沙特西海岸珊瑚礁巖地質(zhì)PHC管樁施工技術(shù)

董川

（中交四航局第二工程有限公司，廣州 510230）

1引言

烏瑪哈特島酒店樁基項(xiàng)目位處沙特西部紅海沿岸，隸屬由沙特王室主導(dǎo)的紅海開發(fā)項(xiàng)目（Red Sea Project）。作為沙特重大再生旅游項(xiàng)目，紅海開發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃將紅海沿岸50座島嶼、休眠火山等區(qū)域打造成類似馬爾代夫的超級(jí)觀光度假區(qū)，預(yù)計(jì)將提振沙特旅游業(yè)產(chǎn)值年增40億美元，是旨在降低對(duì)石油依賴的沙特“愿景2030”經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型計(jì)劃的一部分。

沙特西海岸屬于沉積區(qū)地質(zhì)條件，其上層主要由沙土、粉沙土及礫石層組成，下層則廣泛分布著珊瑚礁灰?guī)r[1]。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（Prestressed High-intensity Concrete，PHC管樁），不僅具有強(qiáng)度高，耐打性好，穿透力強(qiáng)，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且還有承載力高的特點(diǎn)[2]。故PHC管樁適用性非常廣，不僅適用于一般性土層，而且可打入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層[3]。

PHC管樁在沙特區(qū)域首次使用，在珊瑚礁灰?guī)r地質(zhì)區(qū)域的PHC管樁施工案例較少。然而，PHC管樁相比其他樁型來說，其價(jià)格較低，施工效率高，且對(duì)環(huán)境破壞較少，更為經(jīng)濟(jì)環(huán)保，在沙特未來的工程建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2工程概況

2.1 基本情況

烏瑪哈特島分為9-3島、9-4島及9-5島，酒店樁基項(xiàng)目主要包括水上棧橋樁基工程和水上別墅樁基工程，共設(shè)計(jì)PHC管樁3 300根。單樁最大設(shè)計(jì)豎向抗壓承載能力700 kN,單樁最大豎向抗拔承載能力250 kN。

2.2 地層情況

1）表層土。松散細(xì)砂層：非常松散（地表層）至中等密度，隨深度而變密，帶有珊瑚和貝殼碎片的細(xì)~粗砂層。地層厚度一般為2.0~17.0 m，平均厚度8.6 m。中密細(xì)砂層：非常松散（地表層）至中等密度，隨深度而變密，帶有珊瑚和貝殼碎片的細(xì)~粗砂層。地層厚度一般為3.0~17.0 m，平均厚度10.6 m。1B層：中等至非常致密的，砂質(zhì)至粗鈣質(zhì)粉砂質(zhì)的珊瑚礫石層。地層主要延伸至松散細(xì)砂層/中密細(xì)砂層以下至巖層（厚度在1~5 m）[4]。

2）巖層。強(qiáng)風(fēng)化珊瑚巖層：細(xì)粒到粗粒珊瑚狀石灰?guī)r。強(qiáng)風(fēng)化到輕微風(fēng)化，極度至輕微破裂?；鶐r面位于海床下6.0~18.0 m。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)擊數(shù)通常為＞50擊或過早拒蝕，表明地層中存在致密到非常致密的物質(zhì)，這些可能代表地層中強(qiáng)風(fēng)化/弱風(fēng)化帶。

3 PHC管樁的供應(yīng)

3.1 PHC管樁的生產(chǎn)與運(yùn)輸

1）沙特當(dāng)?shù)責(zé)oPHC管樁生產(chǎn)廠家，只能通過其他國家的供應(yīng)商采購。經(jīng)過運(yùn)輸距離、生產(chǎn)能力、發(fā)運(yùn)船期等對(duì)比，最終選擇了馬來西亞分公司（Industrial Concrete Products Sdn Bhd,ICP）生產(chǎn)的管樁。本項(xiàng)目管樁直徑分別為450 mm、500 mm及600 mm，管樁長度分別為6 m、9 m及12 m，強(qiáng)度等級(jí)為80等級(jí)，管樁類別為C類。

2）PHC管樁運(yùn)輸距離長，轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)多，產(chǎn)品保護(hù)難度較大，在運(yùn)輸過程中采用專項(xiàng)措施進(jìn)行成品保護(hù)。

3.2 PHC管樁的質(zhì)量檢驗(yàn)

PHC管樁經(jīng)過長距離的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)沙特延布港，卸船時(shí)必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管樁成品樁質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目為：強(qiáng)度檢驗(yàn)、外觀檢驗(yàn)、樁徑檢驗(yàn)、樁長檢驗(yàn)、厚度檢驗(yàn)、保護(hù)層厚度檢驗(yàn)、端板平整度檢驗(yàn)、樁體彎曲檢驗(yàn)。經(jīng)逐根檢查合格后方可接收，不合格的管樁做好記錄并標(biāo)記。

4 錘擊PHC管樁施工

錘擊PHC管樁的施工工藝流程如圖1所示。

圖1 錘擊PHC管樁的施工工藝流程

4.1 試樁試驗(yàn)及設(shè)備選用

選擇具有代表性的區(qū)段進(jìn)行試樁試驗(yàn)，其中9-3島試驗(yàn)數(shù)量為5根，9-4島及9-5島試驗(yàn)數(shù)量為6根，并根據(jù)試樁結(jié)果確定了工程樁設(shè)計(jì)[5]。

管樁施工采用HHP14型液壓打樁錘，錘重14 t，錘體總質(zhì)量21 t。該設(shè)備操作簡單、打擊力強(qiáng)勁、自動(dòng)化程度高、污染小、噪聲低，適用于不同土質(zhì)、不同作業(yè)環(huán)境的打樁基礎(chǔ)作業(yè)。

4.2 施工場(chǎng)地條件

烏瑪哈特島打樁作業(yè)區(qū)域?yàn)樗钶^淺，海床面標(biāo)高大多為-2.0~-0.5 m，局部地區(qū)為-4.0 m，當(dāng)?shù)仄骄Ｋ矫鏋?.6m，絕大部分水深約為1.5m。經(jīng)過方案對(duì)比驗(yàn)證，決定采用疏浚材料珊瑚礁砂回填形成施工平臺(tái)及臨時(shí)道路，頂面標(biāo)高為1.0 m，待完成打樁施工后再進(jìn)行反挖，恢復(fù)海床原貌。值得注意的是，回填過程中需要將大的珊瑚礁石剔除，防止其在PHC管樁下沉過程中造成樁位及垂直度出現(xiàn)較大偏差。

4.3 打樁機(jī)就位

依據(jù)樁位圖及測(cè)量控制點(diǎn)，由專業(yè)測(cè)量技術(shù)人員采用全站儀測(cè)放樁位。沉樁前復(fù)核樁位，沉樁過程中進(jìn)行樁位監(jiān)測(cè)，沉樁完成后進(jìn)行樁位復(fù)測(cè)。樁位偏差允許值為75 mm，樁身垂直度偏差允許值為樁長的1/75。打樁機(jī)樁架必須垂直，可通過液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)垂直度，采用全站儀檢查。

4.4 樁靴焊接

針對(duì)珊瑚礁巖地質(zhì)，配備了不同規(guī)格的樁靴，長度分別為300 mm、500 mm、1 000 mm、1 500 mm。針對(duì)珊瑚礁巖層穿難以穿透的問題，采用破巖樁靴，增強(qiáng)破巖能力，使管樁順利穿透珊瑚礁巖層，以滿足設(shè)計(jì)樁長要求。

4.5 管樁的起吊

管樁就位后，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員采用紅色油漆在樁身劃出刻度線，以整數(shù)米為刻度標(biāo)記，按樁端至樁頂?shù)捻樞驑?biāo)注。以便觀察管樁入土深度及每米錘擊數(shù)。PHC管樁提前擺放于打樁點(diǎn)50 m范圍以內(nèi)，再由吊車使用專用吊鉤以兩頭勾吊法依次將管樁送至打樁機(jī)前，用由樁機(jī)起重吊鉤將管樁單點(diǎn)起吊并喂入樁帽，吊點(diǎn)設(shè)在樁頂向下1/3樁長處。

4.6 打樁施工

1）樁位對(duì)中：將管樁對(duì)準(zhǔn)樁位中心，用樁錘自重將管樁壓入土層，穩(wěn)定樁身，調(diào)正樁身、樁錘、樁帽，中心線重合、豎直。采用2 m靠尺檢查管樁各方向垂直度，確保樁身垂直度偏差≤1/75。并在管樁兩個(gè)正交方向上做距離1 m的護(hù)樁，以便隨時(shí)檢查樁身偏位。

2）穩(wěn)定樁身：第一節(jié)樁開始打入時(shí)，控制好樁錘起落高度，采用手動(dòng)控制液壓錘，以20 cm跳高將管樁慢慢送入土層中，并隨時(shí)觀察管樁中心位置及垂直度，確定滿足要求后，再轉(zhuǎn)入液壓錘自動(dòng)控制模式，正常施打。如有必要，將管樁拔出重新對(duì)樁，直至滿足要求。

3）錘擊沉樁：根據(jù)液壓錘的錘擊能量及PHC管樁承載的最大軸力，樁錘跳高控制在40 cm以內(nèi)。

4）終樁停錘：根據(jù)本工程的特殊地質(zhì)條件，施工中以貫入度控制為主，以設(shè)計(jì)標(biāo)高控制為輔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，貫入度小于7 mm/擊時(shí)，表明樁端進(jìn)入到珊瑚巖層，若還未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，則繼續(xù)錘擊3陣，按每陣10擊，貫入度≤30 mm/10擊為收錘標(biāo)準(zhǔn)。收錘后進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，以確認(rèn)該樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.7 接樁及防腐處理

PHC管樁配置2節(jié)以上的需進(jìn)行接樁，采用焊接連接。管樁端板焊縫坡口高度、寬度為15 mm，焊縫高度要求比成品管樁高1 mm，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行管樁接口焊接。管樁焊接前，將連接板粘帶沙土及防腐涂層清理干凈；管樁對(duì)接時(shí)，保證上、下管節(jié)的中心線及邊線對(duì)齊，焊接時(shí)由2個(gè)焊工同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱焊接，焊接層數(shù)2層，焊接完成后應(yīng)進(jìn)行外觀檢查；管樁接口焊接完成后，保證不少于5 min的冷卻時(shí)間；管樁焊接接口采用專用防腐涂料，焊口冷卻后進(jìn)行涂刷，涂刷2遍。

5存在問題的處理

本項(xiàng)目施工中遇到了不少問題。PHC管樁實(shí)際打入樁長與設(shè)計(jì)樁長存在較大偏差，有正偏差，也有負(fù)偏差。對(duì)于負(fù)偏差，在施工中采用更換破巖樁靴、輔助引孔、加厚樁墊等方法進(jìn)行沉樁；對(duì)于部分區(qū)域地層軟弱，樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)高程后貫入度仍較大，則調(diào)整樁型配置，增加樁長，打至沉樁貫入度滿足設(shè)計(jì)要求。珊瑚礁巖地質(zhì)情況復(fù)雜，有10根PHC管樁在沉樁過程中觸及較硬珊瑚礁石直接爆裂，這10根樁不能使用。對(duì)于損壞的PHC管樁，采用引孔設(shè)備將其拔出，重新沉樁。PHC管樁沉樁過程中樁身偏斜，垂直度偏差超過規(guī)范允許值。對(duì)于入土較淺的PHC管樁，采取拔出重打的方法進(jìn)行糾正；對(duì)于已經(jīng)打入較大深度，不能直接拔出的PHC管樁，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)技術(shù)人員進(jìn)行分析，驗(yàn)算樁基能否滿足設(shè)計(jì)要求。PHC管樁經(jīng)過長距離運(yùn)輸損壞數(shù)量較大。對(duì)于已經(jīng)損壞的樁，在進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)做好標(biāo)記，拒絕使用；要求管樁承運(yùn)單位采取嚴(yán)格的裝卸、裝運(yùn)控制措施，減少運(yùn)輸過程中的樁損；對(duì)每一批次PHC管樁購買運(yùn)輸保險(xiǎn)，簽訂保險(xiǎn)合同，減小運(yùn)輸損失。

6 檢測(cè)結(jié)果

對(duì)PHC管樁試樁進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn)、豎向抗拔靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變檢測(cè)、低應(yīng)變檢測(cè)。對(duì)PHC管樁工作樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，頻率取總樁數(shù)的5%；低應(yīng)變檢測(cè)，全數(shù)檢測(cè)。豎向抗壓靜載試驗(yàn)數(shù)量8根，平均總沉降量5 mm，單樁豎向承載力特征值350 kN。豎向抗拔靜載試驗(yàn)數(shù)量5根，平均抗拔量為2 mm，單樁豎向抗拔承載力不小于250 kN。高應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量為180根，管樁總承載能力均大于設(shè)計(jì)要求。低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量為3 300根，全部為Ⅰ類樁。

7 結(jié)語

PHC管樁具有強(qiáng)度高、耐打性好、穿透力強(qiáng)、施工速度快、承載力高等特點(diǎn)，并且其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性與灌注樁相比優(yōu)勢(shì)明顯。由于缺少PHC管樁供應(yīng)商及相關(guān)工程應(yīng)用實(shí)例，PHC管樁并未在沙特地區(qū)投入使用。紅海北部地區(qū)的烏瑪哈特島酒店項(xiàng)目是PHC管樁在沙特地區(qū)的首次工程實(shí)踐，本項(xiàng)目證明了PHC管樁用于珊瑚礁巖地質(zhì)的可行性，為后續(xù)PHC管樁在沙特地區(qū)的應(yīng)用提供了借鑒。隨著相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用示范及后續(xù)推廣，能為我國建筑企業(yè)在國外的工程建設(shè)提供更為強(qiáng)力的技術(shù)支持，繼而產(chǎn)生更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。