1工程概况

 

　　某水工结构的护岸高桩平台及防波堤，结构安全等级为二级，设计基准期为50年。平台前沿线展开长度445m，基础全部采用Φ800mm的PHC预应力管桩，桩间距4.0～6.0m，其中A轴桩施工沿原防波堤结构海侧坡脚处（见图1），桩间距为5.5m，设计桩长34m。平台后方为原有的防波堤，资料显示，防波堤已形成2年，基础经过打设水下排水板固结处理，且有少量抛石，堤身为袋装砂围堰及模袋混凝土护面结构，下部为厚1～2m、重量10～100kg的压脚块石，沿岸内侧30m处为游艇会地下室项目，基坑开挖时间与本工程桩基施工时间重合。根据地质勘测资料，场地地层皆为第四系全新统及上更新统的部分沉积物，按地层形成的时代、成因类型及工程地质特征划分为5个工程地质层及18个工程地质亚层，桩基持力层为饱和、密实状态的粉砂层。

 

　　2沉桩工艺的选择

 

　　2.1工程环境条件分析

 

　　沉桩开工前首先对本工程施工环境和设计图纸进行了研究分析和会审，发现以下因素将对工程施工安全、质量有很大制约。

 

　　（1）施工区位于原护岸结构的岸坡上，选择沉桩工艺时不仅要考虑水位的影响，又要考虑沉桩机械自重及沉桩过程中的震动对岸坡为定性的影响。

 

　　（2）沉桩前，需对原护底块石清理，并破除模袋混凝土，破除护面后的围堰抵挡风浪侵蚀和防渗透的作用减弱，高水位时会使后方游艇会地下室基坑发生管涌或流沙现象，甚至出现海水倒灌、基坑塌陷等安全事故。

 

　　（3）沉桩过程中，受到震动和摩擦作用，四周贴近桩壁的块石会被桩“带下”且与桩壁挤压力增强，如不采取措施，块石将对桩身造成挤压破坏作用，过大的挤压力将使桩壁挤碎挤破，必须采取措施予以防范。

 

　　（4）工程地质条复杂，桩基区域地层有冲填土、淤质粘土、淤泥、粉土、粉砂等地质构造，且各层分布混乱规律性差。穿越淤泥层时会出现溜桩，由于④2～④4层为密实粉土并含有大量贝壳碎，经分析该层较难入桩。

 

　　2.2沉桩工艺的选择

 

　　锤击法是靠桩锤落到桩顶所产生的冲击力将桩沉到土中，打桩过程PHC管桩承受的是冲击荷载，桩不容易损坏，且在进入较强的持力层时成桩质量较好，同等条件下比静压法进入的持力层厚，同样条件下锤击PHC管桩单桩承载力约为静压桩的1.1～1.4倍。本工程A轴原坡面标高0.5～1.0m，高潮时位于水下，低潮时露出水面，无法满足水上沉桩设备吃水要求。因此，采用陆上打桩机进行沉桩的施工工艺。

 

　　3施工过程中问题及解决办法

 

　　3.1沉桩前的“引孔”及桩身防护

 

　　PHC管桩不能直接穿透坡面上的块石及模袋混凝土，为保证沉桩的顺利实施，必须先在坡面桩位处设置“引孔”，然后在“引孔”中插入PHC管桩，锤击至设计标高，实施步骤如下：

 

　　（1）用挖掘机将堤脚块挖起，沿A轴铺设一条宽约8m的桩机施工平台，平台顶面高程+4.0m，以便保证机械不受潮水影响。

 

　　（2）低潮位时进行桩位放样，桩位处块石清理。

 

　　（3）用风镐进行模袋破除，为尽量减小破除面积，不影响模袋混凝土护面的原有功能，首先在模袋上精确放样桩位，以放样点为中心，破除直径为1000mm的圆孔。

 

　　（4）为防止沉桩过程中块石对桩壁挤压破坏，顺着模袋破除处下沉护筒，护筒下沉至原有沙袋底面以下，如遇到围堰底部抛石，继续下挖清理抛石和沉放护筒，护筒直径选为1000mm，壁厚5mm，长度根据挖孔深度现场截取，顶标高与桩基平台一致。

 

　　（5）对护筒进行复定位并固定，保证其位置和垂直度，沿护筒周围回填至平台顶面高程，靠近护筒周围用直径60～90mm的碎石回填，外侧可用稍大粒径块石，以降低沉桩时对护筒及桩身的挤压破坏。

 

　　3.2溜桩的控制

 

　　一般表现为沉桩过程中突然贯入度变大，桩身加速下沉的现象。产生沉桩施工溜桩的原因主要有以下几方面：第一，由不良地质条件引起的，比如土层中淤泥质土层厚度大或者黏土中的含水量高，土质呈软塑或流塑状态；第二，对桩基沉桩的桩锤选择不当，比如桩锤选择过大等；第三，桩基沉桩过程中对锤击能量控制不当。经分析，本工程发生溜桩现象主要是由于不良地质条件引起的：由于围堰已经形成2年，原围堰下边的软基经过围堰的压载作用，形成一定厚度的硬土层，而较软弱的淤泥②2层，厚度分布不均，其最大厚度达7.6m，达到溜桩条件，由于软弱层厚度的不均匀性，产生溜桩就没有先兆性，难以预见。

 

　　该工程在沉桩过程初期发生溜桩现象时，及时与设计、监理单位进行沟通，设计单位首先提出了改变桩锤的方案，但由于该工程桩基数量不多，与打桩机匹配的桩锤是固定的，且桩锤的选用也根据相关规范与桩型、施打深度等参数相匹配，重新调遣新的桩机既耗时又耗力，因此该工程没有调换桩锤。在此条件下，经过各参建单位充分研究分析的基础上，主要采取了以下几点措施：1）对已经产生溜桩的桩基及时进行高、低应变检测，确保桩基的完整性和承载力没有问题；2）严格控制沉桩速率，穿过软弱土层前采取“重锤轻打”，对桩基沉桩采取谨慎施工，避免沉桩过程中对周围土体的过大扰动。3）在计算承载力满足的基础上，调小桩基的倾斜度，达到沉桩更容易控制的效果。通过采取上述的措施，虽然后续还是有部分桩基产生溜桩，但溜桩程度和桩基贯入度明显改善，施工也更加容易控制。

 

　　3.3桩顶偏位

 

　　桩顶偏位可分为桩身倾斜或断裂引起偏位和桩身质量完好、桩身无倾斜而整体偏位两种情况。对于第一种情况，发生原因有：1）工程地质勘察的工作没有做到位，发生地质突变现象或地质资料统计不完整，如本工程在桩身下沉过程中遇孤石使桩尖发生侧滑而产生的桩顶偏位；2）处理措施不当或处理不及时，沉桩过程中发现初期倾斜超差，应按规程拔出、调整竖直并用“重锤轻打”的方式沉桩，直至桩身稳定后才能正常施打。

 

　　一般情况下，由桩身倾斜或断裂引起的桩顶偏位数值较大，根据《水运工程质量检验标准》（JTS-257-2008）和设计文件，陆地沉桩允许偏差为：水平位置≤100mm，桩身垂直度≤1%。

 

　　因此，若沉桩后PHC桩身完好且倾斜度在以1%内，可不作处理；若倾斜度超过1%，可根据情况进行PHC桩灌芯补强处理，必要时进行纠偏或补桩。如倾斜的桩基影响上部结构施工，或经计算上部施工后会产生有害的偏心力的情况，必须进行纠偏处理，施工时先用钻头在桩欲纠正侧钻孔，至一定深度，再用钻头钻至预定位置，冲孔排水，使土体应力释放后再用千斤顶或手拉葫芦施加水平力把桩扶正，水平拉力和桩顶扶正速率应根据设计计算数据实施，经测量垂直度符合要求后填砂密实。纠偏后应按规定进行高、低应变检测，以保证纠偏后桩身连续性及极限承载力符合要求。

 

　　由于桩身断裂而引起的桩顶偏位，若断裂位置较浅，可开挖后凿去断裂面以上部位，灌芯并接桩处理。断裂面位置较深的情况，进行补桩，断裂面位置可根据施工条件自行设定。

 

　　桩身质量完好、桩身无倾斜而整体偏位的情况，一般是由于施工定位不准而引起的，且偏位较小，可采用局部调整承台和桩帽配筋等设计措施解决。

 

　　3.4桩头破裂

 

　　综合考虑，桩头破裂产生的原因有以下几种：第一，管桩的质量不符合相关规定或标准要求；第二，养护不到位，或为抢工期，沉桩时未达到设计强度；第三，打桩过程的施工方法不当，锤过重、锤击应力太大易将桩头击碎，锤过轻、锤击次数过多易产生疲劳破坏；第四，桩锤、替打、桩身不在同一条垂直线上，桩锤偏心锤击导致应力集中、桩顶受力不均致使桩头破裂；第五，遇孤石、硬岩面或硬夹层，此时贯入度较小，未采取有效措施，继续猛打出现桩头破裂现象。

 

　　为防止桩头破裂现象的发生，沉桩前应对产品质量进行复检，杜绝使用不合格的PHC管桩，沉桩过程中，发现情况立即停锤，检查分析后制定可行方案。经试桩与分析，④2～④4层属硬夹层，在沉桩过程中，桩底标高进入该层时采用二档沉桩，有效的避免了桩头破裂的发生。出现桩头破裂后通常的处理方法爆桩头的部分用电锯水平锯掉，更换并增加桩垫厚度后继续施打，若能满足收锤标准，收锤后及时做大应变检测，如果到不能满足收锤标准再进行补桩。

 

　　3.5接桩

 

　　本工程A轴桩长度为34m，考虑到施工场地和现有打桩机械的限制，陆上打桩不能一次到位，要采取现场接桩措施，从厂家预定桩长为14m、16m短桩和20m、18m长桩，按照规范要求，短桩在下部、长桩在上部进行拼接。沉桩过程中，当第一节桩的桩头距地面0.5～1.0m时，开始进行接桩，接桩采用端板焊接连接，焊缝等级为二级。先将焊接面清刷干净，再在第二节桩吊起并引导就位，当上下两节PHC桩对好后，对称点焊4～6点加以固定。由2名电焊工对称施焊，焊接层数应大于等于3层，内层焊渣必须清理干净后再焊下一层，要保证焊缝饱满连续。

 

　　焊接采用二氧化碳保护焊，焊缝不得凸出桩身，可与桩身外壁平起或凹进1～3mm，

 

　　表面不得有气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤，并按不小于20%的抽检比例进行手工超声波探伤。焊好的桩接头应自然冷却8min以上，涂刷防腐涂层并自然晾干后方可锤击沉桩，接桩的原则是接触紧密，现场连接操作简便，并要注意新接桩节与原桩节的轴线一致。

 

　　3.6沉桩过程中的岸坡、基坑安全

 

　　考虑到PHC管桩沉桩期间震动的影响，对后方基坑支护结构进行加强，增加对基坑及岸坡位移观测点的监测频率，发现异常情况立即停止沉桩并通知有关单位，待问题解决后再继续沉桩施工。施工观测初始状态大于48h，沉桩开始后每10min对距桩40m以内的观测点进行水平及垂直位移观测记录，每一根桩沉桩结束后，以及全部桩沉桩结束后1h、3h、

 

　　8h、24h及48h的岸坡和基坑变形数据。变形控制值为沉桩过程中水平位移<2mm/h，垂直位移为<2mm/h，并设置警戒值为10mm。同时在沉桩过程中对影响范围内的岸坡、路面、基坑进行巡视检查，如有明显沉降、变形、裂缝、渗水、坍陷等异常情况及时采取措施。

 

　　4结语

 

　　通过分析并充分考虑各种影响因素后，制定相应的沉桩工艺及实施措施，保证了施工的安全、顺利进行，成桩率达100%，经高应变动力检测和低应变动力检测，单桩极限承载力、桩身质量都满足设计要求。通过整个沉桩施工过程对岸坡与基坑的安全监测，变形最大值为5.7mm，在规范允许范围。实践表明，文章提出的施工技术方案及相关质量控制措施是可行的，对类似环境条件的工程有实际参考价值。

 

　　参考文献

 

　　[1] 朱江华.关于建筑工程基础预应力管桩施工问题探析.建筑科学[J]，2012.2（下）（24-27）.

 

　　[2] 龙举，杨先寿.PHC管桩加固地基及几种异常情况的处理[J].水利与建筑工程学报，2008.9：（92-94）.