浅谈港口工程PHC管桩常见施工质量问题及预防措施

1、浅谈港口工程PHC管桩常见施工质量问题及预防措施南通航运职业技术学院 港口与航道工程 交通工程系浅谈港口工程PHC管桩常见施工质量问题及预防措施焦小齐 南通航运职业技术学院，江苏 南通 9><#990099'>2<#990099'>26010摘 要：本文以南京港西坝港区西坝作业区五期工程水工工程水上沉桩为例，简要的介绍了工程概况、气象、水文、地质条件；并简要的介绍了PHC管桩的特点、PHC管桩施工工艺、管桩沉桩阶段的标高控制；以及施工过程中出现的各种问题及预防措施。关键词：高桩码头；PHC管桩；预应力；沉桩；贯入度 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 预应力高强混凝土管桩以下简称PHC管桩根底由于其具有施工工期短、单桩承载力高、监测方便、造价较低、对环境影响小等优点，近几年来在高桩码头工程建设中得到广泛应用。但是由于PHC管桩施工过程中常出现以下的问题：沉桩达不到设计的控制要求；桩位偏差及桩身倾斜率超标；桩头碎裂；桩身破坏；单桩承载力达不到设

5、计要求；PHC管桩沉桩过程中出现纵向裂缝等，而且情况比拟复杂，这就需要我们在施工之前进行有效的控制，采取不同措施进行防范和处理，减少和防止出现工程质量问题，确保工程进度和质量，创出好效益。<#990099'>2、工程概况本工程拟建靠泊 <#990099'>2 艘 70000DWT 级散货船和 1 艘 50000DWT 级散货船的散货泊位共 3 个，下游泊位的后沿拟预留 1 个千吨级的待泊泊位，需码头岸线总长 780m，其中上游卸船泊位长 7><51<#990099'>2m，码头宽 30.0m；下游装船泊位长 <#99

6、0099'>268m，码头宽 <#990099'>2<#990099'>2m，码头前沿顶标高为 10.4m，码头前沿设计底高程1<#990099'>2.5m。码头采用高桩梁板结构，码头排架间距 8m。码头基桩采用1000mmPHCB 型 管桩，桩端持力层选择物理力学指标较好的砾砂层，30m 宽码头每榀排架布置 7根桩，即码头前轨道梁下布置 1 对半叉桩，叉桩斜率 5:1；后轨道梁下布置 1 对叉桩，前叉桩斜率 5:1，后叉桩斜率 7：1；中间布置 1 根单直桩和 1 对叉桩，叉桩斜率 4.5:1；<#990099&

7、#39;>2<#990099'>2m 宽码头每榀排架布置 6 根桩，即码头前沿轨道梁下布置 1 对半叉桩，叉桩斜率 5:1，陆侧轨道梁下布置 1 对叉桩，叉桩斜率 5:1，两轨道间布置 1 根单直桩，岸侧布置 1 根单直桩。深潭区域选用1<#990099'>200mmPHCB 型管桩。码头共布置 PHC 管桩674根，其中1000mmPHC 桩 609 根， 1<#990099'>200mmPHC 桩65根。<#990099'>2.1 气象 南京地区属亚热带气候，四季清楚，雨量充分。根据南京市气象站观测资料统

8、计，当地气候特征如下： <#990099'>2.1.1 气温 ； ； ； ； 。 <#990099'>2.1.<#990099'>2 风况 本地区春夏季多SE向风，秋冬季多NE和NNE向风；全年常风向为NE向、发生频率为9%，次常风向为ENE、E、ESE和SE向等四个方向，发生频率均为8%；强风向亦为NE向，最大风速为16m/s；曾测到NW向瞬时极大风速达39.9m/s。 图一 风玫瑰图<#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降雨日数9.8d； 50mm降雨日数3.<#990099'>2d。 <#990099'>2.1.4 雾 沿江以平流雾为主，一般多出现在冬春季清晨，延时较短。能见度1000m 雾日数统计如下： 历年最多雾日数69.0d； 历年最少雾日数1<#990099'>2.0d； 多年平均雾日数<#990099'>28.<#990099'>2d

10、。 <#990099'>2.1.5 雷暴 本地区的雷暴日数较多，一年中各月份均有雷暴出现，但多数雷暴集中在49月份。 <#990099'>2.1.6 相对湿度 本地区年平均湿度在79左右，各月平均相对湿度在69%85%之间，11月至翌年1月的相对湿度较小，48月份较高。 <#990099'>2.<#990099'>2 水文 <#990099'>2.<#990099'>2.1 潮汐及水位 1基准面及其换算关系 本工程水位及高程均采用吴淞高程系，当地基准面换算关系见图二。 85国

11、家高程 56黄海高程 当地航行基准面 长办吴淞零点 图二 基准面关系图 <#990099'>2潮位特征值 南京港西坝港区位于长江下游感潮河段，水文特征受径流和潮流的双重影响，潮水位变化呈不规那么半日潮型。本河段汛期水位主要受径流影响、潮差小，由于距长江口较远，潮波上溯时变形较大，故涨潮历时远小于落潮历时。根据南京下关水文站与栖霞山水位站资料插补，八卦洲左汊出口处的水位特征如下： 历年最高潮位9.67m 1954年8月17日； 历年最低潮位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； 平均涨潮历时3小时49分； 平均落潮历时8小时56分。 3设计水位 设计高水位9.91m五十年一遇高水位； 设计低水位1.90m当地航行基面。<#990099'>2.<#990099'>2.<#990099'>2 水流1径流 大通水文站是长江干流上游径流控制站，其径流特征值根本上可以代表本河段径流征。大通站的径流年内分配不均匀，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月份为中水期。 据上游大

13、通站资料统计1950<#990099'>2006年，多年平均流量为<#990099'>2.85万m ?/s，历年最大洪峰流量9.<#990099'>26万m ?/s1954年8月8日，最小枯季流量0.46<#990099'>2万m ?/s，1959年1月31日。年内各月平均流量及年迳流量百分比见表一所列。 表一 大通站各月流量表月 份 一二三四五六流 量m ?/s110001190016100<#990099'>239003380040300占年径流量%3.<#990099'>

14、;24月 份 七八九十十一十二流 量m/s50300440004040033300<#990099'>2310014<#990099'>200占年径流量%99.7<#990099'>2<#990099'>2.3 工程地质 根据江苏省地质工程勘察院<#990099'>2021年11月提供的?南京港西坝港区五期工程水工平台局部工程地质勘察报告?，本工程地层可分为4个主层局部主层又可划分为假设干亚层。分述如下：1第四系近代堆积层Q4ml 淤泥质土：灰色，以流塑粘性土混少量的粉土、粉砂为主，见腐植物，有

15、淤臭味。该层分布于勘探范围水域局部。 -<#990099'>2抛石：杂色，系江岸护坡石块。 -3 素填土：灰色，饱和湿，欠压实，呈松散粘性土状，含少量植物根系。该层分布于勘探范围陆域表层。 <#990099'>2第四系冲洪积相沉积层Q4pl -1 粉质粘土：灰色，饱和，软可塑，夹薄层粉土，见少量腐植物，切面稍有光泽，无摇震反响，韧性、干强度中等。该层局局部布。 -<#990099'>2 淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，具层理，夹薄层粉土，局部夹薄层粉砂，含少量腐植物，稍具臭味；切面稍有光泽，无摇震反响，韧性、干强度中等。该层普遍分布

16、。 -3 粉质粘土：灰色，饱和，软塑，略具层理，夹薄层粉土，见云母碎片及少量腐植物，切面稍有光泽，无摇震反响，韧性、干强度中等。该层普遍分布。 -4 粉砂：灰色，饱和，稍密，略具层理，夹粉土薄层，见云母碎片，偶见少量腐植物。该层陆域区揭示。 3第三系冲洪积相沉积层Q3pl -1 粉砂：灰色，饱和，中密，略具层理，见云母碎片，局部夹粗砂，分选性较好，磨圆度一般。该层在勘探范围内广泛分布。 -4砾砂：灰色，饱和，极密实，分选性较差，磨圆度一般，砾石含量一般在15%左右，石英质、硅质，粒径0.5<#990099'>2cm。该层在勘探范围内广泛分布。3、PHC管桩特点3.1 桩身强

17、度高 由于管桩材料为预应力高强C80混凝土，高速离心成型工艺和二次湿热养护工艺工厂化制作，桩身质量及沉桩长度可用直接监测，管桩质量可靠；施工中采用静压桩机进行沉桩施工，压桩力可通过压力表直观、平安、准确地反映，因而对桩体承载力的控制、判断精确度高；静压法沉桩与锤击法沉桩施工相比，因沉桩过程是慢速均匀加载，无冲击和反射应力波，对桩身冲击应力小，施工质量易保证。由于PHC 管桩桩身混凝土强度高，可打入密实的砂层和强风化岩层，由于挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高60%-75% ，桩侧摩阻力提高<#990099'>20%-40%，并因PHC管桩为高强度混凝土预应力构件，尤其抗压

18、、抗弯性能好，其桩身承载力比其它桩种高<#990099'>25倍。3.<#990099'>2 PHC管桩质量稳定 PHC管桩因其有专业的厂家进行大批量的自动化生产，桩身的质量稳定可靠。3.3 PHC管桩穿透能力强 在施工过程中，当具有足够的压力时，PHC管桩可穿越较厚的砂质图层。3.4利于文明施工 静压法沉桩施工管桩，因采用电力液压驱动操作，无震动、无噪音。而锤击法沉桩震动剧烈，噪音大且拌有浓烟油污，对周边环境影响大，且锤击法沉桩施工，对周边土地振动大，影响周围建筑构物的平安稳定。而静压由于是缓慢匀速压入，对土体振动小，为周边环境影响小。而且管桩均为成品

19、，与混凝土灌注桩相比无砂石料、混凝土及泥浆等污染。 由于PHC管桩的单桩承载力相对较高，其环形截面所耗混凝土量较少，因而单位承载力造价最省。4、PHC管桩施工工艺及其施工流程船抛锚 移船吊桩 移船定位 下桩 沉桩锤击 桩位复测4.<#990099'>2沉桩准备1运桩根据桩重和运距以及施工进度的要求，以满足两条打桩船的沉桩供桩要求每条打桩船现场需一条供桩驳，另两条进行运输。水上运输风浪大，对桩采取加固措施。<#990099'>2驳船装运桩时，应符合以下规定： 根据施工时沉桩顺序和吊桩的可能性，按落驳图要求分层装驳。桩堆放形式应使驳船在装桩、运输和吊起时保持

20、平稳，运桩驳在水上运距较长，故桩在船上增加锚锭措施，确保水上运输平安。及时收听天气预报，避开大雾、台风等恶劣天气对运桩的影响，确保平安运输。4.<#990099'>2.<#990099'>2沉桩设备及锚位布置 配备<#990099'>2条50m60m的桩架，单钩吊重大于60t的打桩船。桩锤选用DM138柴油锤。运桩采用1500t的方驳4艘，每驳装预应力管PHC桩<#990099'>2530根。配备34艘834KW1377KW拖轮拖航，同时配备34艘400t的方驳作锚驳、运桩驳四艘、运桩拖轮两艘、交通艇。 由于受拉位

21、布置的影响，打桩船采用横流沉桩，打桩船应采用5t以上的锚。对码头上游端江底粉砂层及局部离岸较远的岸边，可采用陆上地垄或埋设重块的方法系泊。1) GPS基准站的位置 图三 打桩船 采用常规测量技术，高程控制采用路上水准仪控制。平面定位采用GPS远程自定位系统。GPS基准站的位置，根据现场条件设置。首先，选择架设基准站的位置，保证对空开阔，地平线10度以上没有或少有障碍物；其次，基准站<#990099'>200米内无强大的电磁波辐射源；再次，相对周围的地形，站点应处于较高处。这样以确保基准站设置后，整个GPS沉桩系统工作的有效进行。<#990099'>2)

22、GPS测量定位 首先，精确测定主工作点与三GPS架设点的相对位置，再根据桩身斜率、桩心距、桩顶高程及桩位设计坐标，便可计算出桩位相对于主工作点的平面位置，进行沉桩施工。图四 GPS定位 沉桩控制标准：采用贯入度控制和桩尖标高控制的双重控制标准。符合以下条件之一，可以终锤： 1最后三阵，每阵 10 击，平均贯入度5mm，且桩尖距设计标高&lt;1.0m，可以终锤； <#990099'>2最后三阵，每阵 10 击，平均贯入度5mm，且桩尖距设计标高&lt;<#990099'>2.0m，应继续锤击 30 击，可以终锤。 3当桩尖已到达设计标高，

23、最后 10 击平均贯入度&gt;5mm 时，应继续锤击，直至满足最后 30 击平均贯入度5mm 或将桩顶打至设计标高要考虑桩头处理高度时，可以终锤最后 10 击平均贯入度必须10mm。 4不满足以上沉桩控制标准时，应停锤后并及时报设计单位会同有关单位研究。图五 GPS定位仪器4.4沉桩过程中需要注意的要点：1沉桩须符合设计图纸和标准的要求。<#990099'>2锤击沉桩时，桩锤、替打、送桩和桩宜保持在同一轴线上。替打应保持平整，防止产生偏心锤击。3当船行波影响沉桩稳定时，应暂停锤击。不得用移船方法纠正桩位。4沉桩船进退作业，应注意锚缆位置，防止缆索绊桩。如桩顶被水淹

24、没 ，应设置标志。5如出现贯入度反常、桩身突然下降、过大倾斜、移位、桩身损坏等情况，均应立即停止锤击，及时查明原因，并与现场监理工程师、设计代表商议，提出解决方法。6沉桩时须采取适当的措施防止走锚。7各种施工船舶在施工中，严禁碰撞基桩，严禁利用打设的基桩系缆。在已沉桩区域两端应设置标志，夜间设置红灯。8沉桩完毕后应及时夹桩，当预报台风或大浪时，须检查夹桩是否稳固并采取必要的加固措施。9锤击沉桩时，预应力混凝土桩不得出现裂缝，如出现裂缝，应根据具体情况研究处理。10沉桩允许偏差a桩顶允许偏位值工程 偏差 直桩100mm斜桩150mmb) 桩的纵轴线倾斜度偏差应不大于 1% 。11沉桩完成后，须及

25、时测定处于自由状态的桩顶偏位并记录，如偏位值超过标准，须及时与设计联系解决。1<#990099'>2PHC 沉桩完成后，要求进行抽水裂缝检测，及时抽水检查桩体内外壁泥面以上局部桩体完整性及裂缝情况，如有异常，应及时会同设计部门研究调整PHC 桩沉桩标准。13桩的动力检测除了按本工程试沉桩要求外，还应按桩基检测技术规格书和相关标准要求进行。14沉桩过程中应充分注意对岸坡稳定进行观测，并采取有效措施，确保岸坡稳定。5、PHC沉桩出现的问题及其预防措施5.1 沉桩中出现爆桩 原因分析: (1)桩身质量缺陷 桩身的质量缺陷包括PHC管桩的外表的混凝土脱落现象、尺寸不符合标准要求、管

26、桩的壁厚达不到标准的要求等等，；内部缺陷是桩身的砼不密实、焊接的接口不严实没有完全的进行满焊、桩身的离心不均匀及桩身配筋不符合标准等。 (<#990099'>2)地层问题根据我们码头沉桩过程中爆桩高发地的地层分析情况来看，发生爆桩的地层主要在深水区域本地区的主要在砂层中，特别是厚密实的砂层中。由于砂层沉积规律存在上细下粗的颗粒，沉桩阻力随着进入砂层的深度增加而增大。预防措施：(1)针对桩身缺陷引起的爆桩选择信誉好，生产设备齐全，质量稳定，管理健全的制桩单位要求提供合格证、质检单、检测报告以及管桩生产过程中的每到工序的报验资料加强对进场管桩的检查验收，在施工中所有的进场管桩外

27、观质量必须严格的进行控制，对于外观有严重缺陷的管桩严禁使用。 (<#990099'>2)针对地形问题引起的爆桩在沉桩之前要先了解本水域的地形情况，在沉桩过程中，榔头的压锤速度要严格的进行控制，严禁出现强打的现象，当出现沉桩贯入度异常的情况时要求立即停锤检查。5.<#990099'>2 PHC管桩出现纵向裂缝原因分析： 在沉桩过程中桩身混凝土会产生压应力，也会产生一些环向拉力，而且正是这些环向的拉力使得PHC管桩出现纵向裂缝。如果从桩身上取出一个正方形，当锤击时正方体的上方就会受到向下的压力，正方体的下方就有一个向上的反力，锤击贯入度越小，反立越大。当正方

28、形受到上下的夹击力时，立方体就会向前后左右4个方向膨胀。立方体的里面一侧由于壳的原理无法向里突出；立方体的左右两侧受到相邻立方体的约束，也无法变形；立方体只有向没有约束的外侧膨胀，向外侧膨胀意味着周长增加，也就是桩的外表出现拉力，混凝土是脆性材料，当混凝土的强度小于拉力时，只能以裂缝的形式满足它的膨胀，于是出现了初步的外表膨胀，随着继续锤击，裂缝向里开展，直至贯穿，同时裂缝向上下开展。通常裂缝发生在桩顶以下5m范围内，在桩顶以下<#990099'>2m左右压应变最大，也是裂缝最早出现的部位。防治措施: 由于本工程的PHC管桩已经全部的预制完毕，通过改善PHC桩结构的方法已经无可能。根据现场已经有的夹桩的钢抱箍的情况，我们在桩顶以下的1.5m、<#990099'>2.5m、3.5m处外加钢抱箍，通过钢抱箍的环向约束，防止桩身混凝土出现较大的拉应力。抱箍的高度为300mm。5.3 PHC管桩达不到设计控制