淺析清遠樞紐工程靜壓PHC管樁施工質量問題及防治措施

黃圖

（廣東省北江航道開發投資有限公司，廣東廣州 510101）

1 工程概況

清遠水利樞紐是以航運、改善水環境為主，結合發電、反調節，兼顧灌溉和供水條件、旅游、養殖和水資源等為一體的綜合性水利樞紐。新建清遠二線船閘工程PHC管樁（D=600（110）mm-B）工程主要施工部位位于上閘首及1#閘室兩個區域。其中上閘首PHC管樁共計372根全部需要截樁8m，單根長度15m的樁有318根，樁底高程為▽-14.64m；單根長度17m的樁有54根，樁底高程為▽-17.54m，靠近基坑左岸3排（鄰水側）。1#閘室PHC管樁共計86根，樁底高程為▽-18.74m的樁有19根，單根長度18m；樁底高程為▽-15.74m的樁有19根，單根長度15m；樁底高程為▽-13.94m的樁有48根，單根長度15m。兩塊區域共計458根，總樁長7035m。項目區屬沿線為剝蝕堆積河谷平原地貌。區內地形稍有起伏，地貌形態單一，地層層位較穩定，土性較均勻。本施工區域地質條件差，本標段地質條件雜粉砂層為主，部分施工區域可能還存在不明基礎，PHC管樁施打難度大。

2 水文地質條件

2.1 地表水

項目區屬北江水系，北江干流徑流年內分配不均勻，一般枯水期（10月至次年3月）水量僅占全年水量的25%左右，汛期（4—9月）水量占全年水量的75%。豐水期徑流量以6月為最大，約占年徑流量的20%，枯水期則以1月為最小，僅占年徑流量的3%左右。

2.2 地下水

根據地質勘察資料分析，項目區地下水類型主要為第四系孔隙水（潛水、承壓水）和基巖巖溶含水層。勘察期間，測量地下水位埋深一般2.4～9.1m，最大埋深16.9m。上游（以既有清遠水利樞紐作為上下游分界）地下水位稍高，水位高程12.7～14.2m；下游地下水位稍低，水位2.0～9.4m。場區內孔隙含水層分布于河流兩岸階地及河床砂層和砂卵礫石層中，根據場區內滲透性評價，粘性土層滲透性較差，形成相對隔水層，下伏砂性土層及砂卵石土層滲透性較強，形成承壓水層。兩岸一級階地地下水與河水水力聯系良好，并形成互補關系，洪水期河水補給地下水，枯水期地下水向河流排泄，因此地下水位及水量隨季節變化大。基巖巖溶含水層主要分布在第四系覆蓋層之下，為天子嶺組灰巖、砂頁巖組成，其透水性主要決定于基巖內巖溶、裂隙的發育程度及其連通性。

2.3 水質分析

本次勘察期間在北江及其附近井水取水樣進行水質分析，根據《巖土工程勘察規范（GB50021—2001）》（2009年版）相關規定，按II類環境評價標準判別：場地地表水及地下水對混凝土結構具微腐蝕性；在長期浸水下對混凝土中鋼筋具微腐蝕性；在干濕交替下具微腐蝕性。

2.4 不良地質現象

工程區第四系覆蓋層較深，巖土層粗粒含量較多。場地區粘性土混粉砂，多為流塑～軟塑，地基承載力差，開挖后邊坡穩定性較差，易發生邊坡坍塌等不良地質現象，局部粉砂含量較多處，存在管涌、流砂的可能。砂性土、卵礫石土為強透水層，砂性土、卵礫石主要有1-3層中粗砂、2-3層粉細砂及4-1層圓礫土、4-3層卵石土。其中淺中部砂性土，松散～稍密～中密，工程地質特性較差，承載力較低；深部卵礫石，中密～密實，工程性質較好，透水性強。砂性土抗沖、抗剪強度低，易產生管涌、流砂等不良地質現象。

3 施工難點分析

3.1 工期緊

本分項工程工期為45d，PHC管樁總數量達458根，PHC管樁施工進度快慢直接影響下階段支撐梁施工進度及總體施工進度。

3.2 施工組織難度大

本工程中44根樁貼近基坑連續墻，打樁過程對連續墻影響較大，影響基坑安全；再加上PHC管樁施工時打樁機、運輸車、起重吊車等多輛機械設備同時作業。施工組織及安全管理難度較大。

3.3 地質條件差

本標段地質條件雜粉砂層為主，部分施工區域可能還存在不明基礎，導致PHC管樁施打難度大。

4 靜壓PHC管樁作用原理

靜壓PHC管樁是指根據單樁承載力選擇匹配的壓樁機，利用壓樁機的自重和配重通過電動油泵液壓方式將荷載施加在PHC管樁的樁頂上，樁尖壓入土體使土體產生壓縮變形。土體應力狀態受到破壞產生一定的阻力，隨著壓樁力的不斷增加，土體因剪切破壞而出現急劇變形，土體往側向和向下壓縮擠開，靜壓力與土體的阻力形成新的動態平衡，PHC管樁在靜壓力與自重的雙重作用下不斷地擠土下沉，直至達到設計要求的持力層[1]。

5 靜壓PHC管樁施工質量問題及分析

5.1 樁頂偏位或樁身傾斜

施工場地表層為黏性土混粉砂，巖土層性質較為軟弱，鑒于靜壓樁機本身設備的重量值較大，行走過程中對周邊土體產生一定的推力，使土體產生一定的推移，這就容易將施工完成的PHC管樁往一邊進行擠壓，導致管樁出現傾斜或者偏移的現象。經過分析，我們認為樁頂偏位可能與以下原因有關：①測量放線有誤或樣樁在施工過程中發生位移；②插樁對中誤差較大或樁尖遇到障礙物；③先沉入的樁被擠動偏位；④接樁不直；⑤基坑挖土不當引起偏位。場地不平、地耐力不夠或者插樁入土時發生傾斜以及樁體遇到障礙物是樁體傾斜的主要原因[2]，密集群樁中相互擠壓鄰樁、在軟土中送樁太深、基坑挖土不當也是引起偏位的重要原因。

5.2 樁頂或樁身斷裂

PHC管樁進場堆放時由于控制不當產生裂縫，或者管樁出廠時就存在細微的裂縫，帶裂縫的管樁在沉樁過程中隨著壓樁力的增大，裂縫容易出現擴展現象直至出現斷裂現象；巖土層中存在棱角鋒利的塊石，管樁下沉過程中剛好位于塊石的側面導致樁身混凝土被劃傷，當管樁進尺到堅硬巖土層時，劃傷位置樁身混凝土容易出現破損現象；軟硬交接位置地質變化幅度較大或者地層陡峭導致樁端受力出現劇變或者地層中存在粒徑較大的孤石，樁端很容易出現爆樁現象。樁頂斷裂主要是樁頂本身原因以及混凝土強度原因，樁頂面不平或樁頂結構不合理或混凝土強度不夠是主要原因，樁錘太輕錘擊數過多、樁錘太重或落距太大也可導致樁頂發生斷裂。樁身斷裂主要是樁身質量原因或者運輸原因導致，偏心錘擊、樁身傾斜、樁身長細比過大也是導致樁身斷裂的重要影響因素[3]。

5.3 沉樁深度不足

沉樁深度不足大多與當處地質情況與勘察資料不符，導致實際樁端持力層與勘測持力層不符，無法將樁打至設計要求的持力層深度。另外就是打樁錘能量太小，無法將樁體打到預計深度。

6 靜壓PHC管樁施工質量問題的防治措施

6.1 做好施工前準備工作

施工前要認真檢查打樁設備各部分的性能，以保證設備正常運轉施工。檢查管樁外觀質量及產品等級，檢查管樁的標記是否清晰。根據施工圖繪制整個工程的樁位編號圖，由專職測量人員分批或全部測定標出場地上的樁位，其偏差不得大于20mm。最后在樁身上劃出以米為單位的長度標記，并按從下至上的順序標明樁的長度，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁錘擊數。

6.2 樁身傾斜或者偏位防治措施

本工程施工場地的巖土層較為軟弱，容易發生樁身傾斜，因此我們要整平場地，用碎石或碎磚作加固墊層并用壓路機碾實從而提高地耐力，同時校正樁機導桿。如果是因為地層中存在障礙物，就要清障后重新插樁。通過引孔的方式減少擠土效應，減少送樁深度，分層開挖。

6.3 樁頂或樁身碎裂防治措施

樁頂或樁身的碎裂大多數是由于樁身質量不達標，因此管樁采購時應選擇信譽好和質量穩定的供應商，對進場的管樁質量進行檢查，檢查管樁的外徑、壁厚、長度、品牌、端頭板鋼板與混凝土連接情況、樁身有無裂縫和端頭混凝土質量等，管樁出廠質量滿足施工規范要求方可投入使用[4]。對樁身進行施打時，要減少錘擊能量、減少樁身自由長度。樁錘和樁墊也需及時更換。

7 結語

在管樁施工過程中嚴格按照施工規范對關鍵工序質量進行控制，加強對樁身垂直度控制，加強對焊接質量檢查，對壓樁力、施打次數、時間和沉降量進行檢查，根據管樁出現的質量問題進行分析并采用相應的防治措施進行處理，確保靜壓PHC管樁施工質量。本工程PHC管樁靜載和動測試驗結果均滿足設計要求，施工效果良好。