海上長(zhǎng)橋PHC樁裂縫原因分析

劉 開 雄

(湖北 漢川 431600)

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海上長(zhǎng)橋PHC樁裂縫原因分析

劉 開 雄

(湖北 漢川 431600)

介紹了PHC樁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及施工控制程序，結(jié)合具體工程，論述了某跨海大橋PHC樁的施工情況，并對(duì)施工中出現(xiàn)的質(zhì)量病害原因進(jìn)行了分析，以提高PHC樁的施工質(zhì)量。

跨海大橋，PHC樁，裂縫

1 工程概況

某跨海大橋位于我國黃海海域，是一座連接人工吹填島嶼與大陸的通道，橋梁全長(zhǎng)10.05 km，橋?qū)?1.5 m，車行道凈寬9 m，兩側(cè)各1.25 m綜合管線通道。橋梁根據(jù)潮汐潮位情況分為淺水段和深水段兩個(gè)不同區(qū)段施工。淺水段為φ1.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)，又柱式門架墩，30 m跨連續(xù)箱梁，深水段為C型φ800 mm PHC樁基礎(chǔ)，圓形承臺(tái)實(shí)體墩身，40 m跨連續(xù)箱梁。

1.1 工程結(jié)構(gòu)形式介紹

某跨海大橋總長(zhǎng)10.05 km，其中深水區(qū)段橋長(zhǎng)3 960 m，共有99跨，跨度為40 m預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁基礎(chǔ)采用6根(一、二期工程橋臺(tái)為16根)C型φ800 mm PHC管樁，共計(jì)604根，樁長(zhǎng)為52.5 m～61.5 m。φ800 mm PHC管樁開始施工后一個(gè)半月由于沉樁出現(xiàn)裂紋、破裂等現(xiàn)象，由此橋梁基礎(chǔ)由6根φ800 mm變更為5根φ1 000 mm。設(shè)計(jì)施工變更后改為φ1 000 mm，φ1 000 mm PHC管樁剩420根(樁長(zhǎng)為39 m～57 m)，總計(jì)520根PHC管樁，樁基斜率均為6∶1。

1.2 水文、氣象條件

最高高潮位8.42 m；最低低潮位0.21 m；平均高潮位6.07 m；平均低潮位1.46 m；平均潮差4.61 m；最大潮差8.08 m；最小潮差 1.79 m；平均海面 3.93 m。

據(jù)大橋所在的氣象局對(duì)工程區(qū)域的氣象資料統(tǒng)計(jì)，近兩年以來，不小于7級(jí)風(fēng)的天數(shù)比例達(dá)到69.5%，不小于8級(jí)風(fēng)的天數(shù)比例達(dá)到38.6%。

1.3 地質(zhì)條件

大橋施工區(qū)域的地質(zhì)以砂性土為主，粉砂與淤泥質(zhì)粉砂交互層。土層的標(biāo)貫擊數(shù)較大，地質(zhì)勘察資料顯示，不少地段在-35 m處就存在標(biāo)貫擊數(shù)N>40的情況，PHC樁穿越粉砂土層，粉砂土層標(biāo)貫擊數(shù)較大(N=30～50)。PHC管樁主要技術(shù)性能表見表1。

表1 PHC管樁主要技術(shù)性能表

2 PHC樁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

管樁施工設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)采用D128柴油錘施打，并一檔開錘，當(dāng)樁基貫入度較小后改為二檔連續(xù)錘擊。沉樁以貫入度控制，設(shè)計(jì)標(biāo)高校核，具體停錘標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)當(dāng)貫入度達(dá)到6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)，且樁底標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的距離不大于1.5 m時(shí)，即可停錘；2)當(dāng)貫入度達(dá)到6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)，而樁底未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，與設(shè)計(jì)標(biāo)高的距離大于1.5 m且小于3 m時(shí)，需繼續(xù)錘擊30錘，貫入度仍為6 mm時(shí)方可停錘；3)當(dāng)樁底達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，而貫入度大于6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)時(shí)，需停止錘擊，并將停錘時(shí)的平均貫入度(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)及時(shí)報(bào)給監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)院。

3 施工控制程序

大橋施工控制按PHC樁施工流程圖進(jìn)行質(zhì)量控制(見圖1)。

4 PHC樁施工情況

4.1 施工進(jìn)展情況

大橋PHC管樁預(yù)制及防腐涂層施工均是在管樁廠進(jìn)行。第一根PHC管樁正式施打后一個(gè)半月，由于沉樁出現(xiàn)裂紋、破裂等現(xiàn)象暫停施工。設(shè)計(jì)施工圖后改為φ1 000 mm，已完成φ800 mm管樁115根(其中補(bǔ)樁15根)，φ1 000 mm管樁363根(其中補(bǔ)樁9根)，共施工完成478根(為全部完成施工任務(wù)，還剩φ1 000 mm管樁66根)。

4.2 打樁設(shè)備性能及施工情況

PHC管樁施打總共采用了三艘打樁船，三艘打樁船施工情況如下：金祥3號(hào)打樁船，樁錘為D128柴油錘，沉樁φ800 mm管樁115根(其中補(bǔ)樁15根)，φ1 000 mm管樁180根；打樁19號(hào)打樁船，樁錘為D125柴油錘，沉樁φ1 000 mm管樁60根；航工樁7號(hào)打樁船，樁錘為D138柴油錘，φ1 000 mm管樁123根(見表2，表3)。

表2 打樁船主要技術(shù)性能參數(shù)表

表3 樁錘主要技術(shù)性能參數(shù)表

4.3 PHC樁檢測(cè)情況

按設(shè)計(jì)要求，施工單位委托有資質(zhì)的工程檢測(cè)有限公司對(duì)PHC管樁進(jìn)行低應(yīng)變樁基完整性檢測(cè)和高應(yīng)變樁基承載力檢測(cè)，設(shè)計(jì)要求100%對(duì)PHC樁低應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)情況如下：低應(yīng)變檢測(cè)308根，除4根φ800 mm管樁有裂縫補(bǔ)樁外，其余樁身完整，均為Ⅰ類樁，施工完成的PHC樁全部檢測(cè)為Ⅰ類樁；高應(yīng)變檢測(cè)43根，樁身全部完整，為Ⅰ類樁，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

5 PHC樁裂縫情況

5.1 PHC樁裂縫情況簡(jiǎn)述

PHC管樁施打后發(fā)現(xiàn)有不同程度的平行于樁軸線的豎向裂縫，據(jù)檢查統(tǒng)計(jì)，施沉的84個(gè)墩476根PHC管樁中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)26根在+3.0 m(低水位線)左右有裂縫，低水位水面以上長(zhǎng)度1.0 m～3.0 m左右，部分延伸到水位線以下(其長(zhǎng)度無法測(cè)量)，初步觀察部分為內(nèi)外貫穿裂縫，其最大寬度達(dá)3.0 mm左右，裂縫處混凝土有崩裂掉塊現(xiàn)象，個(gè)別管樁裂縫處有銹水流出,這些管樁大多已經(jīng)進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)并判定為Ⅰ類樁。

5.2 裂縫PHC樁統(tǒng)計(jì)

施工單位匯同監(jiān)理單位對(duì)已施沉的84個(gè)墩478根PHC管樁逐一進(jìn)行全面排查，發(fā)現(xiàn)共有26根PHC樁出現(xiàn)寬度和長(zhǎng)度大小不等裂縫。

6 PHC樁裂縫原因分析

6.1 自然條件因素

大橋PHC打入樁施工區(qū)域位于無遮掩的外海，海況環(huán)境十分惡劣，常年風(fēng)大浪高，而且潮差也大，這對(duì)打入樁的施工影響極大。施工期間氣象資料統(tǒng)計(jì)風(fēng)力大于7級(jí)風(fēng)的天數(shù)比例達(dá)到56.9%，大于8級(jí)風(fēng)的天數(shù)比例達(dá)到 32.04%；海浪浪高大于1.0 m浪高天數(shù)比例達(dá)97.0%，大于1.5 m浪高天數(shù)比例達(dá)58.7%，大于2.0 m浪高天數(shù)比例達(dá)24.3%。天氣氣象統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

6.2 地質(zhì)條件因素

大橋施工區(qū)域的地質(zhì)以砂性土為主，地質(zhì)復(fù)雜且變化大。土層的標(biāo)貫擊數(shù)較大(持力層的標(biāo)貫擊數(shù)N=30～50)，為板砂致密層，不少地段在-35 m處就存在標(biāo)貫擊數(shù)N>40的情況，導(dǎo)致管樁沉入困難，強(qiáng)行錘擊易造成樁身裂紋、樁頭破損?？傆?jì)沉樁478根，其中φ800 PHC管樁115根，φ1 000 PHC管樁363根，打樁情況統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表4 天氣情況統(tǒng)計(jì)表

表5 打樁情況統(tǒng)計(jì)表

6.3 預(yù)制工藝缺陷

PHC樁引用國外預(yù)制工藝，在工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制成形，施工條件好，本身質(zhì)量容易控制；但是，由于其預(yù)制過程采用離心高速旋轉(zhuǎn)成形工藝，斷面上徑向混凝土分布不均勻，也就是同一斷面上外側(cè)粗骨料多，內(nèi)側(cè)浮漿多。樁長(zhǎng)39.0 m較長(zhǎng),離心過程中鋼筋籠容易偏位，鋼筋保護(hù)層不均勻，沉樁過程中容易造成應(yīng)力集中而開裂。

6.4 PHC樁規(guī)范原因

PHC樁技術(shù)引進(jìn)時(shí)只有小直徑管樁，后經(jīng)國內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新后才有了現(xiàn)在的φ1 000和φ1 200 PHC管樁。PHC管樁雖然由800直徑增大到1 000直徑，在預(yù)應(yīng)力主筋數(shù)量和有效壓應(yīng)力水平方面形成系列化，軸向承載力增強(qiáng)，但是其構(gòu)造箍筋的大小和間距并沒有做相應(yīng)的調(diào)整，因此在PHC管樁弧度變大的情況下剛度沒有加強(qiáng)，使得大管徑PHC樁的環(huán)向約束能力降低。

6.5 錘擊沖擊波拉應(yīng)力

據(jù)研究，樁頂受沖擊時(shí)，樁身產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)波會(huì)以很快的速度向下傳遞，瞬時(shí)又會(huì)以壓應(yīng)力和拉應(yīng)力波向上反射。錘擊過程中，樁尖阻力越大，在強(qiáng)大錘擊壓力作用下，樁尖反射應(yīng)力波也非常大，樁身法向拉應(yīng)力超過了樁身混凝土抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致管壁出現(xiàn)豎向開裂。

7 結(jié)語

通過前述PHC樁裂縫產(chǎn)生的原因針對(duì)性的采取預(yù)防措施進(jìn)行施工效果對(duì)比總結(jié)，總體上可以控制PHC樁在海上超長(zhǎng)橋梁基礎(chǔ)中的質(zhì)量問題。在今后其他同類工程施工中應(yīng)多觀察、多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施進(jìn)行施工，PHC樁在橋梁基礎(chǔ)上應(yīng)該可以得到更大的應(yīng)用。

Cause analysis of cracking for PHC piles in offshore long bridge

Liu Kaixiong

(Hanchuan431600,China)

The paper introduces PHC pile design standards and construction control procedures, discusses PHC pile construction conditions of the sea-crossing bridge, and analyzes construction quality disease causes, with a view to improve PHC pile construction quality.

sea-crossing bridge, PHC pile, cracks

1009-6825(2015)18-0181-02

2015-04-18

劉開雄(1972- )，男，工程師

U445.7

A