高桩码头PHC管桩锤击沉桩施工技术

高桩码头PHC管桩锤击沉桩施工技术

陈劲

44128219731026xxxx广东深圳518000

摘要：本文主要针对高桩码头PHC管桩的施工技术展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对水上PHC管桩沉桩施工的工艺流程作了详细的阐述，并提出了一些有效的施工技术，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：高桩码头；PHC管桩；施工技术

所谓的高桩码头，为透空结构，波浪放射小，对水流影响小的一种码头。在高桩码头的建设过程中，PHC管桩的施工对码头的整体建设有着极为重要的作用。因此，施工方需要采取有效的技术措施进行施工作业。基于此，本文就高桩码头PHC管桩的施工技术进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1工程背景

某码头工程水工结构包括码头、引桥及变电所平台三大部分组成。码头采用高桩板梁式结构，变电所平台采用高桩墩式结构，其基桩包括φ1.2m×54—57mPHC436根、φ1.2m×40—58m钢422根。引桥全长2919.954m，采用高桩墩台、预应力空心大板结构，基桩包括φ1.0m×59—60mPHC158根、φ1.0m×44—65m钢288根。PHC管桩在桩厂进行预制，经由桩驳运输至现场后进行沉桩作业，拟采用锤击沉桩施工工艺。

2水上PHC管桩沉桩施工技术

水上PHC管桩沉桩施工可划分为以下流程:沉桩前准备→运桩方驳抛锚驻位→打桩船移船取桩→吊、立桩入龙口→戴替打→移船就位→调整桩垂直度或斜度、扭角→桩自沉→测桩偏位、微调船位→压锤→锤击沉桩→满足设计要求、停锤→起锤和替打→移船取下一根桩。工艺流程如图1所示。

2.1沉桩前准备

(1)沉桩施工前，项目部根据甲方的坐标系，加密控制点于首级控制网形成一个闭合导线网，准备好桩位的坐标，并及时将数据输入电脑。先将每个桩位的坐标计算出来，并换算到GPS定位系统所要求的坐标系中，在岸上已知的坐标控制点设置参考站，进行联合调试，通过参考站安装GPS信号发射装置，沉桩船上的信号接受系统，保证定位精度。

(2)掌握潮位、流速和风力等情况，确保沉桩质量和沉桩安全。

(3)掌握详细的地质资料。认真研究工程地质勘察报告，对于沉桩区域的各断面硬土层标高和厚度做到心中有数，以便施工过程中预测沉桩阻力，确定相应的控制参数。

(4)PHC管桩打设前，了解沉桩现场是否有妨碍沉桩的障碍物。施工前，结合沉桩允许偏差，校核相邻桩基是否相碰。

在拟定沉桩顺序时需考虑以下几个方面:

(1)要考虑到工程的分段。在拟定分段长度时要考虑沉桩的方便，也要考虑各个工序在一个施工段里时间安排的均衡性与施工的安全性，实际工程中一般以结构段来分段。

(2)要考虑所有的桩位都能施打。为了操作简便，又能保证每根桩都能施打，常在桩位图上(CAD图)画出用同一比例尺的打桩船模拟尝试能否施打，定出打桩顺序。或可编制相应的计算机程序进行桩基工程仿真模拟分析。

(3)考虑水位、水深和风、浪、流的影响，打桩船的吃水和抛锚定位方法；

(4)考虑到土壤变形的影响。由于土壤受到压缩变形及孔隙水压力的复杂作用，各桩相互之间有一定影响，先打的桩的位置和高程可能受到后打的桩的挤动，由于土壤已被先打的桩挤实，后打入的桩可能遭遇沉桩困难，为了使先打的桩不影响后面桩的施打，码头沉桩通常采用阶梯形推进。

2.2PHC管桩装运

生产厂家根据项目部编制的落驳图进行管桩装驳出运，落驳有以下几点要求:

(1)根据提前编制的沉桩顺序确定管桩装船顺序，装船要求以先打入的后装船，后打入的先装船为原则，每驳叠放不超过3层，同时考虑驳船稳定性，同一层内，先用的放在两侧，后用的放在中间。按这些原则进行装船，可防止装卸时，因“偏载”而发生翻船事故。

(2)运桩驳船在管桩的两侧要加支撑，防止桩滚动，同时桩的各接触面都要加上垫木，且各层垫木应位于同一垂直面上，且位置偏差不应超过200mm。

(3)运桩驳船出发前桩身检查，驻场质量工程师在运桩驳船出发前检查管桩的长度、直径、轴线偏差、桩接头焊接、合格证、数量及管桩堆放顺序是否符合落驳图的要求。

2.3抛锚驻位、移船吊桩

打桩船是非自航船通过紧松锚缆移到运桩驳船，沉桩前，打桩船按照沉桩顺序要求合理抛锚驻位，锚艇抛锚布缆时，注意前抽心缆不能出现蹩桩现象，后抽心缆应做好标志。另外，沉桩过程中应根据潮位变化适当调整锚缆的长短。在起吊前对桩进行检查，同时起吊时尽可能减少桩身弯曲矢高，防止起吊时对桩带来损伤，必须严格按吊点位置捆钢丝绳，扣卸扣，平稳起吊。起吊时采用四点吊(吊点系数:0.10L、0.23L、0.34L、0.23L、0.10L)，吊点位置和设计吊点的位置偏差不超过200mm，钢丝绳与桩之间的夹角应≥45°。严密注意上索提升与下索下降的同步一致。此外，在钢丝绳与管桩之间垫橡胶垫保证桩身防腐涂层不被破坏。

2.4吊、立桩入龙口、套替打

通过紧松锚缆，沉桩船移离运桩驳船，桩平稳起吊到一定高度后进行立桩，吊桩高度要求不小于0.8L(L桩长)，足够的吊桩高度保证立桩过程中桩尖不触碰泥面，主吊索上升，副吊索下降，随着下降程度，副吊索逐个解去，使预PHC管桩成竖直状态。

替打要求具有足够的强度和刚度。替打与桩径相适应替打下端的桩帽套入桩端后应有一定间隙；替打用厚钢板焊接成型，替打顶部应该设有木垫或者钢丝绳等锤垫，80,000～100,000击应更换锤垫。替打与PHC管桩之间放置桩垫，桩垫起两个作用缓冲和减震，并减少桩头压应力，保护桩头不被破坏。桩垫材料选用纸垫(100～120mm、沉桩困难时150～200mm)或木垫(50～100mm)。立桩完毕，适当调整桩架的倾斜度和替打的高度，使上口嵌入替打，然后抱桩器合拢抱桩并锁定，使管桩与龙门梃滑道成平行状态(即同时成竖直状态)，根据“GPS定位系统”定位，将沉桩船移至桩位附近。

2.5移船精确定位

为了保证测量精度与沉桩施工的正位性，本工程沉桩采用双控的方法，在打桩船上采用GPS测量定位与陆上利用经纬仪或全站仪的前方交会法(角度交会在60～120°范围)测量定位相结合。

(1)操纵室通过观察沉桩船上的两台测距仪和操纵室控制台上的角度测量仪调整桩架的前后(打俯桩时前倾，打仰桩时后倾)倾斜度，将PHC管桩粗略调整至设计斜率。

(2)沉桩船的“GPS-RTK定位系统”根据接收到的GPS信号(数据链)及预先输入的单桩平面扭角(方位角)及平面坐标，计算出沉桩船姿态及管桩空间位置的图形和数据，并显示于操作间的显示屏之上。

(3)根据显示于显示屏上的沉桩船姿态及PHC管桩空间位置的图形与数据，通过锚机系统的运转精确调整沉桩船船体位置，并利用沉桩架液压系统调整桩架的向前或向后的倾角，使管桩到达图纸要求设计位置。

(4)测量人员通过复核GPS接收的数据链、输入沉桩定位系统的源数据及检查沉桩船桩架液压系统的仪表来检查管桩的位置是否正确。

(5)在打桩船GPS定位完毕后，需要在陆地采用常规测量方法对桩位进行校核。在陆上控制点处架设两台全站仪，利用两台全站仪的交会视线与桩控制标高上侧面相切，从而进行定位(即切线法定位)。岸线侧全站仪视线切圆桩的左侧或右侧；侧面的全站仪视线切在圆桩的临岸边线。当两种方法所控桩位重合时方可确定下桩。但对于斜桩，桩身倾斜度通过打桩船桩架上的测斜仪来控制，斜桩平面扭角的控制在岸侧架设第3台全站仪，在船艉中点设固定标杆一根，结合前2台全站仪已经将船艏桩位控制住的情况下，达到控制住船身方位角，间接达到控制住船艏所抱桩的扭角。从而使得打桩船扭摆方位符合设计桩位扭角要求。

2.6桩自沉、压锤

定位好后准备桩自沉，管桩下沉时由下向上逐根解除钢丝绳，在稳桩过程中，要缓、要稳，如PHC管桩桩身略有偏位可稍作调整，但切记不可生拉硬拽。在下桩过程中，在桩尖入土2～3m后，暂停下桩，对桩体进行进一步的校正，然后继续下桩，直至在桩体自重作用下，桩不再下沉为止，若桩入泥很深，有偏位不再拉桩纠偏。偏位较大的应通过设计采取“保桩不保位”的方法进行沉桩。压锤时应仔细观测桩身变化，及时进行调整，确保下桩正位率。

2.7锤击沉桩

开锤前应检查桩、桩锤、替打在同一轴线上，防止产生偏心锤击。各项准备工作做好后准备开锤，起始锤击时桩锤油门开1～2档，做到重锤轻击锤击阶段应注意防止溜桩，一旦出现溜桩现象，立即停锤，不跟打。进入正常锤击时，按设计要求调整至终锤时要求的档位。在施打过程中应通过测量仪器，利用桩面上的刻度，结合水位与标高对所沉桩进行观察与记录，直至锤击到设计所要求的贯入度或桩顶标高，并做好沉桩记录及桩偏位情况。

(1)停锤标准

沉桩结束的标准是要满足设计承载力的要求，有标高和贯入度两个指标，具体情况结合地质条件以及试桩参数确定。本工程沉桩以标高控制为主，贯入度校核，沉桩按以下原则控制：

①如沉桩过程中贯入度达到5mm，超高≤1.0m。则再打三阵，每阵各30锤即停锤，或打至设计标高停锤。

②如沉桩过程中贯入度达到5mm,1.0m＜超高≤3.0m,则继续锤击200击，或当贯入度≤3.5mm即可停锤。

③如桩顶标高＞3.0m，则及时与监理业主联系。

④如沉桩至设计标高贯入度仍＞15mm，则应继续锤击将桩顶最多打至设计标高以下40cm后停锤。

⑤如有异常情况及时与监理业主联系。

(2)沉桩结束后进行夹桩

沉桩之后，PHC管桩都有处于彼此没有联系的孤立状态，为了防止在风浪、水流及斜桩在自重作用下或其他外界因素的影响使基桩发生倾斜，偏位或其他损伤。基桩施打后，必须及时夹桩，增强其整体抗外力作用，保证其稳定性。

3PHC管桩施工心得

3.1质量保证措施

(1)打桩船吊起桩身对适当高度后再立桩入龙口，移船就位时要掌握水深情况，防止桩尖触及泥面，造成桩身损伤。

(2)在沉桩过程中须加强沉降、位移观测；桩基施打完成后定期测量其沉降位移，并做好记录，与夹桩完成后的桩心坐标及标高比对，直至桩基基本无沉降位移为止。

(3)观察潮流、径流影响，当流速影响沉桩时，应暂停沉桩作业。

(4)根据地质资料加强观测和指挥，做好出现“溜桩”的准备措施，采用重锤轻击，避免桩顶受损。一旦出现溜桩现象，立即停锤，不跟打。

(5)严禁利用施打完成的桩基系缆。并在已沉桩区域两端应设置标志，夜间设置红灯。移船过程中，防止缆绳牵动已经施打完毕的基桩。

(6)测量控制无误后再下桩，下桩时测量人员要全程监测，发现桩位偏位立即停止下沉，采取措施后可继续进行。在斜坡上下桩时，一般将桩尖往岸坡前移一定距离下桩，让桩顺斜坡向下滑移，待桩不再滑移时，再移船调整垂直度。

(7)下桩后应立即对桩身垂直度进行检查，检查桩身、替打、桩锤是否在同一条线上，是否处于桩架中心线上，若发现问题应立即调整。

(8)注意高潮水时，沉桩中高于桩顶最上面透气孔时，必须停止沉桩，防止桩顶碎裂。

(9)沉桩过程中遇到硬层时，降低锤击能，采用“重锤轻打”的方法，避免贯入度小的情况下因锤击能过大导致爆头或桩身出现裂缝；

3.2桩破损原因分析与预防措施

3.2.1桩头破损原因分析

(1)桩位水下存在石块，导致桩自沉时偏位且不垂直；

(2)海况较差，暗涌导致打桩船桩架不垂直，下桩时导致桩身不垂直；

(3)打桩船抛锚长度不够，船身稳定性较差，影响桩身垂直度；

(4)打桩船桩锤与替打不在同一条直线上，存在偏心锤击现象；

(5)根据地勘报告，沉桩区域个别桩位所处区域地质较硬，粗砾砂地质层中存在较厚的铁板沙，导致PHC管桩穿透砂层较困难，锤击数增大，导致爆头；

(6)因设计桩位较密，当沉桩数量达到一定数目后，挤土现象非常严重，地质土层变硬，穿透各土层时锤击数极大，导致PHC管桩在穿硬层时出现爆头现象；

(7)沉桩过程中采用硬纸壳材料的桩垫，锤击数较多时，变形严重，起不到缓冲作用。

3.2.2桩头破损预防措施

(1)沉桩前对沉桩区域水底进行探摸，对于大石块进行重新挖泥，避免受大石块影响；

(2)尽量避免在海况恶劣时施工；同时适当增加打桩船压舱水，以保持打桩船稳定；

(3)下桩时采用两台全站仪校核桩身垂直度，对于垂直度不合格的的桩立即调整，直至合格后方可沉桩；

(4)增加打桩船锚缆抛锚长度，通过锚缆增强打桩船稳定性，避免出现打桩船锚缆拉直绷紧的现象；

(5)定时检查打桩船桩锤与替打是否处于桩架的中轴线上，检查桩锤、替打和PHC管桩是否垂直，发现问题后立即调整；

(6)更换硬纸壳桩垫为木质桩垫，并采用两个木质桩垫，良好的缓冲锤击能量；

4结语

综上所述，PHC管桩施工对于高桩码头的建设有着十分重要的作用，因此，施工方需要制定科学合理的施工流程，并采取有效的技术措施做好工程的施工作业，以保障PHC管桩的施工质量，从而为高桩码头的建设打下坚实的基础。

参考文献

[1]刘勇.预应力混凝土方桩吊装技术在高桩码头中的应用探析[J].中国水运.2014（10）.

[2]李成兵.预应力高强度混凝土管桩施工技术[J].建筑工程技术与设计.2014（34）.