淺談港口工程PHC管樁常見施工質(zhì)量問題及預(yù)防措施

1、淺談港口工程PHC管樁常見施工質(zhì)量問題及預(yù)防措施南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 港口與航道工程 交通工程系淺談港口工程PHC管樁常見施工質(zhì)量問題及預(yù)防措施焦小齊 南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 9><#990099'>2<#990099'>26010摘 要：本文以南京港西壩港區(qū)西壩作業(yè)區(qū)五期工程水工工程水上沉樁為例，簡要的介紹了工程概況、氣象、水文、地質(zhì)條件；并簡要的介紹了PHC管樁的特點、PHC管樁施工工藝、管樁沉樁階段的標(biāo)高控制；以及施工過程中出現(xiàn)的各種問題及預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：高樁碼頭；PHC管樁；預(yù)應(yīng)力；沉樁；貫入度 Discussion on th

2、e common port project PHC pile construction quality problems and preventive measures JIAO Xiao-qiNantong Shipping College, Nantong <#990099'>2<#990099'>26010，Jiangsu，China)Abstract：In this paper, the five phase of the project, the port of Nanjing Xiba port operation areawater pro

3、ject water pile as an example, briefly introduces the general situation of the engineering, meteorological, hydrological, geological conditions; and briefly introduces the characteristics of PHC pipe pile, the construction technology of PHC pipe pile, pipe pile of stage elevation control; various pr

4、oblems and preventive measures and in the process of construction.Key words：High-pile wharf, PHC pipe piles, prestressed, pile driving, penetration1、引言 預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁以下簡稱PHC管樁根底由于其具有施工工期短、單樁承載力高、監(jiān)測方便、造價較低、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，近幾年來在高樁碼頭工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。但是由于PHC管樁施工過程中常出現(xiàn)以下的問題：沉樁達不到設(shè)計的控制要求；樁位偏差及樁身傾斜率超標(biāo)；樁頭碎裂；樁身破壞；單樁承載力達不到設(shè)

5、計要求；PHC管樁沉樁過程中出現(xiàn)縱向裂縫等，而且情況比擬復(fù)雜，這就需要我們在施工之前進行有效的控制，采取不同措施進行防范和處理，減少和防止出現(xiàn)工程質(zhì)量問題，確保工程進度和質(zhì)量，創(chuàng)出好效益。<#990099'>2、工程概況本工程擬建靠泊 <#990099'>2 艘 70000DWT 級散貨船和 1 艘 50000DWT 級散貨船的散貨泊位共 3 個，下游泊位的后沿擬預(yù)留 1 個千噸級的待泊泊位，需碼頭岸線總長 780m，其中上游卸船泊位長 7><51<#990099'>2m，碼頭寬 30.0m；下游裝船泊位長 <#99

6、0099'>268m，碼頭寬 <#990099'>2<#990099'>2m，碼頭前沿頂標(biāo)高為 10.4m，碼頭前沿設(shè)計底高程1<#990099'>2.5m。碼頭采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭排架間距 8m。碼頭基樁采用1000mmPHCB 型 管樁，樁端持力層選擇物理力學(xué)指標(biāo)較好的礫砂層，30m 寬碼頭每榀排架布置 7根樁，即碼頭前軌道梁下布置 1 對半叉樁，叉樁斜率 5:1；后軌道梁下布置 1 對叉樁，前叉樁斜率 5:1，后叉樁斜率 7：1；中間布置 1 根單直樁和 1 對叉樁，叉樁斜率 4.5:1；<#990099&

7、#39;>2<#990099'>2m 寬碼頭每榀排架布置 6 根樁，即碼頭前沿軌道梁下布置 1 對半叉樁，叉樁斜率 5:1，陸側(cè)軌道梁下布置 1 對叉樁，叉樁斜率 5:1，兩軌道間布置 1 根單直樁，岸側(cè)布置 1 根單直樁。深潭區(qū)域選用1<#990099'>200mmPHCB 型管樁。碼頭共布置 PHC 管樁674根，其中1000mmPHC 樁 609 根， 1<#990099'>200mmPHC 樁65根。<#990099'>2.1 氣象 南京地區(qū)屬亞熱帶氣候，四季清楚，雨量充分。根據(jù)南京市氣象站觀測資料統(tǒng)

8、計，當(dāng)?shù)貧夂蛱卣魅缦拢?<#990099'>2.1.1 氣溫 ； ； ； ； 。 <#990099'>2.1.<#990099'>2 風(fēng)況 本地區(qū)春夏季多SE向風(fēng)，秋冬季多NE和NNE向風(fēng)；全年常風(fēng)向為NE向、發(fā)生頻率為9%，次常風(fēng)向為ENE、E、ESE和SE向等四個方向，發(fā)生頻率均為8%；強風(fēng)向亦為NE向，最大風(fēng)速為16m/s；曾測到NW向瞬時極大風(fēng)速達39.9m/s。 圖一 風(fēng)玫瑰圖<#990099'>2.1.3 降水 累年最大年降雨量16<#990099'>21.3mm； 累年最小年降雨量

9、567.6mm； 累年最大月降雨量608.4mm； 累年最大日降雨量198.5mm； 多年平均降雨量1015.0mm； <#990099'>25mm降雨日數(shù)9.8d； 50mm降雨日數(shù)3.<#990099'>2d。 <#990099'>2.1.4 霧 沿江以平流霧為主，一般多出現(xiàn)在冬春季清晨，延時較短。能見度1000m 霧日數(shù)統(tǒng)計如下： 歷年最多霧日數(shù)69.0d； 歷年最少霧日數(shù)1<#990099'>2.0d； 多年平均霧日數(shù)<#990099'>28.<#990099'>2d

10、。 <#990099'>2.1.5 雷暴 本地區(qū)的雷暴日數(shù)較多，一年中各月份均有雷暴出現(xiàn)，但多數(shù)雷暴集中在49月份。 <#990099'>2.1.6 相對濕度 本地區(qū)年平均濕度在79左右，各月平均相對濕度在69%85%之間，11月至翌年1月的相對濕度較小，48月份較高。 <#990099'>2.<#990099'>2 水文 <#990099'>2.<#990099'>2.1 潮汐及水位 1基準(zhǔn)面及其換算關(guān)系 本工程水位及高程均采用吳淞高程系，當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)面換算關(guān)系見圖二。 85國

11、家高程 56黃海高程 當(dāng)?shù)睾叫谢鶞?zhǔn)面 長辦吳淞零點 圖二 基準(zhǔn)面關(guān)系圖 <#990099'>2潮位特征值 南京港西壩港區(qū)位于長江下游感潮河段，水文特征受徑流和潮流的雙重影響，潮水位變化呈不規(guī)那么半日潮型。本河段汛期水位主要受徑流影響、潮差小，由于距長江口較遠，潮波上溯時變形較大，故漲潮歷時遠小于落潮歷時。根據(jù)南京下關(guān)水文站與棲霞山水位站資料插補，八卦洲左汊出口處的水位特征如下： 歷年最高潮位9.67m 1954年8月17日； 歷年最低潮位1.50m 1959年元月<#990099'>2<#990099'>2日； 最大潮差1.64m 1

12、9<51年； 最小潮差 0.00m； 平均漲潮歷時3小時49分； 平均落潮歷時8小時56分。 3設(shè)計水位 設(shè)計高水位9.91m五十年一遇高水位； 設(shè)計低水位1.90m當(dāng)?shù)睾叫谢妗?lt;#990099'>2.<#990099'>2.<#990099'>2 水流1徑流 大通水文站是長江干流上游徑流控制站，其徑流特征值根本上可以代表本河段徑流征。大通站的徑流年內(nèi)分配不均勻，汛期510月份的水量占全年71.8%，其中7月份水量最大，枯季1<#990099'>2月至次年3月份水量最小，4月份和11月份為中水期。 據(jù)上游大

13、通站資料統(tǒng)計1950<#990099'>2006年，多年平均流量為<#990099'>2.85萬m ?/s，歷年最大洪峰流量9.<#990099'>26萬m ?/s1954年8月8日，最小枯季流量0.46<#990099'>2萬m ?/s，1959年1月31日。年內(nèi)各月平均流量及年逕流量百分比見表一所列。 表一 大通站各月流量表月 份 一二三四五六流 量m ?/s110001190016100<#990099'>239003380040300占年徑流量%3.<#990099'>

14、;24月 份 七八九十十一十二流 量m/s50300440004040033300<#990099'>2310014<#990099'>200占年徑流量%99.7<#990099'>2<#990099'>2.3 工程地質(zhì) 根據(jù)江蘇省地質(zhì)工程勘察院<#990099'>2021年11月提供的?南京港西壩港區(qū)五期工程水工平臺局部工程地質(zhì)勘察報告?，本工程地層可分為4個主層局部主層又可劃分為假設(shè)干亞層。分述如下：1第四系近代堆積層Q4ml 淤泥質(zhì)土：灰色，以流塑粘性土混少量的粉土、粉砂為主，見腐植物，有

15、淤臭味。該層分布于勘探范圍水域局部。 -<#990099'>2拋石：雜色，系江岸護坡石塊。 -3 素填土：灰色，飽和濕，欠壓實，呈松散粘性土狀，含少量植物根系。該層分布于勘探范圍陸域表層。 <#990099'>2第四系沖洪積相沉積層Q4pl -1 粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，軟可塑，夾薄層粉土，見少量腐植物，切面稍有光澤，無搖震反響，韌性、干強度中等。該層局局部布。 -<#990099'>2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，具層理，夾薄層粉土，局部夾薄層粉砂，含少量腐植物，稍具臭味；切面稍有光澤，無搖震反響，韌性、干強度中等。該層普遍分布

16、。 -3 粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，軟塑，略具層理，夾薄層粉土，見云母碎片及少量腐植物，切面稍有光澤，無搖震反響，韌性、干強度中等。該層普遍分布。 -4 粉砂：灰色，飽和，稍密，略具層理，夾粉土薄層，見云母碎片，偶見少量腐植物。該層陸域區(qū)揭示。 3第三系沖洪積相沉積層Q3pl -1 粉砂：灰色，飽和，中密，略具層理，見云母碎片，局部夾粗砂，分選性較好，磨圓度一般。該層在勘探范圍內(nèi)廣泛分布。 -4礫砂：灰色，飽和，極密實，分選性較差，磨圓度一般，礫石含量一般在15%左右，石英質(zhì)、硅質(zhì)，粒徑0.5<#990099'>2cm。該層在勘探范圍內(nèi)廣泛分布。3、PHC管樁特點3.1 樁身強

17、度高 由于管樁材料為預(yù)應(yīng)力高強C80混凝土，高速離心成型工藝和二次濕熱養(yǎng)護工藝工廠化制作，樁身質(zhì)量及沉樁長度可用直接監(jiān)測，管樁質(zhì)量可靠；施工中采用靜壓樁機進行沉樁施工，壓樁力可通過壓力表直觀、平安、準(zhǔn)確地反映，因而對樁體承載力的控制、判斷精確度高；靜壓法沉樁與錘擊法沉樁施工相比，因沉樁過程是慢速均勻加載，無沖擊和反射應(yīng)力波，對樁身沖擊應(yīng)力小，施工質(zhì)量易保證。由于PHC 管樁樁身混凝土強度高，可打入密實的砂層和強風(fēng)化巖層，由于擠壓作用，樁端承載力可比原狀土質(zhì)提高60%-75% ，樁側(cè)摩阻力提高<#990099'>20%-40%，并因PHC管樁為高強度混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，尤其抗壓

18、、抗彎性能好，其樁身承載力比其它樁種高<#990099'>25倍。3.<#990099'>2 PHC管樁質(zhì)量穩(wěn)定 PHC管樁因其有專業(yè)的廠家進行大批量的自動化生產(chǎn)，樁身的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。3.3 PHC管樁穿透能力強 在施工過程中，當(dāng)具有足夠的壓力時，PHC管樁可穿越較厚的砂質(zhì)圖層。3.4利于文明施工 靜壓法沉樁施工管樁，因采用電力液壓驅(qū)動操作，無震動、無噪音。而錘擊法沉樁震動劇烈，噪音大且拌有濃煙油污，對周邊環(huán)境影響大，且錘擊法沉樁施工，對周邊土地振動大，影響周圍建筑構(gòu)物的平安穩(wěn)定。而靜壓由于是緩慢勻速壓入，對土體振動小，為周邊環(huán)境影響小。而且管樁均為成品

19、，與混凝土灌注樁相比無砂石料、混凝土及泥漿等污染。 由于PHC管樁的單樁承載力相對較高，其環(huán)形截面所耗混凝土量較少，因而單位承載力造價最省。4、PHC管樁施工工藝及其施工流程船拋錨 移船吊樁 移船定位 下樁 沉樁錘擊 樁位復(fù)測4.<#990099'>2沉樁準(zhǔn)備1運樁根據(jù)樁重和運距以及施工進度的要求，以滿足兩條打樁船的沉樁供樁要求每條打樁船現(xiàn)場需一條供樁駁，另兩條進行運輸。水上運輸風(fēng)浪大，對樁采取加固措施。<#990099'>2駁船裝運樁時，應(yīng)符合以下規(guī)定： 根據(jù)施工時沉樁順序和吊樁的可能性，按落駁圖要求分層裝駁。樁堆放形式應(yīng)使駁船在裝樁、運輸和吊起時保持

20、平穩(wěn)，運樁駁在水上運距較長，故樁在船上增加錨錠措施，確保水上運輸平安。及時收聽天氣預(yù)報，避開大霧、臺風(fēng)等惡劣天氣對運樁的影響，確保平安運輸。4.<#990099'>2.<#990099'>2沉樁設(shè)備及錨位布置 配備<#990099'>2條50m60m的樁架，單鉤吊重大于60t的打樁船。樁錘選用DM138柴油錘。運樁采用1500t的方駁4艘，每駁裝預(yù)應(yīng)力管PHC樁<#990099'>2530根。配備34艘834KW1377KW拖輪拖航，同時配備34艘400t的方駁作錨駁、運樁駁四艘、運樁拖輪兩艘、交通艇。 由于受拉位

21、布置的影響，打樁船采用橫流沉樁，打樁船應(yīng)采用5t以上的錨。對碼頭上游端江底粉砂層及局部離岸較遠的岸邊，可采用陸上地壟或埋設(shè)重塊的方法系泊。1) GPS基準(zhǔn)站的位置 圖三 打樁船 采用常規(guī)測量技術(shù)，高程控制采用路上水準(zhǔn)儀控制。平面定位采用GPS遠程自定位系統(tǒng)。GPS基準(zhǔn)站的位置，根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)置。首先，選擇架設(shè)基準(zhǔn)站的位置，保證對空開闊，地平線10度以上沒有或少有障礙物；其次，基準(zhǔn)站<#990099'>200米內(nèi)無強大的電磁波輻射源；再次，相對周圍的地形，站點應(yīng)處于較高處。這樣以確?；鶞?zhǔn)站設(shè)置后，整個GPS沉樁系統(tǒng)工作的有效進行。<#990099'>2)

22、GPS測量定位 首先，精確測定主工作點與三GPS架設(shè)點的相對位置，再根據(jù)樁身斜率、樁心距、樁頂高程及樁位設(shè)計坐標(biāo)，便可計算出樁位相對于主工作點的平面位置，進行沉樁施工。圖四 GPS定位 沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)：采用貫入度控制和樁尖標(biāo)高控制的雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。符合以下條件之一，可以終錘： 1最后三陣，每陣 10 擊，平均貫入度5mm，且樁尖距設(shè)計標(biāo)高&lt;1.0m，可以終錘； <#990099'>2最后三陣，每陣 10 擊，平均貫入度5mm，且樁尖距設(shè)計標(biāo)高&lt;<#990099'>2.0m，應(yīng)繼續(xù)錘擊 30 擊，可以終錘。 3當(dāng)樁尖已到達設(shè)計標(biāo)高，

23、最后 10 擊平均貫入度&gt;5mm 時，應(yīng)繼續(xù)錘擊，直至滿足最后 30 擊平均貫入度5mm 或?qū)俄敶蛑猎O(shè)計標(biāo)高要考慮樁頭處理高度時，可以終錘最后 10 擊平均貫入度必須10mm。 4不滿足以上沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)停錘后并及時報設(shè)計單位會同有關(guān)單位研究。圖五 GPS定位儀器4.4沉樁過程中需要注意的要點：1沉樁須符合設(shè)計圖紙和標(biāo)準(zhǔn)的要求。<#990099'>2錘擊沉樁時，樁錘、替打、送樁和樁宜保持在同一軸線上。替打應(yīng)保持平整，防止產(chǎn)生偏心錘擊。3當(dāng)船行波影響沉樁穩(wěn)定時，應(yīng)暫停錘擊。不得用移船方法糾正樁位。4沉樁船進退作業(yè)，應(yīng)注意錨纜位置，防止纜索絆樁。如樁頂被水淹

24、沒 ，應(yīng)設(shè)置標(biāo)志。5如出現(xiàn)貫入度反常、樁身突然下降、過大傾斜、移位、樁身損壞等情況，均應(yīng)立即停止錘擊，及時查明原因，并與現(xiàn)場監(jiān)理工程師、設(shè)計代表商議，提出解決方法。6沉樁時須采取適當(dāng)?shù)拇胧┓乐棺咤^。7各種施工船舶在施工中，嚴禁碰撞基樁，嚴禁利用打設(shè)的基樁系纜。在已沉樁區(qū)域兩端應(yīng)設(shè)置標(biāo)志，夜間設(shè)置紅燈。8沉樁完畢后應(yīng)及時夾樁，當(dāng)預(yù)報臺風(fēng)或大浪時，須檢查夾樁是否穩(wěn)固并采取必要的加固措施。9錘擊沉樁時，預(yù)應(yīng)力混凝土樁不得出現(xiàn)裂縫，如出現(xiàn)裂縫，應(yīng)根據(jù)具體情況研究處理。10沉樁允許偏差a樁頂允許偏位值工程 偏差 直樁100mm斜樁150mmb) 樁的縱軸線傾斜度偏差應(yīng)不大于 1% 。11沉樁完成后，須及

25、時測定處于自由狀態(tài)的樁頂偏位并記錄，如偏位值超過標(biāo)準(zhǔn)，須及時與設(shè)計聯(lián)系解決。1<#990099'>2PHC 沉樁完成后，要求進行抽水裂縫檢測，及時抽水檢查樁體內(nèi)外壁泥面以上局部樁體完整性及裂縫情況，如有異常，應(yīng)及時會同設(shè)計部門研究調(diào)整PHC 樁沉樁標(biāo)準(zhǔn)。13樁的動力檢測除了按本工程試沉樁要求外，還應(yīng)按樁基檢測技術(shù)規(guī)格書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進行。14沉樁過程中應(yīng)充分注意對岸坡穩(wěn)定進行觀測，并采取有效措施，確保岸坡穩(wěn)定。5、PHC沉樁出現(xiàn)的問題及其預(yù)防措施5.1 沉樁中出現(xiàn)爆樁 原因分析: (1)樁身質(zhì)量缺陷 樁身的質(zhì)量缺陷包括PHC管樁的外表的混凝土脫落現(xiàn)象、尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)要求、管

26、樁的壁厚達不到標(biāo)準(zhǔn)的要求等等，；內(nèi)部缺陷是樁身的砼不密實、焊接的接口不嚴實沒有完全的進行滿焊、樁身的離心不均勻及樁身配筋不符合標(biāo)準(zhǔn)等。 (<#990099'>2)地層問題根據(jù)我們碼頭沉樁過程中爆樁高發(fā)地的地層分析情況來看，發(fā)生爆樁的地層主要在深水區(qū)域本地區(qū)的主要在砂層中，特別是厚密實的砂層中。由于砂層沉積規(guī)律存在上細下粗的顆粒，沉樁阻力隨著進入砂層的深度增加而增大。預(yù)防措施：(1)針對樁身缺陷引起的爆樁選擇信譽好，生產(chǎn)設(shè)備齊全，質(zhì)量穩(wěn)定，管理健全的制樁單位要求提供合格證、質(zhì)檢單、檢測報告以及管樁生產(chǎn)過程中的每到工序的報驗資料加強對進場管樁的檢查驗收，在施工中所有的進場管樁外

27、觀質(zhì)量必須嚴格的進行控制，對于外觀有嚴重缺陷的管樁嚴禁使用。 (<#990099'>2)針對地形問題引起的爆樁在沉樁之前要先了解本水域的地形情況，在沉樁過程中，榔頭的壓錘速度要嚴格的進行控制，嚴禁出現(xiàn)強打的現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)沉樁貫入度異常的情況時要求立即停錘檢查。5.<#990099'>2 PHC管樁出現(xiàn)縱向裂縫原因分析： 在沉樁過程中樁身混凝土?xí)a(chǎn)生壓應(yīng)力，也會產(chǎn)生一些環(huán)向拉力，而且正是這些環(huán)向的拉力使得PHC管樁出現(xiàn)縱向裂縫。如果從樁身上取出一個正方形，當(dāng)錘擊時正方體的上方就會受到向下的壓力，正方體的下方就有一個向上的反力，錘擊貫入度越小，反立越大。當(dāng)正方

28、形受到上下的夾擊力時，立方體就會向前后左右4個方向膨脹。立方體的里面一側(cè)由于殼的原理無法向里突出；立方體的左右兩側(cè)受到相鄰立方體的約束，也無法變形；立方體只有向沒有約束的外側(cè)膨脹，向外側(cè)膨脹意味著周長增加，也就是樁的外表出現(xiàn)拉力，混凝土是脆性材料，當(dāng)混凝土的強度小于拉力時，只能以裂縫的形式滿足它的膨脹，于是出現(xiàn)了初步的外表膨脹，隨著繼續(xù)錘擊，裂縫向里開展，直至貫穿，同時裂縫向上下開展。通常裂縫發(fā)生在樁頂以下5m范圍內(nèi)，在樁頂以下<#990099'>2m左右壓應(yīng)變最大，也是裂縫最早出現(xiàn)的部位。防治措施: 由于本工程的PHC管樁已經(jīng)全部的預(yù)制完畢，通過改善PHC樁結(jié)構(gòu)的方法已經(jīng)無可能。根據(jù)現(xiàn)場已經(jīng)有的夾樁的鋼抱箍的情況，我們在樁頂以下的1.5m、<#990099'>2.5m、3.5m處外加鋼抱箍，通過鋼抱箍的環(huán)向約束，防止樁身混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。抱箍的高度為300mm。5.3 PHC管樁達不到設(shè)計控制