大直徑PHC管樁在東非海岸碼頭中的應用

廖周文 李林華

（中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210001）

新建Ro-Ro泊位碼頭工程位于坦桑尼亞前首都達累斯薩拉姆市達累斯薩拉姆港（簡稱達港）內，達港為東非第二大港（僅次于肯尼亞蒙巴薩港），東臨印度洋（Indian Ocean）。作為國家“一帶一路”倡議在非洲的重要支點，世界銀行融資貸款項目，同時也是中國交建近二十年來進入坦桑尼亞市場的首個水工項目，Ro-Ro泊位碼頭工程定位很高。項目采用預制大直徑PHC管樁基礎，技術標準以英標[1]為主，部分采用美標。文章以新建Ro-Ro泊位基礎施工為背景，通過對PHC管樁國內生產預制、海上運輸、水上沉樁及施工質量控制措施進行總結，為后續海外類似水工碼頭項目提供一些參考和借鑒。

1 工程概況

新建Ro-Ro泊位為高樁碼頭。樁基均為PHC管樁，共298根，其中直樁218根、斜樁80根；樁徑0.8 m、壁厚130 mm、保護層60 mm，樁長33～44.5 m。地質持力層主要為密實黏土質中粗砂層及黏土質珊瑚砂礫層（N=50/250～50/200）。

2 PHC管樁施工流程

2.1 PHC管樁預制

預制PHC管樁混凝土強度等級為C80，預應力筋屈服強度不小于1 420 MPa，采用離心旋轉成型及蒸汽養護工藝。樁尖為開口式鋼樁靴，材質為Q345B，長度分1.5 m和5.0 m兩種，工廠內完成焊接連接和驗收。

2.2 長距離海上運輸

2.2.1 廠內出運及散貨船裝卸

每根樁設置8個吊點，吊點采用油漆噴涂以便快速識別和區分；吊點禁止設在鋼樁靴上；散貨船裝卸過程中，每根樁通過淋水試驗進行外觀質量檢查。

2.2.2 海上運輸襯墊與加固

管樁底部墊10 cm×10 cm×200 cm方木10道，方木與樁軸線成90°，層間木方為100 mm×100 mm×600 mm，同一截面墊3根；在管樁兩側位置沿著縱向每邊焊接4個人字撐作為管樁止移裝置，底層PHC樁用三角木尖塞緊并用釘子固定在墊木上；捆綁鋼絲繩與PHC樁之間鋪蓋土工布，防止鋼絲繩損壞PHC樁；裝船固定完成后，覆蓋彩條布保護。

2.2.3 PHC樁轉堆

PHC樁堆存根據沉樁順序排放，避免取樁時多次“翻樁”，堆放區設立標志標牌，注明存樁數量、樁號等，每次取樁或新存樁需更新標牌內容，建立存樁取樁臺賬，安排專人管理，做好記錄，隨時查閱。

2.3 沉樁施工

2.3.1 主要沉樁機械

（1）打樁船。打樁船粵工樁6，樁架高60.4 m，平均吃水深度為2.1 m，主鉤額定起重量60 t，副鉤額定起重量40 t，可打樁長超過48 m水深，俯仰最大角度為18°，滿足項目吊樁、取樁及沉樁施工技術要求。

（2）樁錘。配置永安YC30液壓樁錘，錘芯重30 t，行程區間為20～150 cm，安裝于打樁船樁架上。

（3）樁墊。常用樁墊有兩種，即紙墊和木夾板+麻繩組合樁墊。項目經過試打樁及前期近50根PHC樁的沉樁實踐，總結出紙墊具有如下優勢：①紙質樁墊質量輕，樁工安放、替換速度快；高空作業時間短，安全風險相對小；②紙墊受力均勻，錘擊后可重復利用，樁身出現裂縫概率低；紙墊加工速度快，自行加工成本低。

項目最終采用厚度為27 cm、外徑800 mm、內徑530 mm的自加工紙墊，成樁效果良好。

2.3.2 測量準備

（1）采用樁船上的GPS實時控制船體的位置、方向和姿態，免棱鏡測距儀測定實際樁位，并與設計樁位坐標比較，移船就位，直至樁位滿足沉樁精度要求。

（2）利用樁架上的量角器和測傾儀控制樁身傾斜度，測量平臺全站儀進行輔助校核。

（3）樁架上的測高儀測量直樁樁頂標高，斜樁樁頂標高由測量平臺的全站儀測定。

（4）校核樁位及傾斜度。①計算測站與管樁中心坐標兩點間距離、與管樁外壁的距離L和方位角α，采用全站儀極坐標法，分別觀測得出L和α的值并與設計值進行比較，當兩個方向的偏差都滿足沉樁精度要求時，進行打樁系統精確定位。② 利用全站儀免棱鏡測量技術校核打樁系統控制精度，通過觀測管樁外壁一定距離上兩點分別到測站的平面距離L1和L2，傾斜角，S為兩點之間的距離，β<1.5°。

樁身側面傾斜度通過全站儀的豎絲與樁身側線的夾角來校核。同步跟蹤觀測，并將誤差反饋給打樁船控制室，以調整、修正系統參數。

2.3.3 取樁、立樁、穩樁

吊樁嚴禁捆綁吊帶在鋼樁靴上，離駁瞬間要迅速，避免拖樁、碰樁等。

立樁前測水深，防止樁尖觸及泥面。緊松錨纜，打樁船移離運樁駁，過程中緩緩立樁；樁架后傾，使PHC樁與龍門梃滑道成平行狀態，抱樁器合攏抱樁并鎖定。立樁完畢后，使用打樁系統粗定位，將打樁船移逐漸移近樁位。

立樁、抱樁后將樁緩慢下放，下放完畢后，檢查樁錘和樁身是否在同一軸線上，避免偏心錘擊。檢查定位精度，套錘穩樁。

2.3.4 錘擊沉樁

（1）錘擊沉樁之前檢查確認錨纜、樁身垂直度（傾斜度）；套替打，壓錘、穩樁；（2）再次復核，通過微調壓倉水或者樁架傾斜度微調樁位；（3）初始小跳高（20～30 cm）錘擊，隨時觀察沉樁情況，避免偏心錘擊；（4）正常錘擊沉樁，過程中實時記錄錘擊數及貫入度；注意錘擊貫入度變化，尤其軟硬地層相間區域，應及時調整錘擊能量；觀察樁身是否出現裂縫、樁頂是否破壞、檢查樁墊是否需要更換，如有異常情況，立即停止錘擊，分析異常原因后方可繼續沉樁；（5）錘擊過程應連續，不宜中斷過久，避免土體恢復、加大沉樁難度；（6）按終錘標準停止錘擊； 起錘、移船，沉樁完成。

終錘標準參考英國土木工程師協會沉樁與地連墻規范[2]，采用設計樁尖標高控制為主、貫入度控制為輔；結合前期試樁及試打樁結果，滿足以下三個條件之一，可以收錘：①最后三陣，每陣10擊，平均貫入度≤7 mm，且達到設計標高，停錘；②未達到設計標高，平均貫入度≤5 mm（最后三陣，每陣10擊），且樁尖距設計標高≤1.0 m，繼續錘擊30擊后，停錘；若此時樁尖距1.0 m<設計標高≤2.0 m，應采用高應變檢測確認是否可以停錘；③最后10擊平均貫入度小于3 mm，應停錘；檢查樁身質量，綜合評估總錘擊數、地質和貫入度的關系，并及時反饋設計。

終錘標準根據現場實際地質情況及時調整和修訂，并報工程師和設計師批準后執行。

2.3.5 高低應變檢測

沉樁檢測采用高應變檢測、低應變檢測或高低應變檢測一并進行。根據咨工及設計要求，高應變檢測按照PHC樁總量的10%控制，低應變檢測按照PHC樁總量的20%控制。

3 沉樁質量控制措施

3.1 樁身裂縫控制

（1）重錘輕擊，先用最小跳高錘擊1～3陣，然后合理增大跳高；（2）勤于觀察、復核樁身垂直度/傾斜度，減少偏心錘擊；（3）實時觀測樁墊的耗損情況，以便及時更換樁墊；（4）沉樁之前仔細檢查樁身開孔數量，避免出現水錘現象；（5）清除沉樁區域內的拋石層、混凝土塊及型鋼碎片等影響PHC樁沉樁的雜物，避免由于強行打入導致樁體發生裂縫。

3.2 裂縫封閉、修補

對裂縫兩側10 cm范圍內打磨，徹底清理污染物和海生物薄層；采用水下涂刷環氧重防腐涂料，覆蓋裂縫及兩側各10 cm范圍的區域。涂刷2遍，每遍涂刷厚度250 μm以上，總厚度不小于500 μm。先采用SHJ-UW087-B水下環氧重防腐涂料涂刷，封堵裂縫，再采用SHJ-UW087-C3水下環氧重防腐涂料涂刷[3]。

3.3 偏位及沖突控制

（1）沉樁過程中實時監控樁位，若出現微偏，通過謹慎收放錨纜或者調節樁架糾偏；（2）沉樁后及時割樁、夾樁，防止海浪沖擊或意外碰撞等造成樁基偏位、失穩；（3）嚴禁在已沉樁上帶纜，已沉樁區域設置警示錨標燈。

4 應用效果

4.1 節省工期

PHC樁采用國內工廠化預制，周期短、沉樁工藝成熟、樁檢效率高。以鉆孔灌注樁為例，完成一根長40 m、直徑800 mm的鉆孔灌注樁施工，平均需要約5～7 d，樁基檢測需等待28 d齡期；采用PHC樁沉樁施工，根據地質情況不同，平均一天可完成3～5根，成樁檢測僅需7 d，工效大大提高。新建Ro-Ro泊位碼頭工程成功應用PHC管樁，經過項目周密部署及科學安排，僅三個月時間即完成了全部298根PHC樁的沉樁施工，節省了工期，保障了項目施工進度。

4.2 質量可靠、安全風險低

PHC樁采用工廠化預制，質量穩定可靠，生產過程易于控制；PHC樁沉樁工藝成熟、流程簡單，沉樁過程可實時監測樁身質量；沉樁施工機械設備數量少，安全風險源少，且不需搭設輔助施工平臺，安全風險較低。

在新建Ro-Ro泊位碼頭工程PHC管樁沉樁施工中，經高應變、低應變成樁檢測，成樁合格率為100%，且安全事故率為零。

4.3 成本低、經濟效益高

根據項目前期的考察與分析，采用直徑800 mm鉆孔灌注樁綜合成本估算為3 000 元/延米，不考慮管理費、利潤、規費以及稅金，以40 m樁長為例，鉆孔灌注樁平均每根造價約為12萬元人民幣。而Ro-Ro泊位碼頭工程項目采用PHC管樁，每100根PHC樁國內生產成本約340萬元，海外運輸成本約360萬元，機械人工成本約100萬元，其他不可預見因素考慮10%，不考慮管理費、利潤、規費以及稅金，綜合成本約為880萬元，平均每根PHC樁成本約為8.8萬元，相比同直徑的鉆孔灌注樁成本較低，取得了較好的經濟效益。

5 結語

坦桑尼亞達港新建Ro-Ro泊位碼頭工程項目成功應用了大直徑PHC管樁作為結構基礎，節省了項目工期，有效緩解了進度壓力，降低了工程成本，取得了較好的經濟效益，同時也為長、大構件長距離海上運輸及類似海外工程建設積累了寶貴的經驗。