水上沉PHC桩防断桩施工技术分析

水上沉PHC桩防断桩施工技术分析

刘野

中交第三航务工程局有限公司 浙江省宁波市 315200

摘 要：宁波镇海某新建码头工程，为高桩梁板式结构，桩基采用预制PHC桩。本文基于该工程中码头平台水上沉PHC桩频繁断桩情况，论述了水上沉PHC桩断桩分析、相应的提升措施及施工工艺的创新升级，旨在为今后的同类型工程提供相关经验。

关键词：高桩码头、PHC桩、断桩

1 前言

水上沉桩作为高桩码头施工重要分项工程影响着整个码头施工进度，对码头上部结构施工全过程质量控制及后期上部荷载对码头结构安全性、耐久性具有极大影响。PHC桩作为水上沉桩较为常见的桩型，因其节约成本，耐久性好等性能，常常作为首选桩型。

某新建码头工程，水上沉PHC桩共414根，该处地质条件复杂，施工质量与安全隐患较多。码头平台施工前，对该区域水上沉桩试沉桩4根，其中发生2根断桩，断桩率高达50%。因此对码头平台区域断桩情况进行分析，并对设计桩型进行调整，优化施工工艺，确保本工程沉桩施工顺利开展。

2 工程概况及自然条件

2.1 工程概况

本新建码头位于宁波镇海。本工程分为引桥和码头平台两部分。其中引桥长度1200米，其中水上段845米，共计48个排架，150根PHC桩。引桥桩长58米，直径800mm；

码头平台长度312米，宽度21米，共计42个排架，264根PHC桩。结构型式为高桩梁板式结构，采用桩基与倒T型现浇横梁直接连接，横梁上搁置预制纵梁，纵横梁不等高，面板采用叠合板。码头平台宽21m，排架间距8m, 每榀普通排架下布置有6根Φ800mmPHC桩，其中2对叉桩、2根斜桩。码头桩长62米到70米不等，直径800mm。

本工程PHC管桩，由钢桩靴及混凝土桩身组成。钢桩靴长度2米，包含肋板、端板、套筒三部分。先张法预应力混凝土管桩采用直径800mmB型，强度等级为C80。钢桩靴全部采用角焊缝。混凝土桩身壁厚110mm。

桩靴结构图如下：

2.2 自然地质条件

本工程施工期为11月-12月，冬季受冷空气影响，8级及以上大风频繁，浪高较高。工程海域是金塘水道和杭州湾之间的潮汐通道；涨潮时，外海潮波经过舟山本岛和宁波穿山半岛之间的的螺头水道和横水洋，进入金塘水道，随后出金塘水道西口，向西北方向传递进入灰鳖洋，进而上溯至杭州湾；落潮时，沿涨潮流原路返回东海。这构成了本测区涨、落潮流较为明显的往复流路由。各垂线的流路相对集中，往复流特征明显。最大落潮流速可达1.53m/s。

本工程海域地形总体上为西高东低，西部边滩沿岸等深线基本与岸线平行，岸滩断面地形分带明显，由潮间带滩地、水下斜坡和海床三部分组成。工程海域的海床整体宽阔平坦，高程-6～-12m，海域东部和南部潮流冲刷槽发育显著，其中金塘水道窄而深，平均高程-50m，最低高程可达-110m。通过金塘水道连接外海域，形成自金塘水道至杭州湾内的潮汐通道。海域宽度自北仑山附近的5km放宽至镇海澥浦的21km，放宽率约为1:1，平面形态呈喇叭状。

3 断桩分析及控制要点

3.1 发生问题

某日，项目打桩船陆续进行了码头部分四根Φ800mmPHC桩试沉桩施工，桩锤为D-100，吊桩采用六点吊。两根仰桩完好，两根俯桩断裂。

3.2 原因分析

（1）对预制PHC桩的本身质量进行检查

对于当日沉的四根PHC桩，首先检查桩基的合格证，同时对PHC桩出场前的各项检测报告进行检查。包括：桩身混凝土留置试块的抗压强度、钢结构渗透检测、PHC桩的小应变检测以及各项原材料合格证及抽检试验报告。同时对该批次其他桩基重新进行系统检查验收。包括PHC桩相关尺寸是否和图纸相对应，包括桩长，外径，内径，壁厚，桩靴长度等尺寸，并核对检测结果是否满足允许偏差。核对现场桩与合格证是否相符。外观检查，无蜂窝、露筋、裂缝，色感均匀，内表面混凝土无塌落。通过检查，排除了制桩和起吊运输影响断桩的可能性。

（2）检查施工过程中船机设备运行情况

通过对当日天气情况、涨落潮水动态、沉桩期间的潮位进行调查以及对船上施工人员进行走访，确认沉桩当日潮水情况正常，船机设备沉桩期间无异常，未发生走锚情况。同时对沉桩GPS数据进行分析，确认外部环境导致发生断桩的可能较小。

（3）对沉桩施工数据进行核查

首先对该日沉桩记录进行汇总，对相关桩基的施工参数进行对比，包括：相应的桩长、设计桩顶标高，实际桩顶标高，斜率、泥面标高、入土深度、最终贯入度、设计桩尖标高、实际桩尖标高、出场日期、制作日期、桩垫材料及厚度、桩的锤型、替打长度等数据。

（4）沉桩期间拉应力验算

桩裂损的产生，除了制造和起吊运输上的原因以外，主要是由于沉桩过程打桩应力超

过了桩的允许应力所造成。

对预应力混凝土管桩，锤击沉桩拉应力验算应满足下式要求:

其中为锤击拉应力分项系数，取1.15为锤击拉应力的标准值，可通过沉桩期间全过程检测进行检测并得出实际标准值。为管桩混凝土轴心抗拉强度设计值，C80混凝土轴心抗拉强度设计值

=2.22 MPa，为管桩混凝土有效预压应力值，可通过《水运工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程》（JTS167-8-2013）《附录A常用PHC管桩型号、规格和力学性能》取值。

通过计算，并根据补沉桩期间的锤击拉应力标准值的检测，得出水上沉俯桩期间锤击拉应力标准值过大，从而导致混凝土裂损，进而致使PHC桩断裂。

根据公司水上沉PHC桩长期施工经验，从而推断PHC桩断桩的可能为桩基长细比过大。预应力PHC桩的长径比：摩擦桩不大于100，端承桩不大于80。根据计算本工程最大PHC桩长径比为87.5。虽然本工程PHC桩为摩擦桩，但考虑施工区域地质条件中第二层土质为黏质粉土，层厚7.5m，饱和，为冲海相沉积的粉土。标贯击数12~15击。通过桩身自重及桩帽、桩锤自重（共计约63t）桩尖无法穿透，需要在此层开始空锤击打。因锤击时桩身自由长度太长，挠度过大，或造成桩身破坏。

3.3 防断桩控制措施

（1）沉桩前要对预制预应力PHC桩桩身混凝土强度进行检查，可通过检查出场前合格证及桩身混凝土留置试块的抗压强度。同时对预制桩的龄期进行检查，采用自然养护的，桩的龄期不得少于28天，当采取早强措施时，经论证，自然养护龄期可适当减少。因近海码头预应力PHC桩使用桩长度普遍较长，多为分节预制再进行拼接。拼接处一般最容易发生断裂，故出厂前，需对PHC桩桩身完整性及焊接质量进行检查。桩身完整性可通过小应变检测进行测量，焊接质量可通过包括超声波探伤、渗透检测等多种检测手段进行检测。确保所沉PHC桩桩基质量符合规范要求。

（2）为消除沉桩过程中水锤现象，混凝土管桩应在上部适当部位设置预留孔。一般为离桩顶2m左右，孔径宜为50mm，数量不得少于4个，沉桩完成后应立即封堵。

（3）沉桩前应对施工区域的地质情况进行了解，除土层种类及相应的标高、土力学性能参数等之外，还应对水下泥下管线进行排查，避免对水上沉桩造成障碍。同时应分析施工区域特殊地质分布情况，对特殊土质上的沉桩，需提前做好相应的应对措施。

（4）根据地质、桩型、桩的承载力、桩身结构强度、锤的性能及环保要求，并结合施工经验以及试沉桩情况，对桩的锤型进行选择。选用的锤型不同，可能导致预制PHC桩的桩头破碎，或造成桩身应力过大，从而发生断桩。在桩锤与桩身之间需设置桩垫木，具体材质及数量根据现场施工情况确定。

（5）锤击沉PHC桩过程中，应控制桩锤、替打和桩的三者在同一轴线上，随时查看桩顶是否出现碎裂情况，对桩身出现裂缝、贯入度异常等现象，及时记录。沉桩结束后，通过小应变检测对桩身完好情况进行检查。对沉桩过程中出现的质量缺陷或事故，要第一时间采取适当措施予以整改或补救，相关补救措施需与设计、监理、业主等单位进行沟通研究。

（6）安排专人对沉桩期间的气象、水文、天气情况进行了解记录，潮汐河口地区落潮流量大于涨潮流量，落潮流速大于涨潮流速，故落潮期间对打桩船的稳定影响更大，容易造成走锚等现象发生，容易造成断桩。所以尽量避免落潮流量大的大潮汛间沉桩。

（7）沉桩期间PHC桩泥面标高以上部分长度过长，因打桩船的晃动会造成桩身挠度过大。故需在打桩船上设置背板，具体背板形式、设置间距等需根据现场施工情况进行确定。

（8）桩基吊运过程中严格按照六点吊方式进行，安排专人提前在桩身上刻画吊点位置。具体六点吊的施工参数，可参照规范执行。

4 异常桩的处理

水上沉PHC桩在沉桩过程中，不可避免的出现异常桩现象。最常见的异常桩有：

（1）桩顶标高已达到设计标高，但是贯入度较大时，可采取继续沉桩措施，继续沉桩深度需与设计研究后决定；

（2）桩顶标高未达到设计标高，贯入度已满足设计要求的停锤标准，可根据桩顶标高到设计标高的距离进行判定是否继续沉桩。可能造成的原因与地层间的异常地层有关，可采取查看地勘报告等措施进行确定。但对于PHC桩，每根桩的锤击次数不宜超过2500击，且最后10米锤击次数不宜大于1500击。

（3）桩顶标高已达到设计标高或距离设计标高距离较小时，桩顶发生破碎，可采取切除桩顶破碎部分并进行环氧树脂包裹加固后，进行高应变检测。

（4）桩顶标高未达到设计标高，桩顶即发生破碎或桩身发生断桩时，应立即会同设计、监理、业主单位协调解决方案，一般可截桩后在原桩位（原设计桩顶标高处）进行补桩处理。

5 结语

水上沉PHC桩质量控制是高桩码头施工的关键步骤，对高桩码头的承载力及耐久性起着至关重要的作用。本文以宁波镇海某码头工程实例进行研究，对水上沉PHC桩断桩原因进行分析和总结，并提出相应的控制措施。为后续高桩码头水上沉PHC桩的质量控制提供有价值的结论参考。

参考文献

[1]中华人民共和国交通运输部.水运工程质量检验标准：JTS 257-2008[S].北京:人民交通出版社.2008

[2]中华人民共和国交通运输部.码头结构施工规范：JTS 167—2018[S].北京:人民交通出版社,2018.

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[4]薛媛.高桩码头PHC桩水上沉桩施工的质量控制[J].工程建设与设计.2021(5)：98-100