內(nèi)河高樁碼頭PHC 管樁選擇及質(zhì)量控制研究

張魯生

（濟(jì)寧市港航局港航工程處，山東 濟(jì)寧272100）

1 工程概況

某內(nèi)河高樁碼頭工程共需在水上施打2 945 根PHC 管樁，其中包括引橋和平臺(tái)樁。引橋樁長(zhǎng)度為47m，平臺(tái)樁長(zhǎng)度為52m，原定使用樁長(zhǎng)33m、直徑800mm、壁厚130mm 的B 型PHC 管樁。但由于船機(jī)進(jìn)內(nèi)河高度等因素的影響，改用樁長(zhǎng)30m、直徑800mm、壁厚110mm 的C 型PHC 管樁。同時(shí)，綜合考慮樁型、工程地質(zhì)以及單樁設(shè)計(jì)承載力等因素，最終確定引橋和平臺(tái)PHC 管樁選用的施打錘型號(hào)為D100，碼頭PHC 管樁施打錘型號(hào)為D125 或D128。

2 PHC 管樁混凝土原材質(zhì)量控制

進(jìn)場(chǎng)的原材料需附有質(zhì)量保證書，進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)定取樣送檢，檢驗(yàn)合格后方可使用。采用525 號(hào)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，同時(shí)，其質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》執(zhí)行。

細(xì)骨料應(yīng)為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然河砂。如采用復(fù)合法，中砂的細(xì)度模數(shù)應(yīng)為3.O～2.8；如采用立式法，中砂的細(xì)度模數(shù)則為3.0～2.3，其雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTS 202—2011《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《水工規(guī)范》）執(zhí)行。

粗骨料為質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)超過所采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)2 倍以上。如采用復(fù)合法，碎石的粒徑應(yīng)為5～20mm；采用立式法則為5～25mm；采用二級(jí)配，其中5～15mm與10～25mm 粒徑的比例應(yīng)經(jīng)過混凝土配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)確定。粗骨料的物理性能和雜質(zhì)含量應(yīng)參照《水工規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行，其中水銹石含量≤10%，粒徑5mm 以下含量控制在約6%。

外加劑與拌和用水的質(zhì)量參照《水工規(guī)范》的規(guī)定。此外，在PHC 管樁的制作過程中常添加纖維等摻合料，目的在于提升PHC 管樁的抗沖擊與抗裂能力，因?yàn)槔w維摻合料的高抗拉強(qiáng)度能夠降低高性能混凝土脆性和自收縮等情況的發(fā)生概率。而這又有利于避免其內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生，減少裂縫源的數(shù)量和縮小裂縫尺度，裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子因此得以降低，裂縫尖端受力集中程度也有所緩和，從而達(dá)到提升PHC 管樁抗錘擊能力的效果。

3 PHC 管樁制作流程與優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 制作流程

PHC 管樁（即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁）呈空心圓筒狀，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C80，是在高壓、蒸汽養(yǎng)護(hù)下利用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝制成的混凝土預(yù)制構(gòu)件。

3.2 樁尖

PHC 管樁的適應(yīng)能力有限，在厚砂層和低壓縮性的土巖層中所取得的應(yīng)用效果欠佳，經(jīng)過錘擊處理后，易伴有管樁開裂等質(zhì)量問題。鑒于此，在樁底設(shè)置樁尖，以提高管樁的穿越能力，避免發(fā)生管樁受損的情況。

3.3 錘墊

通過錘墊的應(yīng)用可有效防護(hù)錘的沖擊塊并削弱錘擊力峰值，進(jìn)而爭(zhēng)取更為充足的錘擊力作用時(shí)間，使樁體獲得更為可觀的沖量，相較于未設(shè)置錘墊，樁體的貫入度有所增加。為達(dá)到該效果，要求錘墊材料具有適度的彈性和剛度，具體根據(jù)樁徑和壁厚情況合理選擇，通常以圓環(huán)形較為合適，將其穩(wěn)定在管樁短板處并采取密封措施。

錘墊的存在有利于保護(hù)錘的沖擊塊及樁頂。推薦的制作材料為豎紋硬木墊、石棉板墊、鋼絲繩墊等具有一定彈性和剛度的材料。

3.4 樁身開孔

水錘應(yīng)力也是導(dǎo)致PHC 管樁身開裂的因素之一，解決這一問題常采用的辦法是樁身開孔，通過排氣（水），保持內(nèi)外氣（水）壓基本一致，降低水錘應(yīng)力。所以，為了降低水錘應(yīng)力對(duì)PHC 管樁的損傷，必須檢查進(jìn)場(chǎng)的PHC 管樁的排氣孔排氣是否順暢。

3.5 管樁吊運(yùn)、堆存和運(yùn)輸質(zhì)量控制

管樁吊運(yùn)前加強(qiáng)對(duì)樁身質(zhì)量的檢查，在混凝土強(qiáng)度滿足要求后方可投入使用。吊運(yùn)期間將鋼桁架作為輔助裝置，吊索與樁縱軸呈垂直關(guān)系，若采用其他吊裝方法，二者夾角需超過45°。為避免樁體失穩(wěn)，吊運(yùn)過程中利用鋼絲繩綁扎并嚴(yán)格控制吊點(diǎn)的位置，與設(shè)計(jì)值的偏差不宜超過±200mm?？紤]到繩扣易受損的情況，宜在吊點(diǎn)處設(shè)置襯墊。吊裝作業(yè)遵循緩慢、勻速、平穩(wěn)的原則，盡可能減小震動(dòng)。

提前規(guī)劃管樁堆放場(chǎng)地并清理、整平，保證堆放區(qū)域具有穩(wěn)定性。按4m 的間距依次設(shè)置支墊，于上方堆放管樁，多層堆放時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地基承載力、支墊強(qiáng)度等方面的情況合理確定堆放層數(shù)。原則上堆放量不宜超過3 層。

4 沉樁質(zhì)量控制

4.1 沉樁作業(yè)前

合格的PHC 管樁是開始沉樁作業(yè)的前提，因此，需要專職質(zhì)檢員與監(jiān)理工程師驗(yàn)收進(jìn)場(chǎng)的各批次PHC 管樁，確保其實(shí)體強(qiáng)度、尺寸與外觀質(zhì)量達(dá)標(biāo)。驗(yàn)收通過后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況探摸沉樁水域的水下地形，并清理可能會(huì)妨礙沉樁的障礙物，確保沉樁作業(yè)能順利進(jìn)行。此外，起吊PHC 管樁時(shí)必須對(duì)錘帽進(jìn)行清理，確保錘帽底面平滑無雜物[1]。

沉樁前由專員檢測(cè)，明確樁架的垂直度，以所得測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)適當(dāng)調(diào)整樁架，使其精準(zhǔn)就位。抱樁器抱樁，維持樁體的穩(wěn)定性，以免在水流的沖刷作用下產(chǎn)生垂直度偏差。待樁體穩(wěn)定后解除抱樁器，檢測(cè)樁身與樁架的軸線，要求二者呈平行的關(guān)系，否則需根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整，以免出現(xiàn)偏心錘擊的現(xiàn)象。

4.2 沉樁作業(yè)中

以現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、錘型、樁型等方面的施工情況為參考，合理采取沉樁控制措施，提高各項(xiàng)控制參數(shù)的合理性。遇黏性土地質(zhì)條件時(shí)以標(biāo)高為主要控制對(duì)象，用貫入度輔助檢驗(yàn)；遇風(fēng)化層時(shí)采取貫入度為主、標(biāo)高為輔的控制方法。

在滿足如下要求后可沉樁停錘：（1）DELMAG-100 錘2 檔油門錘擊，若貫入度≤12cm 且經(jīng)檢測(cè)后樁頂滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，可暫停錘擊作業(yè)；若采用DELMAG-128 錘2 檔油門錘擊的方法，要求貫入度≤15cm 且樁頂標(biāo)高滿足要求；（2）碼頭樁打設(shè)施工采用DELMAG-128 錘2 檔油門錘擊時(shí)，要求貫入度＜10mm 且樁頂標(biāo)高達(dá)標(biāo)，滿足即可暫停錘擊作業(yè)。

錘擊施工期間的干擾因素較多，需加強(qiáng)檢查，打樁船上的人員密切關(guān)注錘帽的實(shí)際情況，看其是否存在啃樁等異常之處，若確有存在則暫停錘擊，在完成對(duì)樁船的調(diào)整作業(yè)后方可施打。錘擊施工期間需安排專員密切關(guān)注過往船只，對(duì)于其航速快且存在涌浪的情況隨即暫停錘擊作業(yè)，后續(xù)恢復(fù)至平穩(wěn)狀態(tài)后方可再次沉樁[2]。

4.3 沉樁結(jié)束后

按上述所提方法完成沉樁作業(yè)后用反射波法檢測(cè)樁身，明確其是否存在局部破損的情況，再組織高應(yīng)動(dòng)力檢測(cè)，從而明確樁基軸向承載力的實(shí)際情況。為確保所得結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測(cè)數(shù)量應(yīng)達(dá)到樁總量的10%或更多，且不可少于10 根。實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，PHC 管樁的波形表現(xiàn)良好，無波速異常的情況，樁身完整、未見缺陷。遇低水位時(shí)抓住時(shí)機(jī)及時(shí)對(duì)沉樁展開外觀檢測(cè)，結(jié)果表明存在縱向裂縫的樁體共為5 根，與打設(shè)期間樁頂破碎有關(guān)，如表1 所示。

5 裂縫修補(bǔ)

5.1 輕微裂縫

碼頭樁普遍偏長(zhǎng)，錘擊數(shù)量較多，在持續(xù)的外力作用下樁身易產(chǎn)生輕微裂縫?？紤]到此類裂縫影響較小的特點(diǎn)，提出如下修復(fù)方案：在低水位組織修復(fù)工作，確定存在輕微裂縫的樁體并于該處夾設(shè)圍檁，再緊密鋪設(shè)木板，以搭建作業(yè)平臺(tái)，供施工人員站立于該處安全高效地作業(yè)；待樁身達(dá)到干燥狀態(tài)后涂抹環(huán)氧砂漿，達(dá)到封閉裂縫的效果，若工期較緊或存在其他情況需烘干樁身；確定輕微裂縫的發(fā)生區(qū)域，用砂紙打磨后再均勻涂抹環(huán)氧樹脂，隨后于該處緊密纏繞玻璃纖維布；經(jīng)前述流程后取適量環(huán)氧樹脂，將其均勻涂抹至玻璃纖維表面。

5.2 Ⅲ類樁

受過往船只撞擊的影響，樁頂下方存在較明顯的缺陷，對(duì)其展開低應(yīng)變檢測(cè)，結(jié)果表明該受損樁體為Ⅲ類PHC 管樁。以實(shí)際情況為立足點(diǎn)提出如下修復(fù)方案：

扶正樁體，設(shè)置槽鋼和對(duì)拉螺栓桿，使其可保持正常的姿態(tài)；檢測(cè)樁芯內(nèi)泥面的標(biāo)高，實(shí)際位置高于缺陷下5m，用高壓水泵清理，向樁芯內(nèi)下放鋼筋籠并使其達(dá)到缺陷下5m 的位置，組織水下灌注混凝土施工，直至達(dá)到樁頂處為止。以鋼板為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過卷板機(jī)的卷制處理后制得鋼套筒，在頂部通過焊接的方式設(shè)置2 根槽鋼，啟用起吊船，將其穩(wěn)定吊住鋼套筒，于該處穩(wěn)定設(shè)置平板振動(dòng)器；經(jīng)檢查若無誤則開啟平板振動(dòng)器，使該裝置緩慢向下振動(dòng)，到達(dá)鋼套筒標(biāo)高處后暫停；經(jīng)檢測(cè)后確定泥面的具體位置，泥面高于裂縫3m，則用高壓水泵沖洗，將制得的鋼筋籠下放至鋼套筒內(nèi)，到達(dá)缺陷下3m 處即可停止，采用焊接工藝將下導(dǎo)管與料斗穩(wěn)定連接，再組織混凝土澆筑作業(yè)，到達(dá)裂縫上2.5m 處即可停止。在做好前述工作后安排潛水員切割鋼套筒，確保其在低水位時(shí)不出現(xiàn)外露的情況。

6 結(jié)語

PHC 管樁以其自身優(yōu)良的特性，在各大工程中得到了廣泛的使用。本文以具體工程為實(shí)例，對(duì)內(nèi)河高樁碼頭PHC 管樁選擇及質(zhì)量控制進(jìn)行了分析，希望為同類施工提供參考。