海上長橋PHC樁裂縫原因分析

劉 開 雄

(湖北 漢川 431600)

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海上長橋PHC樁裂縫原因分析

劉 開 雄

(湖北 漢川 431600)

介紹了PHC樁的設計標準及施工控制程序，結合具體工程，論述了某跨海大橋PHC樁的施工情況，并對施工中出現的質量病害原因進行了分析，以提高PHC樁的施工質量。

跨海大橋，PHC樁，裂縫

1 工程概況

某跨海大橋位于我國黃海海域，是一座連接人工吹填島嶼與大陸的通道，橋梁全長10.05 km，橋寬11.5 m，車行道凈寬9 m，兩側各1.25 m綜合管線通道。橋梁根據潮汐潮位情況分為淺水段和深水段兩個不同區段施工。淺水段為φ1.5 m鉆孔樁基礎，又柱式門架墩，30 m跨連續箱梁，深水段為C型φ800 mm PHC樁基礎，圓形承臺實體墩身，40 m跨連續箱梁。

1.1 工程結構形式介紹

某跨海大橋總長10.05 km，其中深水區段橋長3 960 m，共有99跨，跨度為40 m預制箱梁結構，橋梁基礎采用6根(一、二期工程橋臺為16根)C型φ800 mm PHC管樁，共計604根，樁長為52.5 m～61.5 m。φ800 mm PHC管樁開始施工后一個半月由于沉樁出現裂紋、破裂等現象，由此橋梁基礎由6根φ800 mm變更為5根φ1 000 mm。設計施工變更后改為φ1 000 mm，φ1 000 mm PHC管樁剩420根(樁長為39 m～57 m)，總計520根PHC管樁，樁基斜率均為6∶1。

1.2 水文、氣象條件

最高高潮位8.42 m；最低低潮位0.21 m；平均高潮位6.07 m；平均低潮位1.46 m；平均潮差4.61 m；最大潮差8.08 m；最小潮差 1.79 m；平均海面 3.93 m。

據大橋所在的氣象局對工程區域的氣象資料統計，近兩年以來，不小于7級風的天數比例達到69.5%，不小于8級風的天數比例達到38.6%。

1.3 地質條件

大橋施工區域的地質以砂性土為主，粉砂與淤泥質粉砂交互層。土層的標貫擊數較大，地質勘察資料顯示，不少地段在-35 m處就存在標貫擊數N>40的情況，PHC樁穿越粉砂土層，粉砂土層標貫擊數較大(N=30～50)。PHC管樁主要技術性能表見表1。

表1 PHC管樁主要技術性能表

2 PHC樁設計簡介

管樁施工設計控制標準采用D128柴油錘施打，并一檔開錘，當樁基貫入度較小后改為二檔連續錘擊。沉樁以貫入度控制，設計標高校核，具體停錘標準如下：

1)當貫入度達到6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)，且樁底標高與設計標高的距離不大于1.5 m時，即可停錘；2)當貫入度達到6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)，而樁底未達到設計標高，與設計標高的距離大于1.5 m且小于3 m時，需繼續錘擊30錘，貫入度仍為6 mm時方可停錘；3)當樁底達到設計標高，而貫入度大于6 mm(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)時，需停止錘擊，并將停錘時的平均貫入度(柴油錘以二檔錘擊沉樁，30錘的平均貫入度)及時報給監理、業主及設計院。

3 施工控制程序

大橋施工控制按PHC樁施工流程圖進行質量控制(見圖1)。

4 PHC樁施工情況

4.1 施工進展情況

大橋PHC管樁預制及防腐涂層施工均是在管樁廠進行。第一根PHC管樁正式施打后一個半月，由于沉樁出現裂紋、破裂等現象暫停施工。設計施工圖后改為φ1 000 mm，已完成φ800 mm管樁115根(其中補樁15根)，φ1 000 mm管樁363根(其中補樁9根)，共施工完成478根(為全部完成施工任務，還剩φ1 000 mm管樁66根)。

4.2 打樁設備性能及施工情況

PHC管樁施打總共采用了三艘打樁船，三艘打樁船施工情況如下：金祥3號打樁船，樁錘為D128柴油錘，沉樁φ800 mm管樁115根(其中補樁15根)，φ1 000 mm管樁180根；打樁19號打樁船，樁錘為D125柴油錘，沉樁φ1 000 mm管樁60根；航工樁7號打樁船，樁錘為D138柴油錘，φ1 000 mm管樁123根(見表2，表3)。

表2 打樁船主要技術性能參數表

表3 樁錘主要技術性能參數表

4.3 PHC樁檢測情況

按設計要求，施工單位委托有資質的工程檢測有限公司對PHC管樁進行低應變樁基完整性檢測和高應變樁基承載力檢測，設計要求100%對PHC樁低應變檢測，檢測情況如下：低應變檢測308根，除4根φ800 mm管樁有裂縫補樁外，其余樁身完整，均為Ⅰ類樁，施工完成的PHC樁全部檢測為Ⅰ類樁；高應變檢測43根，樁身全部完整，為Ⅰ類樁，滿足設計承載力要求。

5 PHC樁裂縫情況

5.1 PHC樁裂縫情況簡述

PHC管樁施打后發現有不同程度的平行于樁軸線的豎向裂縫，據檢查統計，施沉的84個墩476根PHC管樁中已經發現26根在+3.0 m(低水位線)左右有裂縫，低水位水面以上長度1.0 m～3.0 m左右，部分延伸到水位線以下(其長度無法測量)，初步觀察部分為內外貫穿裂縫，其最大寬度達3.0 mm左右，裂縫處混凝土有崩裂掉塊現象，個別管樁裂縫處有銹水流出,這些管樁大多已經進行低應變檢測并判定為Ⅰ類樁。

5.2 裂縫PHC樁統計

施工單位匯同監理單位對已施沉的84個墩478根PHC管樁逐一進行全面排查，發現共有26根PHC樁出現寬度和長度大小不等裂縫。

6 PHC樁裂縫原因分析

6.1 自然條件因素

大橋PHC打入樁施工區域位于無遮掩的外海，海況環境十分惡劣，常年風大浪高，而且潮差也大，這對打入樁的施工影響極大。施工期間氣象資料統計風力大于7級風的天數比例達到56.9%，大于8級風的天數比例達到 32.04%；海浪浪高大于1.0 m浪高天數比例達97.0%，大于1.5 m浪高天數比例達58.7%，大于2.0 m浪高天數比例達24.3%。天氣氣象統計情況如表4所示。

6.2 地質條件因素

大橋施工區域的地質以砂性土為主，地質復雜且變化大。土層的標貫擊數較大(持力層的標貫擊數N=30～50)，為板砂致密層，不少地段在-35 m處就存在標貫擊數N>40的情況，導致管樁沉入困難，強行錘擊易造成樁身裂紋、樁頭破損。總計沉樁478根，其中φ800 PHC管樁115根，φ1 000 PHC管樁363根，打樁情況統計如表5所示。

表4 天氣情況統計表

表5 打樁情況統計表

6.3 預制工藝缺陷

PHC樁引用國外預制工藝，在工廠標準化預制成形，施工條件好，本身質量容易控制；但是，由于其預制過程采用離心高速旋轉成形工藝，斷面上徑向混凝土分布不均勻，也就是同一斷面上外側粗骨料多，內側浮漿多。樁長39.0 m較長,離心過程中鋼筋籠容易偏位，鋼筋保護層不均勻，沉樁過程中容易造成應力集中而開裂。

6.4 PHC樁規范原因

PHC樁技術引進時只有小直徑管樁，后經國內技術創新后才有了現在的φ1 000和φ1 200 PHC管樁。PHC管樁雖然由800直徑增大到1 000直徑，在預應力主筋數量和有效壓應力水平方面形成系列化，軸向承載力增強，但是其構造箍筋的大小和間距并沒有做相應的調整，因此在PHC管樁弧度變大的情況下剛度沒有加強，使得大管徑PHC樁的環向約束能力降低。

6.5 錘擊沖擊波拉應力

據研究，樁頂受沖擊時，樁身產生振動，振動波會以很快的速度向下傳遞，瞬時又會以壓應力和拉應力波向上反射。錘擊過程中，樁尖阻力越大，在強大錘擊壓力作用下，樁尖反射應力波也非常大，樁身法向拉應力超過了樁身混凝土抗拉強度導致管壁出現豎向開裂。

7 結語

通過前述PHC樁裂縫產生的原因針對性的采取預防措施進行施工效果對比總結，總體上可以控制PHC樁在海上超長橋梁基礎中的質量問題。在今后其他同類工程施工中應多觀察、多分析、多總結，結合多種預防處理措施進行施工，PHC樁在橋梁基礎上應該可以得到更大的應用。

Cause analysis of cracking for PHC piles in offshore long bridge

Liu Kaixiong

(Hanchuan431600,China)

The paper introduces PHC pile design standards and construction control procedures, discusses PHC pile construction conditions of the sea-crossing bridge, and analyzes construction quality disease causes, with a view to improve PHC pile construction quality.

sea-crossing bridge, PHC pile, cracks

1009-6825(2015)18-0181-02

2015-04-18

劉開雄(1972- )，男，工程師

U445.7

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