減少PHC管樁施工中的斷樁和樁頭碎裂研究

(1.丹陽市瑞禹水利工程有限公司，江蘇 丹陽 212300；2.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092；3.中交第三航務工程局第三工程有限公司，江蘇 南京 210011)

1 小組概況

中交第三航務工程局第三工程有限公司一碼頭工程樁基采用PHC管樁，在沉樁過程中，多次發(fā)生斷樁、樁頂破裂等問題。針對此問題，項目部組成QC小組，由項目經理、技術負責人、施工員、質量員等人員組成。小組成員圍繞“樁基裂損控制”課題展開QC活動，為現(xiàn)場型課題。

2 選題理由

在樁基PHC管樁施工過程中，由于存在各種不利因素，會出現(xiàn)沉樁偏位、斷樁、樁頂碎裂現(xiàn)象。斷樁需進行補打樁，樁頂破損需進行修補后繼續(xù)施打。根據實際情況，每斷一根樁約損失10萬元，且樁頂破損影響可作業(yè)天數(shù)3天。

沉樁施工一個月，斷樁三根，斷樁率為2.52%。出現(xiàn)一根高樁，無樁頂碎裂樁身裂縫現(xiàn)象，沉樁偏位在規(guī)范要求以內。然而根據要求斷樁率應控制為1%，因此項目部決定開展“樁基裂損控制”QC小組活動，以期減少斷樁、樁頂破損的現(xiàn)象。

3 現(xiàn)狀調查

對近期連續(xù)出現(xiàn)3根斷樁現(xiàn)象進行分析如下：

沉樁58-H1，發(fā)生斷樁事故。樁長55m，錘擊數(shù)707擊，斷樁時貫入度為9.6mm，超高10.33m，入土深度27.17m。

補樁58-H1，發(fā)生斷樁事故。樁長55m，錘擊數(shù)1142擊，斷樁時貫入度為8.8mm，超高3.15m，入土深度36m。

沉樁44-M，發(fā)生斷樁事故。樁長53m，錘擊數(shù)900擊，沉樁時貫入度由12.9mm變?yōu)?00mm，立即停錘，判斷為斷樁，樁帽松開后，樁斷沉入水中，斷樁時超高1.91m，入土深度36.24m。

原因分析：樁身檢查完好；鋼棒無外漏；樁倒?jié){情況良好；樁身排氣孔正常；涌浪小，無風浪；樁墊木完好；壓艙水滿足船舶穩(wěn)定要求，無偏心錘擊。

項目部分析斷樁是由于地質問題(軟弱土層太厚，負摩擦力較大)及錘擊能量過大引起的。

4 確定目標值

4.1 活動目標

經過小組成員認真分析，集體討論，確定本次QC小組活動的目標如下：斷樁率由現(xiàn)場的2.52%降至0.5%，樁頭破碎率控制在0.5%以內。

4.2 可行性swot分析

優(yōu)勢：公司長期從事碼頭工程施工，在水上工程沉樁施工方面有比較成熟的經驗。

劣勢：離岸約300m，受水流波浪影響較大，為孤島作業(yè)，施工難度大，地質條件不佳。

機遇：本工程為公司創(chuàng)優(yōu)重點工程，重視程度高，在資金、技術、人員等方面給予大力支持，調動了小組的積極性。

威脅：工程接近入海口，潮汐變化大，涌浪大。

5 分析原因

為確保沉樁施工順利進行，對施工中可能出現(xiàn)的各種因素進行分析，通過人、機、料、法、環(huán)五個方面，總結出導致斷樁、樁頂碎裂的幾類原因為：操作不當，錘能不當，材料問題，樁體質量差，偏心錘擊，貫入度太小，施工條件差。QC小組成員根據現(xiàn)場情況，利用頭腦風暴法進行了斷樁原因的深層次分析，見圖1。

6 確定主要原因

從分析圖中可以看出，造成斷樁、樁頂碎裂的末端因素共有15項。QC小組通過現(xiàn)場調查、查閱資料、現(xiàn)場檢查、測試測量等方法對15項末端因素進行認真、客觀的分析和論證。確認導致斷樁、樁頂碎裂的主要原因為：樁錘檔位不合理；地質條件不佳；水流潮汐變化大；樁身強度不夠；停錘標準不合理。

7 制定對策

項目部針對5項主要因素進行了專題會議討論，由公司副總工主持專題會議。會議進一步研究了對策，制定了目標，細化了措施。針對每項措施編制檢查表，落實到專人負責，強化措施的執(zhí)行力，見表1。

表1 影響因素及對策

8 對策實施

8.1 樁錘檔位不合理對策

為避免樁身負摩擦力過大引起樁身拉應力過大，導致樁身斷裂，需要在樁尖進入軟硬土層間時暫歇一段時間并調整樁錘檔位。

放慢下樁速度，下樁和壓錘穩(wěn)樁時間間隔不小于5min，壓錘穩(wěn)樁和開始錘擊時間間隔不小于8min。58-H1補直樁和44-M樁發(fā)現(xiàn)斷樁均發(fā)生在穿過夾層Ⅶ2t進入持力層Ⅶ2層時，今后沉樁在樁尖標高達到夾層Ⅶ2t底層時，停止錘擊，間隔5min后繼續(xù)錘擊。開始采用二檔錘擊，當貫入度到10mm左右時換用三檔錘擊。判斷軟弱層以地質報告為主，輔以貫入度校核(樁尖進入Ⅶ2t軟弱層時貫入度會變大)。

效果驗證：通過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，樁尖在穿入、穿出軟弱夾層情況下沉樁間歇一段時間并及時調整了樁錘及相應的檔位，無因為樁錘檔位問題出現(xiàn)的斷樁現(xiàn)象。

8.2 地質條件不佳、停錘標準不合理對策

在裝船碼頭和卸船碼頭挑選一根樁做初打和復打高應變檢測，并根據其結果和現(xiàn)場沉樁記錄，與設計溝通減短樁長，調整停錘標準。

對59-H樁做復打高應變檢測，檢測結果極限承載力為9100kN；對66-A樁做初打高應變檢測，檢測結果極限承載力為11400kN。H-K樁單樁極限承載力最大要求為7335kN，A-G樁單樁極限承載力最大要求為9423kN。

設計院結合碼頭前期實際沉樁情況，高應變檢測結果與理論推算基樁的設計樁力及承載力，對沉樁停錘控制標準進行了設計變更。

效果驗證：通過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，有少部分樁沉樁依然困難，但并沒有因沉樁困難而出現(xiàn)斷樁和樁頭碎裂。根據現(xiàn)場沉樁情況，沉樁錘擊數(shù)減少了200～300擊，改善了沉樁條件。同時，結合規(guī)范計算阻力，項目部研究決定，在樁靴上部焊一圈φ20圓鋼，見圖2。

圖2 焊圓鋼示意圖

8.3 水流潮汐變化大對策

岸上測量觀測錘、替打、樁軸線，確保不偏心錘擊；注意觀察過往船舶情況，異常情況時停止錘擊。

因施工區(qū)域漲落潮時水流速度較大，盡可能避開漲落潮時沉樁，下樁前調整樁架垂直度，穩(wěn)樁后，測量人員觀測錘、替打、樁軸線，如有夾角可適當微調樁架，確保不偏心錘擊；項目部安排專職施工員在沉樁期間駐打樁船，在沉樁過程中，如遇大型船只經過，出現(xiàn)較大船行波或涌浪導致樁船較大晃動時，暫停錘擊，待樁船穩(wěn)定后再繼續(xù)錘擊。

效果驗證：通過對加強對現(xiàn)場的觀測，無因涌浪導致的偏心錘擊出現(xiàn)的斷樁現(xiàn)象。

8.4 樁身強度不夠對策

表面灑水，查看樁身表面有無裂縫、缺損。

質檢員在驗樁時，要檢查樁身是否有抹漿痕跡，同時在樁身上灑水，查看樁身表面有無裂縫、缺損。駐打樁船施工員在樁起吊前，再次查看一遍，并查看樁身是否順直，有無起拱現(xiàn)象。

效果驗證：沉樁60-D，錘擊749擊，最終貫入度為9mm，高出樁頂標高9.77m，在樁身43m和47.5m兩處出現(xiàn)環(huán)向裂縫。斷樁原因分析：錘擊數(shù)不多，貫入度一直正常，判斷為樁身質量問題。

沉樁7-J，錘擊801擊，在樁尖標高-48.45m位置發(fā)生斷樁情況。斷樁原因分析：根據地質勘查報告中Y9孔顯示Ⅶ2t軟弱夾層底標高為-43.01m，此時樁尖已進入持力層，根據沉樁過程分析，突然發(fā)生涌浪，偏心錘擊導致斷樁。

在長時間沒有出現(xiàn)斷樁的情況下，施工人員對驗收、觀測船只有所松懈，導致了這兩次的斷樁事故。項目部開會確定了措施取得的效果，并要求繼續(xù)做好每一駁樁的驗收工作，在任何情況下不得放松觀測。

9 效果檢查

樁基分部工程順利完工：由于樁身自身質量原因而導致的斷樁1根，因涌浪原因而導致的斷樁1根，被運砂船撞斷3根，樁墊鋼絲繩未及時更換導致的樁頭破碎1根，現(xiàn)場沉樁除去意外情況，斷樁率為0.28%,樁頭破碎率為0.14%，超過了預期的效果。

10 鞏固措施和標準化

通過QC小組成員的共同努力，避免了樁身負摩擦力導致的固樁身拉應力過大而斷裂的情況發(fā)生，同時，要做好新進樁的驗收工作和警示工作，避免偏心錘擊。通過一段時間的鞏固，沉樁質量提高，達到了預期的效果。

通過本次QC小組活動，沉樁達到了預定的目標，提高了沉樁質量，為了能夠讓此次獲得的經驗用于今后的其他水工錘擊沉樁施工當中，QC小組成員要將總結的經驗形成文字，編寫《水上錘擊沉樁質量控制法》。

請QC小組組長對小組成員進行相關專業(yè)知識培訓，對不同類型的樁基施工進行更深入的學習，總結經驗，并把QC小組活動更加制度化、經?；?、規(guī)范化，使各項措施能及時得到實施。

11 總結和下一步打算

通過本次QC小組活動，各成員對沉樁質量控制有了更深刻的認識，提高了現(xiàn)場沉樁問題的分析能力；通過小組各成員的努力，沉樁質量控制良好，達到了制定的目標，總結出了很好的施工經驗。同時，全體成員掌握了新的QC知識，圓滿完成了活動目標。QC小組下一步計劃就“減少橫梁裂縫率”課題開展新一輪的PDCA循環(huán)。