刚度；打入时阻力不能太大；能较容易地拔出；能将锤的冲击力有效地传递到桩上。图3-16为送桩器的一种形式。

图3-16　送桩器

3.2.2.2　沉桩顺序

由于打桩对土体的挤密作用，使先打的桩因受水平推挤而造成偏移和变位，或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩因土体挤密，难以达到设计标高或入土深度，或造成隆起和挤压，截桩过大。所以，群桩施打时，为了保证打桩工程质量，防止周围建筑物受挤土的影响，打桩前应根据桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架移动方便程度来正确选择打桩顺序。

当桩较密集时（桩中心距小于或等于四倍桩边长或桩径），应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打，如图3.17（c），（d）。这样，打桩时土体由中间向两侧或向四周均匀挤压，易于保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。

当桩较稀疏时（桩中心距大于四倍桩边长或桩径），可采用上述两种顺序，也可采用由一侧向单一方向施打的方式（即逐排打设）或由两侧同时向中间施打，如图3-17（a），（b）。逐排打设，桩架单方向移动，打桩效率高。但打桩前进方向一侧不宜有防侧移、防振动的建筑物、构筑物、地下管线等，以防被土体挤压破坏。

图3-17　打桩顺序

当桩规格、埋深、长度不同时，宜先大后小，先深后浅，先长后短施打。当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。当桩头高出地面时，桩机宜采用往后退打，否则可采用往前顶打。

3.2.2.3　沉桩工艺

沉桩过程包括：场地准备（三通一平和清理地上、地下障碍物）、桩位定位、桩架移动和定位、吊桩和定桩、打桩、接桩、送桩、截桩。

在桩架就位后即可吊桩，利用桩架上的卷扬机将桩吊成垂直状态送入导杆内，对准桩位中心，缓缓放下插入土中。桩插入时校正其垂直度偏差不超过0.5%。桩就位后，在桩顶安上桩帽，然后放下桩锤轻轻压住桩帽。桩锤、桩帽和桩身中心线应在同一垂直线上。在桩的自重和锤重作用之下，桩向土中沉入一定深度而达到稳定。这时再校正一次桩的垂直度，即可进行沉桩。为了防止击碎桩顶，应在混凝土桩的桩顶与桩帽之间、桩锤与桩帽之间放上硬木、粗草纸或麻袋等垫材作为缓冲层。

打桩时为取得良好效果宜用“重锤低击”。桩开始打入时，桩锤落距宜低，一般为0.6～0.8m，使桩能正常沉入土中。当桩入土一定深度（约1～2m），桩尖不易产生偏移时可适当增大落距，并逐渐提高到规定的数值，连续锤击。打桩入土的速度应均匀，锤击间歇的时间不要过长。打桩过程中应经常检查打桩架的垂直度，如偏差超过1%则及时纠正，以免桩打斜。打桩时应观察桩锤的回弹情况，如回弹较大，则说明桩锤太轻，不能使桩沉下，应及时予以更换。随时注意贯入度的变化情况，当贯入度骤减，桩锤有较大回弹时，表明桩尖遇到障碍，此时应将锤击的落距减小，加快锤击。如上述现象仍然存在，应停止锤击，研究遇阻的原因并进行处理。打桩过程中，如突然出现桩锤回弹、贯入度突增、锤击时桩弯曲、倾斜、颠动、桩顶破坏加剧等，则表明桩身可能已经破坏。

当桩顶设计标高在地面以下时，需用专制的送桩器加接在桩顶上，继续锤击将其送沉地下。为保证打桩质量，应遵循如下停打原则：桩端（指桩的全断面）位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考；桩端达到坚硬、硬塑的粘土、中密以上的粉土、碎石类土、砂土、风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高可作参考；贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值加以确认。必要时施工控制贯入度应通过试验与有关单位会商确定。

打桩过程应做好测量和记录，用落锤、单动汽锤或柴油锤打桩时，从开始即需统计桩身每沉1m所需的锤击数。当桩下沉接近设计标高时，则应以一定落距测量其每阵（10击）的沉落值（贯入度），使其达到设计承载力所要求的最后贯入度。如用双动汽锤，从开始就应记录桩身每下沉1m所需要的锤击时间，以观察其沉入速度。当桩下沉接近设计标高时，则应测量桩每分钟的下沉值，以保证桩的设计承载力。

混凝土预制桩打设后桩位允许偏差，应符合表3-2的规定。按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm。

表3-2　预制桩（钢桩）位置的允许偏差

注：由于降水、基坑开挖和送桩深度超过2m等原因产生的位移偏差不在此表内。

混凝土管桩、钢管桩的沉桩工艺与混凝土实心方桩基本相同。

3.2.2.4　接桩

当施工设备条件对桩的限制长度小于桩的设计长度时，需采用多节桩段连接而成。这些沉入地下的连接接头，其使用状况的常规检查将是困难的。多节桩段的垂直承载能力和水平承载能力将受其影响，桩的贯入阻力也将有所增大。影响程度主要取决于接头的数量、结构形式和施工质量。规范规定混凝土预制桩接头不宜超过两个，预应力管桩接头数量不宜超过四个。良好的接头构造形式，不仅应满足足够的强度、刚度及耐腐蚀性要求，而且也应符合制造工艺简单、质量可靠、接头连接整体性强与桩材其他部分应具有相同断面和强度，在搬运、打入过程中不易损坏，现场连接操作简便迅速等条件。此外，也应做到接触紧密，以减少锤击能量损耗。

接头的连接方法有：焊接法、浆锚法、法兰法三种类型。

焊接法接桩适用于单桩承载力高、长细比大、桩基密集或须穿过一定厚度较硬土层、沉桩较困难的桩。焊接法接桩的节点构造如图3-18所示，焊接用钢板、角钢宜用低碳钢，焊条宜用E43；上、下节桩对准后，将锤降下，压紧桩顶，节点间若有间隙，用铁片垫实焊牢；接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩长1‰，且不大于20mm；施焊前，节点部位预埋件与角铁要除去锈迹、污垢，保持清洁；焊接时，应先将四角点焊固定，再次检查位置正确后，应由两个对角同时对称施焊，以减少焊接变形，焊缝要连续饱满，焊缝宽度、厚度应符合设计要求。

图3-18　焊接法接桩节点构造

1—4L50×5长200（拼接角钢）；2—4-100×300×8（连接钢板）；3—4L63×8长15（0与立筋焊接）；4—φ1（2与L63×8焊牢）；5—主筋

浆锚法接桩可节约钢材、操作简便，接桩时间比焊接法要大为缩短。在理论上，浆锚法与焊接法一样，施工阶段节点能够安全地承受施工荷载和其他外力；使用阶段能同整根桩一样工作，传递垂直压力或拉应力。因在实际施工中，浆锚法接桩受原材料质量、操作工艺等因素影响，出现接桩质量缺陷的机率较高，故应谨慎使用。一般应用于沉桩无困难的地质条件，不宜用于坚硬土层中。

浆锚法接桩节点构造如图3-19所示。接桩时，首先将上节桩对准下节桩，使四根锚筋插入锚筋孔（孔径为锚筋直径的2.5倍），下落上节桩身，使其结合紧密。然后将它上提约200mm（以四根锚筋不脱离锚筋孔为度），此时，安设好施工夹箍（由四块木板，内侧用人造革包裹40mm厚的树脂海绵块而成），将熔化的硫磺胶泥（温度控制145°左右）注满锚筋孔和接头平面上，然后将上节桩下落，当硫磺胶泥冷却并拆除施工夹箍后，即可继续加荷施压。

图3-19　浆锚法接桩节点构造

1—锚筋；2—锚筋孔

为保证硫磺胶泥接桩质量，应做到：锚筋刷清并调直；锚筋孔内应有完好螺纹，无积水、杂物和油污；接桩时接点的平面和锚筋孔内应灌满胶泥；灌注时间不得超过2min；灌注后停歇时间应符合表3-3的规定。

表3-3　硫磺胶泥灌注后需停歇的时间

法兰法接桩主要用于混凝土管桩，如图3-20所示，由法兰盘和螺栓组成，接桩速度快，但法兰盘制作工艺较复杂，用钢量大。

法兰盘接合处可加垫沥青纸或石棉板。接桩时，将上下节桩螺栓孔对准，然后穿入螺栓，并对称地将螺帽逐步拧紧。如有缝隙，应用薄铁片垫实，待全部螺帽拧紧，检查上下节桩的纵轴线符合要求后，将锤吊起，关闭油门，让锤自由落下锤击一次，然后复紧一次螺帽，并用电焊点焊固定；法兰盘和螺栓外露部分涂上防锈油漆或防锈沥青胶泥，即可继续沉桩。

钢管桩接桩一般采用焊接法接桩，如图3-21所示。但桩的分节长度应结合地质状况综合考虑，避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。接桩时，首先要清除上下节桩接触端上下30～50mm内的铁锈、油污等杂质，保持干燥，下节桩顶经锤击后的变形部分应削除，上下节桩焊接时应校正垂直度，对口的间隙为2～3mm，接头焊接应对称进行；应用多层焊，钢管桩各层焊缝的接头应错开，焊渣应清除；每个接头焊接完毕，应冷却一分钟后方可锤击。焊接质量按规定进行外观检查，此外还应按接头总数的5%做超声或2%做X拍片检查，在同一工程内，探伤检查不得少于3个接头。

图3-20　管桩法兰接桩节点构造

1—法兰盘；2—螺栓；3—螺栓孔

图3-21　钢管桩接长

3.2.2.5　截桩头

当桩顶露出地面并影响后续桩施工时，应立即进行截桩头，而桩顶在地面以下不影响后续桩施工时，可结合凿桩头进行。

截桩头前，应测量桩顶标高，将多桩头多余部分截除，预制混凝土桩可用人工或风动工具（如风镐等）来截除。混凝土空心管桩宜用人工截除。无论采用哪种方法均不得把桩身混凝土打裂，并保持桩身主筋伸入承台内的锚固长度。粘着在主筋上的混凝土碎块要清除干净。当桩顶标高在设计标高以下时，应在桩位上挖成喇叭口，凿去桩头表面混凝土，凿出主筋应焊接接长至设计要求的长度，再用与桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑。

钢管桩可用长柄氧乙炔内切割器伸入管内进行粗割，使管顶高出设计标高150～200mm，并用临时钢盖板覆盖管口，待挖土时再边挖土边拔管，以确保安全。混凝土垫层浇灌后，进行钢管桩的精割。先用水准仪在每根钢管桩上按设计标高定上三点，然后按此水平标高固定一环作为割刀的支承点，切割整平后放上配套桩盖焊牢，再在钢管桩顶端焊以基础锚固钢筋。