預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在實(shí)例工程沉樁過程的斷裂分析及處理

蔣云花 胡欣

摘 要：珠海港某件雜貨碼頭工程，碼頭樁基采用PHC樁。在沉樁過程中出現(xiàn)大量樁基樁頭爆裂及樁身縱向裂縫現(xiàn)象，本文通過介紹該項(xiàng)目的沉樁過程分析及采用的修補(bǔ)方案、處理效果，供類似項(xiàng)目參考。

關(guān)鍵詞：碼頭 PHC樁 裂縫 處理

1.工程概況

本工程位于珠海市西區(qū)珠海港高欄港區(qū)南水作業(yè)區(qū)，在粵裕豐原料配套碼頭下游約170m處，東南方向緊臨高欄港干散貨碼頭，西北向?yàn)橹楹ｋ姀S和珠江鋼管珠海基地碼頭。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為1個5000噸級雜貨泊位和1個3000噸級件雜貨泊位，結(jié)構(gòu)按5萬噸級考慮預(yù)留，碼頭通過3座引橋與后方陸域連接。碼頭長270m，寬35m，接岸引橋長90m，護(hù)岸結(jié)構(gòu)長320m。

本項(xiàng)目PHC樁樁基在施工過程中出現(xiàn)了大量樁基樁頭打裂，樁身裂縫等問題。本項(xiàng)目原設(shè)計為332根PHC樁，實(shí)際施打了341根PHC樁，其中增加的9根樁位補(bǔ)樁，其中32根樁樁頭被打裂，占總比例的10%，15根樁出現(xiàn)樁身透水，占總比例的4.52%。出現(xiàn)問題的樁占總樁數(shù)的16.9%。

2.設(shè)計條件及樁基方案

2.1地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察報告揭示，勘察場地部分處于海水面之下，水深2.50～3.30m，水淺的地方在低潮時會出露。在地貌上屬于海陸交互相堆積地貌。樁基范圍的各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

2.2荷載

均布荷載：碼頭前樁臺均布荷載40kN/m2；碼頭后樁臺均布荷載80kN/ m2；引橋均布荷載30kN/m2。

門機(jī)荷載：碼頭前沿配置2臺25t-35m門機(jī)和2臺40t-35m門機(jī)。

流動機(jī)械荷載：80t平板掛車，軸荷載 3×330kN。

2.3樁基方案

根據(jù)本工程地質(zhì)條件，工程所在地上覆淤泥、淤泥質(zhì)土等承載能力差的軟土很厚，平均厚度約20m，可作為持力層的強(qiáng)風(fēng)化巖層埋藏較深，結(jié)合本工程碼頭的使用要求、荷載條件，本碼頭結(jié)構(gòu)采用高樁結(jié)構(gòu)方案，樁基采用PHC樁方案。碼頭共布置288根PHC樁，PHC樁樁型為？1200mm×150mm的B型PHC樁。引橋共布置100根樁，其中PHC樁44根，灌注樁56根，PHC樁樁型為？1000mm×130mm的B型PHC樁與？1200mm灌注樁。

3.PHC樁的沉樁施工及斷裂

3.1沉樁施工

（1）根據(jù)本工程的設(shè)計樁長、樁基規(guī)格和基槽挖泥深度，沉樁船擬選用盛華工02，打樁錘選用D138柴油錘，每分鐘錘擊次數(shù)36 ～45次，每次爆發(fā)能量294700～459800 N.m，另一臺D100柴油錘備用。

（2）沉樁順序考慮預(yù)制構(gòu)件吊裝、船機(jī)設(shè)備進(jìn)出及?？糠绞?、砼輸送方式和打樁船本身性能，確定沉樁順序，分兩個階段沉樁。第一階段：沉樁順序考慮先完成中間（2#）引橋基樁，再施打后樁臺（結(jié)構(gòu)段六、七及結(jié)構(gòu)段五、八部分）、前樁臺（結(jié)構(gòu)段二、三及結(jié)構(gòu)段一、四部分）基樁，由岸側(cè)往海側(cè)、中間往兩端呈階梯形展開；第二階段：兩端（1#、3#）引橋、后樁臺（結(jié)構(gòu)段五、八剩余部分）及前樁臺（結(jié)構(gòu)段一、四剩余部分）基樁考慮在中間（2#）引橋全部梁板及后樁臺大部分梁板安裝完成后再施打。

（3）PHC樁樁墊采用麻繩制作而成，厚度16cm。替打長度1.8m，替打頂部設(shè)鋼板和鋼絲繩，錘擊力作用于替打的鋼板和鋼絲繩上。3.2樁基施工監(jiān)測

在沉樁附近岸邊，架設(shè)一臺水準(zhǔn)儀，對樁自沉、壓錘、施打的全過程進(jìn)行監(jiān)控，隨時提供樁尖高程、入土深度及樁頂高程，并測定最后10cm平均貫入度及樁尖最終高程。樁基沉樁以貫入度為控制，樁端標(biāo)高為校核。

（1）當(dāng)樁端達(dá)到設(shè)計標(biāo)高且最后10擊平均貫入度e<5mm時可停錘。

（2）當(dāng)已達(dá)到控制貫入度，而樁端未達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，應(yīng)繼續(xù)錘擊10cm或30～50擊，至其貫入度平均值不大于5mm/擊，且樁端距設(shè)計標(biāo)高不大于3m可以停錘，否則應(yīng)及時與設(shè)計溝通，以明確是否進(jìn)行動測確定其承載力。

（3）當(dāng)樁端達(dá)到設(shè)計標(biāo)高而貫入度仍大于5mm/擊時，應(yīng)繼續(xù)沉樁0.5～1.0m，貫入度仍然較大者，應(yīng)進(jìn)行其動測確定其承載力和樁身的完整性。

3.3樁基檢測

樁基檢測要求進(jìn)行高、低應(yīng)變動力檢測，在沉樁時進(jìn)行承載力測試為初打測試，打樁后讓樁周土恢復(fù)一定時間，然后再進(jìn)行高應(yīng)變復(fù)測。高應(yīng)變動力檢測數(shù)量不少于14根，比率為2%～5%，低應(yīng)變動力檢測數(shù)量不少于40根，比率不宜少于10%。樁基在施工過程中出現(xiàn)了大量樁基樁頭打裂，樁身裂縫等問題。針對出現(xiàn)問題的樁基，采用高應(yīng)變法對樁體進(jìn)行了承載力檢測，檢測結(jié)果為樁基承載力大于800t，則滿足設(shè)計要求。采用低應(yīng)變法對樁體進(jìn)行了完整性檢測，樁身裂縫的類型、數(shù)量、寬度及長度等，決定有效樁長是否滿足設(shè)計要求。

4.PHC樁的斷裂分析及處理方案

4.1PHC樁的斷裂分析

本項(xiàng)目PHC樁的斷裂經(jīng)樁基施工監(jiān)測及樁基檢測表明主要有以下幾個原因：

（1）某批次管樁生產(chǎn)齡期剛滿20天，管樁生產(chǎn)期間恰逢連續(xù)低溫，導(dǎo)致管樁砼強(qiáng)度上升緩慢，在管樁強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計要求就進(jìn)行了施打。

（2）樁基施打時采用的樁錘是D-138柴油錘（設(shè)計建議采用D120柴油錘），實(shí)際施工時替打的樁墊采用的是木墊，樁基施打時樁錘能力選擇過大，錘擊力作用于替打的木墊和鋼絲繩上，木墊未能達(dá)到鋼板的作用效果。

（3）設(shè)計階段樁基持力層基本設(shè)計到達(dá)砂巖，且沉樁要求以貫入度為控制，以樁端標(biāo)高作為校核。要求當(dāng)貫入度已達(dá)到，而標(biāo)高未達(dá)到時，應(yīng)繼續(xù)錘擊貫入100mm或錘擊30 ～50擊，其平均貫入度不應(yīng)大于控制貫入度，且樁端標(biāo)高不宜與設(shè)計標(biāo)高相差3m，實(shí)際是樁尖已進(jìn)入中粗砂層就已經(jīng)很難繼續(xù)打入了，且承載力已經(jīng)滿足要求的情況下繼續(xù)打樁，容易樁頭爆裂。

4.2PHC樁斷裂的處理

（1）樁頭被打裂時，破裂處加兩道抱箍后繼續(xù)施打，樁尖標(biāo)高及貫入度均達(dá)到設(shè)計沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)，予以終錘；貫入度達(dá)到設(shè)計要求，但樁尖標(biāo)高未達(dá)到設(shè)計要求，采取高應(yīng)變檢測，樁基承載力大于800t，予以終錘。

（2）樁頭被打裂時，樁尖標(biāo)高及貫入度均未能滿足設(shè)計要求，在原樁位旁進(jìn)行了補(bǔ)樁，原樁位與補(bǔ)樁共同承受上部結(jié)構(gòu)荷載。

（3）樁身出現(xiàn)致命性裂縫缺陷，裂縫以下有效樁長已無法滿足設(shè)計要求，該樁作廢，在原樁位旁邊進(jìn)行了補(bǔ)樁處理。

（4）割除已沉樁設(shè)計樁頂標(biāo)高以上樁頭后，對于樁內(nèi)出現(xiàn)貫穿性裂縫的樁基，進(jìn)行樁身補(bǔ)強(qiáng)：采用水沖氣舉法清除樁內(nèi)泥沙至泥面以下3倍樁徑，樁內(nèi)放置通長鋼筋籠，鋼筋籠底到泥面，頂與樁芯鋼筋籠焊接，然后抽干樁內(nèi)海水，干法施工澆筑砼至樁頂；樁內(nèi)貫穿性裂縫延伸至泥面以下的樁基，在樁外套直徑1.4m的鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒與樁外壁10cm的間隙澆筑砼形成砼環(huán)壁結(jié)構(gòu)，保護(hù)PHC管樁鋼筋不受海水腐蝕，以確保樁身耐久性。

4.3竣工后PHC樁使用性能監(jiān)測

PHC樁于2013年1月完成了全部PHC管樁的施打及不良處理，上部結(jié)構(gòu)于同年5月完成了澆筑，6月份開始正式使用。同年6月開始沉降觀測，每月一次，連續(xù)11次，沉降量穩(wěn)定，樁基承載性能良好。

5.結(jié)論

（1）PHC管樁的質(zhì)量不僅關(guān)系到施工進(jìn)度，還關(guān)系整個項(xiàng)目的耐久性使用。對于PHC樁的制造過程予以重視及監(jiān)督，加強(qiáng)檢查，保證PHC管樁的質(zhì)量。

（2）樁基施打應(yīng)依據(jù)“重錘輕打”的原則，根據(jù)試樁情況，及時調(diào)整樁錘型號，調(diào)整樁墊方案，控制沉樁質(zhì)量。

（3）樁基施工時，應(yīng)根據(jù)試樁效果，沉樁情況，優(yōu)化樁基設(shè)計方案，根據(jù)承載力的控制調(diào)整樁端標(biāo)高，沉樁以貫入度為控制，以樁端標(biāo)高作為校核，以保證樁體性能的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇昌，李洪.PHC樁在海港工程中的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2005.

[2]錢祖賓，沈建霞，單海春.預(yù)應(yīng)力管樁錘擊沉樁破壞原因分析[J].水運(yùn)工程.2016.

[3]湯渭清.高樁碼頭PHC管樁裂縫原因分析及防治措施[J].中國水運(yùn)（上半月）.2015.