上海青草沙水库及取输水泵闸工程超高强预应力混凝土管桩(PHC桩)沉桩施工实例.doc

上海青草沙水库及取输水泵闸工程超高强预应力混凝土管桩（PHC桩）沉桩施工实例
郑祥镇 刘猛
[摘要]通过上海青草沙水库及取输水泵闸工程超高强预应力混凝土管桩（PHC桩）处理软基的工程施工实例，介绍超高强预应力混凝土管桩（PHC桩）施工过程、质量控制要点、效果检测及安全管理措施等。
[关键词]沙滩软基；PHC桩；施工过程；质量控制；效果检测；安全管理
1 工程概况
本工程位于上海市长兴岛，主要功能是在非咸潮期自流引水入库供水，在咸潮期通过水库预蓄的调蓄水量和抢补水来满足上海市的原水供应需求，工程等别为Ⅰ等，水库环库大堤及泵闸等主要建筑物级别按Ⅰ级建筑物设计。其地基结构分类属多层结构，表层为粗粒土亚类，浅部存在中等透水性土层，还存在地基土冲蚀（刷）、可液化土层及基坑壁和基坑底以粉性土为主等问题（详见表1）。PHC桩须在长江口江心围堰内沙滩软基上施工（滩面高程约-1.90m~+1.10m），主要用于上游取水泵闸的闸室、泵房、拦污栅桥、导流墩墙、翼岸墙、水文测亭的基础等，水文测亭下的PHC桩采用Φ600（AB型），其余PHC桩均采用Φ800（B型或C型），累计926套，长度20~55m不等，采用桩送桩形式施工，具有规格多、管径粗、桩身长、数量大、密度高、送桩深的施工特点。
表1 工程区域地层表
土 层
层 号
土 层 名 称
状 态
层厚( m )
范围值 (一般值)
层底标高( m )
范围值(一般值)
①3-1A
（淤泥质）粘性土夹粉性土
流塑～软塑
0.60～10.00（5.30）
-5.05～-15.18（-8.40）
①3-1B
砂质粉土夹粘性土
稍密
1.00～14.00（5.30）
-0.55～-19.30（-7.65）
②3-3
灰色砂质粉土
稍密
1.00～7.90（5.80）
-14.13～-16.93（-16.05）
④
灰色淤泥质粘土
流塑
5.70～9.80（7.45）
-22.16～-25.08（-23.60）
⑤1-1
灰色粘土
流塑～软塑
5.50～8.20（6.95）
-29.32～-31.96（-30.50）
⑤1-2
灰色粉质粘土
流塑～软塑
14.70～23.60（17.50）
-45.28～-54.18（-48.05）
⑤2
灰色砂质粉土夹粉质粘土
中密
2.60～9.30（5.80）
-50.83～-56.28（-53.25）
⑦
灰色粉砂
中密～密实
2.50～10.10（7.45）
-58.78～-62.05（-61.00）
⑨
灰色含砾粉砂
密实
未钻穿
未钻穿

2 PHC桩施工过程
2.1 施工工艺及设备的选定
本工程地层分布较复杂，全新统土层厚度较大。地层砂性较重，且土层分布不均匀。其中第⑤2层及第⑦层比贯入阻力大，沉桩有一定困难。根据上海地区类似地层施工经验及结合场地地基土主要物理力学指标分析，按有关经验公式估算，我部采用DD-10.3T、DD-8.5T、DD-6.5T型柴油桩锤打桩机各一台对不同沉桩深度PHC桩进行分片施工。每套桩桩长为长度20~55m不等，须进行配桩（单桩分10m、11m、12m、13m、14m、15m五种长度），采取桩送桩的形式进行施工。
2.2 桩的预制、验收、起吊、搬运及堆放
（1）PHC桩委托具有相应资质的专业厂家生产，并负责运至施工现场。因工程位置偏僻且处于开敞江心，交通条件差，现场建设临时码头一座，采用千吨级深仓驳运输至现场，保证了供桩强度满足施工需要。PHC桩成品桩进场时我方指派专人和监理一起对检查生产厂家的合格证、试验单、质检单、批号等及外观质量等进行检查（主要以长度、端部倾斜度、外径、壁厚、保护层厚度、弯曲矢高、端板尺寸等内容为主），确认合格后方能进场。施工前进行外观检查验收（主要以粘皮、桩身合缝处漏浆、局部磕损、内外表面漏筋及断筋、桩端面平整度、桩端板凹陷、桩身裂缝等内容为主），验收合格方可施工。
（2）PHC桩的堆放场地应平整坚实，并采取可靠的防滚、防滑措施，不得产生不均匀沉陷，堆放层数根据本工程实际情况不得超过四层。在距桩端0.207L(L为桩长)处设置支点，上下支点应垂直对齐。
（3）PHC桩混凝土达到放张强度脱模后即可起吊，桩在起吊和搬运时，必须做到平衡并不得损坏且应轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚垛等。水平吊运吊点应按照规范要求堆桩由吊车采用两点起吊，吊点位置距桩端0.207L。打桩时单点起吊吊点距桩端0.293L。
2.3 PHC桩试桩
PHC桩按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）要求进行现场静载荷试桩，以测定桩的垂直与水平承载力及抗拔力，工程量详见表2，试桩结果满足设计要求。
表2 PHC桩试桩工程量表
桩型
桩长(m)
桩数(根)
混凝土标号
桩顶标高
备注
PHC-C800(110)-55b
55
10
C80
+1.1m
竖向试锚桩
PHC-C800(110)-50b
50
2
C80
-3.9m
水平向试桩
2.4 平面测量控制
（1）首先通过对总平面图和设计图纸的学习，了解工程总体布局、工程特点和设计意图。并了解工程所在地区的坐标、周围环境、现场地形等情况。
（2）熟悉和了解建筑物的布局、定位依据、定位条件及建筑物的主要轴线等。
（3）将甲方提供的水准点高程、坐标进行复核无误后，及时办好签证手续。
（4）在熟悉和掌握总图的基础上，对总图上所标注的定位坐标、尺寸用计算闭合导线方法核算是否准确。
（5）根据总图上提供的坐标，计算出测量时所需的距离、角度以及通过坐标反算，换算成极坐标后进行平面控制网的测设。
（6）测设时先校核施工现场上已测设的坐标点，然后根据已测量出的坐标点测设出平面布置图上的坐标点，并使各个坐标点分布在施工场地内。
（7）每次用直角坐标测设后要进行校核。
（8）主要坐标控制点测设后，建立整个施工场地的平面控制网。
（9）测设出建筑物的轴线与主要控制点，对桩基进行放样桩。
（10）平面控制网测设时保证测设精度，控制网测设后进行闭合校对。确保起点与终点吻合，并对主要坐标控制点作必要的保护。
（11）测量精度的控制及误差范围：测角：采用二测回，测角中误差不大于５秒；测距：采用往返测量，取平均值；量距：采用测距仪和鉴定过的钢尺；各控制点边长误差应达到1/10000精度；各控制点相关角度差应不大于５”。
2.5 桩垂直度及标高控制
实际测放时以甲方提供的水准点为基准水准点，定时复核校正，并以此为基点控制桩顶标高点。
（1）桩身垂直度控制采用两台经纬仪相互交叉成90°，以控制插桩、沉桩时桩身的垂直度。
（2）送桩时配置一台DS3水准仪，在送桩杆上预先划好标记以控制桩顶标高。
2.6 沉桩施工
沉桩前再次对桩进行检验，只有验收合格的成品桩才可沉桩。
（1）工艺流程
沉桩工艺流程：验桩→吊桩→机身调平→沉桩→接桩→沉桩→送桩→记录
详见图1。
（2）因软基地层初打时下沉量较大，故采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度渐增。打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯受剪。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。
（3）沉桩应力求连续施工，中途不得人为停锤。遇到下列情形之一者暂停施工，并与有关单位研究处理：
a.沉桩过程中桩的贯入度发生突变；
b.桩头混凝土剥落、破碎或桩身破损；
c.桩身突然下沉、倾斜或跑位；
d.地面明显隆起、邻桩上浮或桩位水平位移过大，周围观察点发生异常情况；
e.贯入度或锤击数与试验成果明显不符；
f.桩位移及标高超限较多；
g.桩身回弹曲线不规则。
2.7 接桩
本工程采用KRⅡ500半自动电焊机接桩，电焊接桩施工工艺要求如下：焊丝必须符合要求，需由供应商提供质量保证资料；施焊第一层时，宜适当加大电流，加大熔深。接桩前确认管桩接头合格；接桩时在下节桩头上安装导向箍，以便新接桩节的引导就位。上、下节桩对准后，将桩压紧，先在坡口处对称点焊4点，然后拆除导向箍。在予以满焊；接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于５mm，节点弯曲矢高不得大于桩长千分之一，且不大于20mm，上节桩与下节桩应对直，轴向错位不得大于2mm，坡口根部应平整密贴；电焊间歇时间应大于1分钟，冷却等强并防止温度应变裂缝的产生。
焊接工艺应符合下列要求：上下端板表面用铁刷清理干净，应除污、除锈，坡口处呈现金属光泽，方可施焊；将端板周围的焊缝接口焊满；其外观质量等级达到《钢结构工程施工及验收规范》中二级焊缝质量；第一根桩接桩时，应试焊确定电流强度，焊接时电流强度应与所使用的焊机和焊丝相匹配，应对称、均匀、连续施焊，根部必须焊透，表面加强焊缝高度直为1~2mm，力求平滑。焊接后应进行外观检查，焊缝不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹碴、裂缝等表面缺陷，发现缺陷时应返修，但同一条焊缝返修次数不得超过２次；临时定位电焊与正式电焊同等重要，如有凹痕、咬边、焊瘤、夹碴、裂缝等表面缺陷，应在正式焊接前消除；大风和雨天，应有可靠的防风、防雨措施，否则不得进行焊接施工；每个电焊接头，施工单位除需自行进行质量检验外，还需会同业主、监理进行隐蔽工程验收。
2.8 送桩
送桩是沉桩施工中最后一道工序，由于送桩杆和桩存在不连续面，会使送桩杆与桩的断面存在间隙或差异，使桩顶受到过大的应力，导致桩顶破碎，还会造成桩的局部弯曲。部分管桩由于送桩施工时由于送桩杆入土深度较深，前期出现桩机起拔送桩杆时钢丝绳断裂的情况，现场租用了一台35T履带吊负责起拔送桩杆。因此，对于沉桩施工中的送桩，不能掉以轻心，应严格按下列要求执行。
（1）送桩杆与桩顶间空隙控制在5~10mm，并加设弹性木垫，厚度均匀，打桩时经常检查，及时更换补充；送桩杆上刻有尺寸标志，以便测读桩顶标高，控制桩的入土深度，送桩前应用水准仪对高程控制尺度进行复核，防止先期周边PHC桩施工造成地面突变而造成参照高程偏差严重。
（2）送桩杆端头设置钢爪扣，卡牢桩顶后方可进行送桩。
（3）送桩时，若不控制送桩杆垂直度，送桩后很容易使桩平面位置产生偏差，尤其是送桩深度超深，桩的偏斜越大。故施工中必须保证“送桩杆”与桩身的纵向轴线保持一致。送桩时，需用两台互为正交的经纬仪观测控制送桩的垂直度。
（4）最后1m锤击数超过300，停止施工；根据现场实际情况，按照最后10击贯入度小于3cm的停锤标准加以控制。
按照施工现场统计情况，单台桩机施工效率约为9.2m/h。

图1 PHC 管 桩 施 工 工 艺 流 程 图
控制网建立

测放桩位

办理中间验收
循环
桩机移位
PHC桩

复核桩位
送 桩
查合格证等
检 查 桩 的 垂 直 度

检测桩顶标高
外观检查
下节桩插入

使 用 材 料
判 定OK
下节桩打入

判定合格

实测桩位移
上节桩插入

实测桩顶标高
焊缝检查、隐蔽工程验收
焊 接
判定合格

提交竣工资料
查合格证等

测桩位移倾斜
上节桩打入

焊 条

3、质量控制
3.1 控制要点
（1）材料及设备检测：主要是管桩外观及质量、沉桩设备及焊丝等方面的检测；（2）测量复核：特别是小样桩（工程施工时，桩位复核定位发现测放小样桩由于周边PHC桩施工造成土体挤压，最大偏差达到11.2cm）及桩顶标高的复核控制，及时予以纠偏；（3）现场施工中发现新桩的沉桩施工易引起周边已施工管桩整体上浮，实测资料显示最高达到18cm，因引起高度重视；（4）焊缝质量；（5）沉桩垂直度及完整性；（6）沉桩顺序：选择合理的打桩施工顺序，能减小桩的侧向位移，对周围滩面不会有大的影响；（7）桩头开挖：避免大型机械设备基坑开挖时直接接触桩头，造成桩顶破裂。
3.2 沉桩记录应完整
沉桩过程中应详细记录锤型、落距、每米锤击数、总锤击数、最后十击的平均贯入度和最后1m的锤击数、入土深度和平面偏差等，按规范要求整理成表并进行质量评价。
3.3 PHC桩的质量检查和验收
（1）桩顶偏位不大于10cm。
（2）桩纵轴线倾斜度偏差一般不大于1%。
（3）沉桩控制原则：以桩尖标高控制，桩沉放后，桩顶允许偏差为+100～0mm。
（4）施工过程中应检查桩的贯入情况、桩顶完整情况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间，并对电焊接头做10%的焊缝探伤检查。
（5）施工结束后做承载力检验及桩体质量检验。
4、安全管理
桩机施工现场主要存在以下危险因素，必须采取应对措施。
4.1桩机拆装过程中的危险因素及应对措施
（1） 地基不坚实、地面不平，容易造成塔架倾覆。主要应对措施：安装桩机的施工场地坡度不大于3%，地耐力不小于8.5N/cm2的地面上作业。
（2） 作业人员高空作业，发生人员坠落、施工工具坠落伤人的危险。主要应对措施：高空作业必须佩戴安全带，并做到正确使用，在高空作业所使用的工具必须使用专用的工具套，不能上下抛掷。
（3） 桩机装卸过程中容易发生挤压、碰撞、坠落事故。主要应对措施：在装卸过程中有专人指挥，要认真检查起重机械、吊索具，确认无安全隐患后再作业。4.2 桩机施工过程中的危险因素及应对措施
（1）起吊钢丝绳滑落、断裂，吊物坠落伤人的危险。主要应对措施：大雨天停止施工；经常检查，对不符合使用要求的钢丝绳进行更换。
（2）桩机移机过程中，地基松软沉陷较大，桩锤悬高而致使桩机倾斜或倾倒。主要应对措施：在移机前，对移机经过的地基进行探察，地基沉陷大的要加铺枕木或路基板，在移机前，桩锤放置到低点，制动可靠，方可移动。
（3）桩机在起吊桩、移机、接桩对桩头时制动松动，桩锤、桩落下伤人。主要应对措施：在每班作业前必须检查传动、制动装置可靠有效，经试运转合格后，方可正式操作，在桩锤、桩在空中停留时，必须确认可靠，操作人员不能离开操作台。
（4）用送桩杆送桩，桩杆入土较深，用桩机起拔阻力很大时，容易造成钢丝绳断裂伤人、桩机倾倒的危险。主要应对措施：在桩杆起拔阻力很大时，不能强力起拔，采取松动措施后再起拔。
（5）在移机过程中，容易发生电缆线被挤压损坏。主要应对措施：移机时，有专人负责电缆线的移动和监护。
（6）制动装置损坏、松动打滑，桩锤坠落砸伤作业人员。主要应对措施：上班前要进行试吊以检查制动性能，作业中操作人员禁止离开操作台。
（7）本工程沙滩软基的地质、局部送桩深度较大及800mm粗桩径的施工特点，容易造成地面空洞，有人员失足掉入管桩口内的危险。主要应对措施：结合后期桩顶灌浆托板制作桩头封板，随送桩杆埋入土中，孔口进行回填，并在施工区域设立警示牌。
5、效果检测
管桩动荷载低应变试验检测使用PIT桩基动测仪，检测方法为弹性波反射法，依据《建筑基桩检测技术规程》DGJ08-218-2003，对泵闸基础120套管桩[桩型为PHC-C800(110)-40b）]进行了检测，其中Ⅰ类桩98套，Ⅱ类桩22套。
管桩动荷载低应变试验检测使用PDA打桩分析仪，检测方法为曲线拟合法，依据《建筑基桩检测技术规程》DGJ08-218-2003，对水闸基础3套管桩[桩型为PHC-C800(110)-40b）]进行了检测，全部为Ⅰ类桩，承载力大于3200KN。
从检测成果看，本工程管桩施工完整性好，地基处理效果完全满足设计指标。
6、小结
从效果检测看，本工程采用多型号柴油桩锤打桩机进行PHC桩沉桩施工加固处理沙滩软弱地基是成功的。同时也说明了在沙滩软弱地基处理方面，必须根据处理地基的地质特点、场地条件等多方面因素，选择合适的施工工艺，才能达到预期的地基加固处理效果。