復雜條件下PHC管樁的施工技術

摘 要：文章通過某水工結構護岸的施工實例，提出復雜條件下PHC管樁沉樁的施工技術及實施措施，探討了施工過程中的質量控制要點，對類似施工環境條件的工程有借鑒意義。

關鍵詞：復雜條件 PHC管樁 施工技術

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-02

1 工程概況

某水工結構的護岸高樁平臺及防波堤，結構安全等級為二級，設計基準期為50年。平臺前沿線展開長度445 m，基礎全部采用Φ800 mm的PHC預應力管樁，樁間距4.0～6.0 m，其中A軸樁施工沿原防波堤結構海側坡腳處（見圖1），樁間距為5.5 m，設計樁長34 m。平臺后方為原有的防波堤，資料顯示，防波堤已形成2年，基礎經過打設水下排水板固結處理，且有少量拋石，堤身為袋裝砂圍堰及模袋混凝土護面結構，下部為厚1～2 m、重量10～100 kg的壓腳塊石，沿岸內側30 m處為游艇會地下室項目，基坑開挖時間與本工程樁基施工時間重合。根據地質勘測資料，場地地層皆為第四系全新統及上更新統的部分沉積物，按地層形成的時代、成因類型及工程地質特征劃分為5 個工程地質層及18 個工程地質亞層，樁基持力層為飽和、密實狀態的粉砂層。

2 沉樁工藝的選擇

2.1 工程環境條件分析

沉樁開工前首先對本工程施工環境和設計圖紙進行了研究分析和會審，發現以下因素將對工程施工安全、質量有很大

制約。

（1）施工區位于原護岸結構的岸坡上，選擇沉樁工藝時不僅要考慮水位的影響，又要考慮沉樁機械自重及沉樁過程中的震動對岸坡為定性的影響。

（2）沉樁前，需對原護底塊石清理，并破除模袋混凝土，破除護面后的圍堰抵擋風浪侵蝕和防滲透的作用減弱，高水位時會使后方游艇會地下室基坑發生管涌或流沙現象，甚至出現海水倒灌、基坑塌陷等安全事故。

（3）沉樁過程中，受到震動和摩擦作用，四周貼近樁壁的塊石會被樁“帶下”且與樁壁擠壓力增強，如不采取措施，塊石將對樁身造成擠壓破壞作用，過大的擠壓力將使樁壁擠碎擠破，必須采取措施予以防范。

（4）工程地質條復雜，樁基區域地層有沖填土、淤質粘土、淤泥、粉土、粉砂等地質構造，且各層分布混亂規律性差。穿越淤泥層時會出現溜樁，由于④2～④4層為密實粉土并含有大量貝殼碎，經分析該層較難入樁。

2.2 沉樁工藝的選擇

錘擊法是靠樁錘落到樁頂所產生的沖擊力將樁沉到土中，打樁過程PHC管樁承受的是沖擊荷載，樁不容易損壞，且在進入較強的持力層時成樁質量較好，同等條件下比靜壓法進入的持力層厚，同樣條件下錘擊PHC管樁單樁承載力約為靜壓樁的1.1～1.4倍。本工程A軸原坡面標高0.5～1.0 m，高潮時位于水下，低潮時露出水面，無法滿足水上沉樁設備吃水要求。因此，采用陸上打樁機進行沉樁的施工工藝。

3 施工過程中問題及解決辦法

3.1 沉樁前的“引孔”及樁身防護

PHC管樁不能直接穿透坡面上的塊石及模袋混凝土，為保證沉樁的順利實施，必須先在坡面樁位處設置“引孔”，然后在“引孔”中插入PHC管樁，錘擊至設計標高，實施步驟如下：

（1）用挖掘機將堤腳塊挖起，沿A軸鋪設一條寬約8 m的樁機施工平臺，平臺頂面高程+4.0 m，以便保證機械不受潮水影響。

（2）低潮位時進行樁位放樣，樁位處塊石清理。

（3）用風鎬進行模袋破除，為盡量減小破除面積，不影響模袋混凝土護面的原有功能，首先在模袋上精確放樣樁位，以放樣點為中心，破除直徑為1000 mm的圓孔。

（4）為防止沉樁過程中塊石對樁壁擠壓破壞，順著模袋破除處下沉護筒，護筒下沉至原有沙袋底面以下，如遇到圍堰底部拋石，繼續下挖清理拋石和沉放護筒，護筒直徑選為1000 mm，壁厚5 mm，長度根據挖孔深度現場截取，頂標高與樁基平臺一致。

（5）對護筒進行復定位并固定，保證其位置和垂直度，沿護筒周圍回填至平臺頂面高程，靠近護筒周圍用直徑60～90 mm的碎石回填，外側可用稍大粒徑塊石，以降低沉樁時對護筒及樁身的擠壓破壞。

3.2 溜樁的控制

一般表現為沉樁過程中突然貫入度變大，樁身加速下沉的現象。產生沉樁施工溜樁的原因主要有以下幾方面：第一，由不良地質條件引起的，比如土層中淤泥質土層厚度大或者黏土中的含水量高，土質呈軟塑或流塑狀態；第二，對樁基沉樁的樁錘選擇不當，比如樁錘選擇過大等；第三，樁基沉樁過程中對錘擊能量控制不當。經分析，本工程發生溜樁現象主要是由于不良地質條件引起的：由于圍堰已經形成2年，原圍堰下邊的軟基經過圍堰的壓載作用，形成一定厚度的硬土層，而較軟弱的淤泥②2層，厚度分布不均，其最大厚度達7.6 m，達到溜樁條件，由于軟弱層厚度的不均勻性，產生溜樁就沒有先兆性，難以預見。

該工程在沉樁過程初期發生溜樁現象時，及時與設計、監理單位進行溝通，設計單位首先提出了改變樁錘的方案，但由于該工程樁基數量不多，與打樁機匹配的樁錘是固定的，且樁錘的選用也根據相關規范與樁型、施打深度等參數相匹配，重新調遣新的樁機既耗時又耗力，因此該工程沒有調換樁錘。在此條件下，經過各參建單位充分研究分析的基礎上，主要采取了以下幾點措施：1）對已經產生溜樁的樁基及時進行高、低應變檢測，確保樁基的完整性和承載力沒有問題；2）嚴格控制沉樁速率，穿過軟弱土層前采取“重錘輕打”，對樁基沉樁采取謹慎施工，避免沉樁過程中對周圍土體的過大擾動。3）在計算承載力滿足的基礎上，調小樁基的傾斜度，達到沉樁更容易控制的效果。通過采取上述的措施，雖然后續還是有部分樁基產生溜樁，但溜樁程度和樁基貫入度明顯改善，施工也更加容易控制。

3.3 樁頂偏位

樁頂偏位可分為樁身傾斜或斷裂引起偏位和樁身質量完好、樁身無傾斜而整體偏位兩種情況。對于第一種情況，發生原因有：1）工程地質勘察的工作沒有做到位，發生地質突變現象或地質資料統計不完整，如本工程在樁身下沉過程中遇孤石使樁尖發生側滑而產生的樁頂偏位；2）處理措施不當或處理不及時，沉樁過程中發現初期傾斜超差，應按規程拔出、調整豎直并用“重錘輕打”的方式沉樁，直至樁身穩定后才能正常施打。

一般情況下，由樁身傾斜或斷裂引起的樁頂偏位數值較大，根據《水運工程質量檢驗標準》（JTS-257-2008）和設計文件，陸地沉樁允許偏差為：水平位置≤100 mm，樁身垂直度≤1%。

因此，若沉樁后PHC樁身完好且傾斜度在以1%內，可不作處理；若傾斜度超過1%，可根據情況進行PHC樁灌芯補強處理，必要時進行糾偏或補樁。如傾斜的樁基影響上部結構施工，或經計算上部施工后會產生有害的偏心力的情況，必須進行糾偏處理，施工時先用鉆頭在樁欲糾正側鉆孔，至一定深度，再用鉆頭鉆至預定位置，沖孔排水，使土體應力釋放后再用千斤頂或手拉葫蘆施加水平力把樁扶正，水平拉力和樁頂扶正速率應根據設計計算數據實施，經測量垂直度符合要求后填砂密實。糾偏后應按規定進行高、低應變檢測，以保證糾偏后樁身連續性及極限承載力符合要求。

由于樁身斷裂而引起的樁頂偏位，若斷裂位置較淺，可開挖后鑿去斷裂面以上部位，灌芯并接樁處理。斷裂面位置較深的情況，進行補樁，斷裂面位置可根據施工條件自行設定。

樁身質量完好、樁身無傾斜而整體偏位的情況，一般是由于施工定位不準而引起的，且偏位較小，可采用局部調整承臺和樁帽配筋等設計措施解決。

3.4 樁頭破裂

綜合考慮，樁頭破裂產生的原因有以下幾種：第一，管樁的質量不符合相關規定或標準要求；第二，養護不到位，或為搶工期，沉樁時未達到設計強度；第三，打樁過程的施工方法不當，錘過重、錘擊應力太大易將樁頭擊碎，錘過輕、錘擊次數過多易產生疲勞破壞；第四，樁錘、替打、樁身不在同一條垂直線上，樁錘偏心錘擊導致應力集中、樁頂受力不均致使樁頭破裂；第五，遇孤石、硬巖面或硬夾層，此時貫入度較小，未采取有效措施，繼續猛打出現樁頭破裂現象。

為防止樁頭破裂現象的發生，沉樁前應對產品質量進行復檢，杜絕使用不合格的PHC管樁，沉樁過程中，發現情況立即停錘，檢查分析后制定可行方案。經試樁與分析，④2～④4層屬硬夾層，在沉樁過程中，樁底標高進入該層時采用二檔沉樁，有效的避免了樁頭破裂的發生。出現樁頭破裂后通常的處理方法爆樁頭的部分用電鋸水平鋸掉，更換并增加樁墊厚度后繼續施打，若能滿足收錘標準，收錘后及時做大應變檢測，如果到不能滿足收錘標準再進行補樁。

3.5 接樁

本工程A軸樁長度為34 m，考慮到施工場地和現有打樁機械的限制，陸上打樁不能一次到位，要采取現場接樁措施，從廠家預定樁長為14 m、16 m短樁和20 m、18 m長樁，按照規范要求，短樁在下部、長樁在上部進行拼接。沉樁過程中，當第一節樁的樁頭距地面0.5～1.0 m時，開始進行接樁，接樁采用端板焊接連接，焊縫等級為二級。先將焊接面清刷干凈，再在第二節樁吊起并引導就位，當上下兩節PHC 樁對好后，對稱點焊4～6 點加以固定。由2名電焊工對稱施焊，焊接層數應大于等于3 層，內層焊渣必須清理干凈后再焊下一層，要保證焊縫飽滿連續。

焊接采用二氧化碳保護焊，焊縫不得凸出樁身，可與樁身外壁平起或凹進1～3 mm，

表面不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷，并按不小于20%的抽檢比例進行手工超聲波探傷。焊好的樁接頭應自然冷卻8 min以上，涂刷防腐涂層并自然晾干后方可錘擊沉樁，接樁的原則是接觸緊密，現場連接操作簡便，并要注意新接樁節與原樁節的軸線一致。

3.6 沉樁過程中的岸坡、基坑安全

考慮到PHC管樁沉樁期間震動的影響，對后方基坑支護結構進行加強，增加對基坑及岸坡位移觀測點的監測頻率，發現異常情況立即停止沉樁并通知有關單位，待問題解決后再繼續沉樁施工。施工觀測初始狀態大于48 h，沉樁開始后每10 min對距樁40 m以內的觀測點進行水平及垂直位移觀測記錄，每一根樁沉樁結束后，以及全部樁沉樁結束后1 h、3 h、

8 h、24 h及48 h的岸坡和基坑變形數據。變形控制值為沉樁過程中水平位移<2 mm/h，垂直位移為<2 mm/h，并設置警戒值為10 mm。同時在沉樁過程中對影響范圍內的岸坡、路面、基坑進行巡視檢查，如有明顯沉降、變形、裂縫、滲水、坍陷等異常情況及時采取措施。

4 結語

通過分析并充分考慮各種影響因素后，制定相應的沉樁工藝及實施措施，保證了施工的安全、順利進行，成樁率達100%，經高應變動力檢測和低應變動力檢測，單樁極限承載力、樁身質量都滿足設計要求。通過整個沉樁施工過程對岸坡與基坑的安全監測，變形最大值為5.7 mm，在規范允許范圍。實踐表明，文章提出的施工技術方案及相關質量控制措施是可行的，對類似環境條件的工程有實際參考價值。

參考文獻

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