大直徑PHC管樁在東非海岸碼頭中的應(yīng)用

廖周文 李林華

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210001）

新建Ro-Ro泊位碼頭工程位于坦桑尼亞前首都達(dá)累斯薩拉姆市達(dá)累斯薩拉姆港（簡(jiǎn)稱(chēng)達(dá)港）內(nèi)，達(dá)港為東非第二大港（僅次于肯尼亞蒙巴薩港），東臨印度洋（Indian Ocean）。作為國(guó)家“一帶一路”倡議在非洲的重要支點(diǎn)，世界銀行融資貸款項(xiàng)目，同時(shí)也是中國(guó)交建近二十年來(lái)進(jìn)入坦桑尼亞市場(chǎng)的首個(gè)水工項(xiàng)目，Ro-Ro泊位碼頭工程定位很高。項(xiàng)目采用預(yù)制大直徑PHC管樁基礎(chǔ)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以英標(biāo)[1]為主，部分采用美標(biāo)。文章以新建Ro-Ro泊位基礎(chǔ)施工為背景，通過(guò)對(duì)PHC管樁國(guó)內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制、海上運(yùn)輸、水上沉樁及施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)海外類(lèi)似水工碼頭項(xiàng)目提供一些參考和借鑒。

1 工程概況

新建Ro-Ro泊位為高樁碼頭。樁基均為PHC管樁，共298根，其中直樁218根、斜樁80根；樁徑0.8 m、壁厚130 mm、保護(hù)層60 mm，樁長(zhǎng)33～44.5 m。地質(zhì)持力層主要為密實(shí)黏土質(zhì)中粗砂層及黏土質(zhì)珊瑚砂礫層（N=50/250～50/200）。

2 PHC管樁施工流程

2.1 PHC管樁預(yù)制

預(yù)制PHC管樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80，預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度不小于1 420 MPa，采用離心旋轉(zhuǎn)成型及蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝。樁尖為開(kāi)口式鋼樁靴，材質(zhì)為Q345B，長(zhǎng)度分1.5 m和5.0 m兩種，工廠內(nèi)完成焊接連接和驗(yàn)收。

2.2 長(zhǎng)距離海上運(yùn)輸

2.2.1 廠內(nèi)出運(yùn)及散貨船裝卸

每根樁設(shè)置8個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)采用油漆噴涂以便快速識(shí)別和區(qū)分；吊點(diǎn)禁止設(shè)在鋼樁靴上；散貨船裝卸過(guò)程中，每根樁通過(guò)淋水試驗(yàn)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查。

2.2.2 海上運(yùn)輸襯墊與加固

管樁底部墊10 cm×10 cm×200 cm方木10道，方木與樁軸線成90°，層間木方為100 mm×100 mm×600 mm，同一截面墊3根；在管樁兩側(cè)位置沿著縱向每邊焊接4個(gè)人字撐作為管樁止移裝置，底層PHC樁用三角木尖塞緊并用釘子固定在墊木上；捆綁鋼絲繩與PHC樁之間鋪蓋土工布，防止鋼絲繩損壞PHC樁；裝船固定完成后，覆蓋彩條布保護(hù)。

2.2.3 PHC樁轉(zhuǎn)堆

PHC樁堆存根據(jù)沉樁順序排放，避免取樁時(shí)多次“翻樁”，堆放區(qū)設(shè)立標(biāo)志標(biāo)牌，注明存樁數(shù)量、樁號(hào)等，每次取樁或新存樁需更新標(biāo)牌內(nèi)容，建立存樁取樁臺(tái)賬，安排專(zhuān)人管理，做好記錄，隨時(shí)查閱。

2.3 沉樁施工

2.3.1 主要沉樁機(jī)械

（1）打樁船。打樁船粵工樁6，樁架高60.4 m，平均吃水深度為2.1 m，主鉤額定起重量60 t，副鉤額定起重量40 t，可打樁長(zhǎng)超過(guò)48 m水深，俯仰最大角度為18°，滿(mǎn)足項(xiàng)目吊樁、取樁及沉樁施工技術(shù)要求。

（2）樁錘。配置永安YC30液壓樁錘，錘芯重30 t，行程區(qū)間為20～150 cm，安裝于打樁船樁架上。

（3）樁墊。常用樁墊有兩種，即紙墊和木夾板+麻繩組合樁墊。項(xiàng)目經(jīng)過(guò)試打樁及前期近50根PHC樁的沉樁實(shí)踐，總結(jié)出紙墊具有如下優(yōu)勢(shì)：①紙質(zhì)樁墊質(zhì)量輕，樁工安放、替換速度快；高空作業(yè)時(shí)間短，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)??；②紙墊受力均勻，錘擊后可重復(fù)利用，樁身出現(xiàn)裂縫概率低；紙墊加工速度快，自行加工成本低。

項(xiàng)目最終采用厚度為27 cm、外徑800 mm、內(nèi)徑530 mm的自加工紙墊，成樁效果良好。

2.3.2 測(cè)量準(zhǔn)備

（1）采用樁船上的GPS實(shí)時(shí)控制船體的位置、方向和姿態(tài)，免棱鏡測(cè)距儀測(cè)定實(shí)際樁位，并與設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)比較，移船就位，直至樁位滿(mǎn)足沉樁精度要求。

（2）利用樁架上的量角器和測(cè)傾儀控制樁身傾斜度，測(cè)量平臺(tái)全站儀進(jìn)行輔助校核。

（3）樁架上的測(cè)高儀測(cè)量直樁樁頂標(biāo)高，斜樁樁頂標(biāo)高由測(cè)量平臺(tái)的全站儀測(cè)定。

（4）校核樁位及傾斜度。①計(jì)算測(cè)站與管樁中心坐標(biāo)兩點(diǎn)間距離、與管樁外壁的距離L和方位角α，采用全站儀極坐標(biāo)法，分別觀測(cè)得出L和α的值并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)方向的偏差都滿(mǎn)足沉樁精度要求時(shí)，進(jìn)行打樁系統(tǒng)精確定位。② 利用全站儀免棱鏡測(cè)量技術(shù)校核打樁系統(tǒng)控制精度，通過(guò)觀測(cè)管樁外壁一定距離上兩點(diǎn)分別到測(cè)站的平面距離L1和L2，傾斜角，S為兩點(diǎn)之間的距離，β<1.5°。

樁身側(cè)面傾斜度通過(guò)全站儀的豎絲與樁身側(cè)線的夾角來(lái)校核。同步跟蹤觀測(cè)，并將誤差反饋給打樁船控制室，以調(diào)整、修正系統(tǒng)參數(shù)。

2.3.3 取樁、立樁、穩(wěn)樁

吊樁嚴(yán)禁捆綁吊帶在鋼樁靴上，離駁瞬間要迅速，避免拖樁、碰樁等。

立樁前測(cè)水深，防止樁尖觸及泥面。緊松錨纜，打樁船移離運(yùn)樁駁，過(guò)程中緩緩立樁；樁架后傾，使PHC樁與龍門(mén)梃滑道成平行狀態(tài)，抱樁器合攏抱樁并鎖定。立樁完畢后，使用打樁系統(tǒng)粗定位，將打樁船移逐漸移近樁位。

立樁、抱樁后將樁緩慢下放，下放完畢后，檢查樁錘和樁身是否在同一軸線上，避免偏心錘擊。檢查定位精度，套錘穩(wěn)樁。

2.3.4 錘擊沉樁

（1）錘擊沉樁之前檢查確認(rèn)錨纜、樁身垂直度（傾斜度）；套替打，壓錘、穩(wěn)樁；（2）再次復(fù)核，通過(guò)微調(diào)壓倉(cāng)水或者樁架傾斜度微調(diào)樁位；（3）初始小跳高（20～30 cm）錘擊，隨時(shí)觀察沉樁情況，避免偏心錘擊；（4）正常錘擊沉樁，過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄錘擊數(shù)及貫入度；注意錘擊貫入度變化，尤其軟硬地層相間區(qū)域，應(yīng)及時(shí)調(diào)整錘擊能量；觀察樁身是否出現(xiàn)裂縫、樁頂是否破壞、檢查樁墊是否需要更換，如有異常情況，立即停止錘擊，分析異常原因后方可繼續(xù)沉樁；（5）錘擊過(guò)程應(yīng)連續(xù)，不宜中斷過(guò)久，避免土體恢復(fù)、加大沉樁難度；（6）按終錘標(biāo)準(zhǔn)停止錘擊； 起錘、移船，沉樁完成。

終錘標(biāo)準(zhǔn)參考英國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)沉樁與地連墻規(guī)范[2]，采用設(shè)計(jì)樁尖標(biāo)高控制為主、貫入度控制為輔；結(jié)合前期試樁及試打樁結(jié)果，滿(mǎn)足以下三個(gè)條件之一，可以收錘：①最后三陣，每陣10擊，平均貫入度≤7 mm，且達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，停錘；②未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，平均貫入度≤5 mm（最后三陣，每陣10擊），且樁尖距設(shè)計(jì)標(biāo)高≤1.0 m，繼續(xù)錘擊30擊后，停錘；若此時(shí)樁尖距1.0 m<設(shè)計(jì)標(biāo)高≤2.0 m，應(yīng)采用高應(yīng)變檢測(cè)確認(rèn)是否可以停錘；③最后10擊平均貫入度小于3 mm，應(yīng)停錘；檢查樁身質(zhì)量，綜合評(píng)估總錘擊數(shù)、地質(zhì)和貫入度的關(guān)系，并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)。

終錘標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整和修訂，并報(bào)工程師和設(shè)計(jì)師批準(zhǔn)后執(zhí)行。

2.3.5 高低應(yīng)變檢測(cè)

沉樁檢測(cè)采用高應(yīng)變檢測(cè)、低應(yīng)變檢測(cè)或高低應(yīng)變檢測(cè)一并進(jìn)行。根據(jù)咨工及設(shè)計(jì)要求，高應(yīng)變檢測(cè)按照PHC樁總量的10%控制，低應(yīng)變檢測(cè)按照PHC樁總量的20%控制。

3 沉樁質(zhì)量控制措施

3.1 樁身裂縫控制

（1）重錘輕擊，先用最小跳高錘擊1～3陣，然后合理增大跳高；（2）勤于觀察、復(fù)核樁身垂直度/傾斜度，減少偏心錘擊；（3）實(shí)時(shí)觀測(cè)樁墊的耗損情況，以便及時(shí)更換樁墊；（4）沉樁之前仔細(xì)檢查樁身開(kāi)孔數(shù)量，避免出現(xiàn)水錘現(xiàn)象；（5）清除沉樁區(qū)域內(nèi)的拋石層、混凝土塊及型鋼碎片等影響PHC樁沉樁的雜物，避免由于強(qiáng)行打入導(dǎo)致樁體發(fā)生裂縫。

3.2 裂縫封閉、修補(bǔ)

對(duì)裂縫兩側(cè)10 cm范圍內(nèi)打磨，徹底清理污染物和海生物薄層；采用水下涂刷環(huán)氧重防腐涂料，覆蓋裂縫及兩側(cè)各10 cm范圍的區(qū)域。涂刷2遍，每遍涂刷厚度250 μm以上，總厚度不小于500 μm。先采用SHJ-UW087-B水下環(huán)氧重防腐涂料涂刷，封堵裂縫，再采用SHJ-UW087-C3水下環(huán)氧重防腐涂料涂刷[3]。

3.3 偏位及沖突控制

（1）沉樁過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控樁位，若出現(xiàn)微偏，通過(guò)謹(jǐn)慎收放錨纜或者調(diào)節(jié)樁架糾偏；（2）沉樁后及時(shí)割樁、夾樁，防止海浪沖擊或意外碰撞等造成樁基偏位、失穩(wěn)；（3）嚴(yán)禁在已沉樁上帶纜，已沉樁區(qū)域設(shè)置警示錨標(biāo)燈。

4 應(yīng)用效果

4.1 節(jié)省工期

PHC樁采用國(guó)內(nèi)工廠化預(yù)制，周期短、沉樁工藝成熟、樁檢效率高。以鉆孔灌注樁為例，完成一根長(zhǎng)40 m、直徑800 mm的鉆孔灌注樁施工，平均需要約5～7 d，樁基檢測(cè)需等待28 d齡期；采用PHC樁沉樁施工，根據(jù)地質(zhì)情況不同，平均一天可完成3～5根，成樁檢測(cè)僅需7 d，工效大大提高。新建Ro-Ro泊位碼頭工程成功應(yīng)用PHC管樁，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目周密部署及科學(xué)安排，僅三個(gè)月時(shí)間即完成了全部298根PHC樁的沉樁施工，節(jié)省了工期，保障了項(xiàng)目施工進(jìn)度。

4.2 質(zhì)量可靠、安全風(fēng)險(xiǎn)低

PHC樁采用工廠化預(yù)制，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)過(guò)程易于控制；PHC樁沉樁工藝成熟、流程簡(jiǎn)單，沉樁過(guò)程可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樁身質(zhì)量；沉樁施工機(jī)械設(shè)備數(shù)量少，安全風(fēng)險(xiǎn)源少，且不需搭設(shè)輔助施工平臺(tái)，安全風(fēng)險(xiǎn)較低。

在新建Ro-Ro泊位碼頭工程PHC管樁沉樁施工中，經(jīng)高應(yīng)變、低應(yīng)變成樁檢測(cè)，成樁合格率為100%，且安全事故率為零。

4.3 成本低、經(jīng)濟(jì)效益高

根據(jù)項(xiàng)目前期的考察與分析，采用直徑800 mm鉆孔灌注樁綜合成本估算為3 000 元/延米，不考慮管理費(fèi)、利潤(rùn)、規(guī)費(fèi)以及稅金，以40 m樁長(zhǎng)為例，鉆孔灌注樁平均每根造價(jià)約為12萬(wàn)元人民幣。而Ro-Ro泊位碼頭工程項(xiàng)目采用PHC管樁，每100根PHC樁國(guó)內(nèi)生產(chǎn)成本約340萬(wàn)元，海外運(yùn)輸成本約360萬(wàn)元，機(jī)械人工成本約100萬(wàn)元，其他不可預(yù)見(jiàn)因素考慮10%，不考慮管理費(fèi)、利潤(rùn)、規(guī)費(fèi)以及稅金，綜合成本約為880萬(wàn)元，平均每根PHC樁成本約為8.8萬(wàn)元，相比同直徑的鉆孔灌注樁成本較低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

坦桑尼亞達(dá)港新建Ro-Ro泊位碼頭工程項(xiàng)目成功應(yīng)用了大直徑PHC管樁作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，節(jié)省了項(xiàng)目工期，有效緩解了進(jìn)度壓力，降低了工程成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為長(zhǎng)、大構(gòu)件長(zhǎng)距離海上運(yùn)輸及類(lèi)似海外工程建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。