小型PHC管樁在水閘工程中的應用

廖會文

小型PHC管樁在水閘工程中的應用

廖會文

（江西省水利水電建設有限公司，江西 南昌 330000）

由于水閘工程工作環境較為嚴峻，面臨著較大的沖刷和滲透破壞風險，因此對于地基處理要求有著更為嚴格的要求。鑒于PHC管樁在地基處理中的優異性能，因此在水閘工程中得到了越來越多的應用。文章主要從設計、施工、質量控制和常見問題及處置方面系統介紹了小型PHC管樁在水閘工程中的應用，希望對于未來設計和施工提供一定的技術和施工經驗。

小型PHC管樁；水閘工程；靜壓沉樁

隨著科學技術的發展，新的水利設施尤其是水閘在小型水利結構中得到了較多的應用。由于地質條件的復雜，對于地基處理要求較高，鑒于其抗壓、抗壓強度大、抗擊打性能和貫入度好、質量穩定可靠、搭配靈活、施工速度快等突出優點，在水利設施尤其是水閘建設和加固過程中得到了越來越多的應用，深受廣大施工和設計人員的青睞，在水利設施中得到較大的發展。

對于PHC管樁在水閘工程中的應用，本文從設計、施工、質量控制和常見問題及處理方面，進行了系統的介紹，以期對于未來類似工程提供可借鑒的理論和經驗支持。

1 工程PHC管樁設計分析

PHC樁的豎向承載力主要是按照樁身而定強度而設計，主要通過現場荷載試驗確定，與管樁外徑、壁厚和混凝土強度有較大的關系。樁基示意圖如圖1所示。

根據《預應力管樁基礎技術規程》（JGJ94-94），單樁承載力計算公式為：

式中，Ra—承載力特征值，kN；Ra—樁周土摩擦力調整系數；Us—樁身周長，m；qsin—樁周土摩擦力特征值，kN/m2；Li—各土層劃分的各段樁長，m；Rp—樁端土承載力調整系數；qp—樁端土承載力特征值，kN/m2；Ap—樁身橫截面積，m2。

圖1 PHC樁基組成示意圖

鑒于PHC樁基豎向承載力設計值多是低于3500kN，因此對于其承載能力的測定多是通過靜載試驗進行確定。

2 施工方法

2.1 背景介紹

對于水閘工程而言，主要包括引水渠、閘門、閘室和消力池等組成，如圖2所示。

對于水閘工程而言，為了引水或排水的需要，閘首段設置標高較低，同時下游導航墻、擋土墻的設計標高稍高于閘首段標高，因此在開挖過程中一次性開挖到設計位置則不利于樁基的施工。

2.2 施工工藝

對于PHC管樁在水閘中的應用，首先進行閘首段的應用，在完成導航墻管樁施工后，進行閘首段樁基施工，施工需要采用從中間向兩側的方式進行施工，避免因為PHC管樁施工擠土影響樁基承載力。樁基布置如圖3所示。

圖2 小型水閘剖面圖

圖3 PHC施工順序示意圖

對于PHC管樁的施工工藝，流程見圖4。

圖4 PHC管樁施工工藝流程

根據上述施工工藝流程，具體的施工如下所示。

（1）施工測量

在PHC樁基施工開始前，首先需要根據設計文件的測控平面和高程控制網點進行現場勘察，然后根據施工需要進行擴展平面和高程控制點的施工，對于平面控制網點主要利用GPS定位，采用三等水準測量進行高程控制網店的接引。

（2）試樁

為了壓樁施工的有效性，需要根據要求進行試樁作業，鑒于水閘中多采用摩擦樁進行施工，因此壓樁控制需要按照設計樁長進行試驗。

（3）沉樁定位

對于在沉樁過程中的定位作業，需要采用2臺經緯儀和1臺水準儀分工合作才能完成。由于沉樁過程中需要進行總裝作業，可以利用靜壓裝機進行管樁送樁作業。

（4）施工機器配置

為了減少沉樁時的噪聲污染，當前管樁施工多采用靜力壓樁方法進行施工作業，施工機械如圖5所示。

圖5 PHC樁基壓樁機

如圖5為抱壓式靜力壓樁機，較長的夾具設置可以有效的保證送樁作業時的樁身垂直度，可以在不增加壓樁集中應力的情況下增大豎向摩擦力。

2.3 質量控制

鑒于PHC管樁施工要求較高，因此應采取一定的措施進行施工質量控制，目前主要存在以下質量控制措施。

（1）準備工作。首先從管材選擇方面嚴格按照設計要求進行選材，確保從材料方面達到施工要求。

（2）技術儲備。熟悉相關施工技術規范、規程，熟練掌握PHC管樁施工技術標準，在施工前做好技術交底和測量儀器技術交底工作。

（3）試樁作業。對于試樁作業，需要詳細做好各項試樁數據記錄，確保所有工序滿足施工控制標準和方法。

（4）施工監測。在沉樁作業過程中，為了PHC沉樁作業的安全可靠，需要對于每根PHC管樁的靜壓壓力、垂直度和最后樁基壓力等技術參數進行記錄，并進行技術性分析。

3 施工常見問題及處理

由于PHC管樁在沉樁過程中屬于擠土作業，受到土體較大的影響，根據施工調查，目前PHC管樁施工中常見以下問題。

3.1 擠土效應和振動影響

由于當前對于環境保護要求較高，目前多采用靜壓法進行沉樁作業，鑒于靜壓法沉樁屬于擠土類型，施工中常存在如下問題。

靜壓法施工預應力管樁屬于擠土類型，施工中常見的質量問題主要有。

（1）由于沉樁過程中，樁身周圍土體受到較大的擾動，對于土體應力狀態有較大的改變，產生較為強烈的擠土效應；

（2）由于PHC管樁結構特點，在施工過程中需要對管樁進行焊接連接，由于施工環境的限制，焊接質量難以控制；同時由于焊接時間較長，容易造成樁端停歇在硬夾層內，對后續沉樁作業帶來不便。

針對上述沉樁過程中的常見問題，目前主要采用以下方法進行應對。

（1）控制布樁密度。對于布樁密度進行合理的分配，對于樁距較密的位置，可以采用預鉆法進行沉樁作業。

（2）控制沉樁程序。對于沉樁速率需要限制在1m/min內，尤其是需要洋河控制沉樁施工流水路線，根據樁的入土深度的不同，采用先長后短先高后低的順序。

（3）消除擠土效應。對于擠土效應，可以選擇設置袋裝沙井或者塑料排水板，減小超孔隙水壓力。

（4）加強周圍監測。在沉樁過程中，對于周圍建筑、底線管線應進行合理的監測，尤其是周圍重要高達建筑物。

（5）優化施工工藝。對于沉樁過程中的休息時間，則需要進行嚴格的控制，避免因為停歇較長引起摩阻力的增加，造成沉樁作業困難。

3.2 沉樁時遇到淺層障礙無法繼續沉樁

沉樁過程中遇到淺部舊基礎、孤石或者深處硬塑性粘土或者密實砂層和砂礫層等情況造成沉樁作業無法繼續進行，可采用以下處置方式。

（1）控制布樁密度。對于樁位分布較密的管樁施工，可以選擇預鉆沉樁相結合的方法，隨鉆隨壓，或者采用間隔沉樁方法。

（2）鉆孔。在沉樁過程中，如果遇到地下障礙物造成沉樁無法繼續進行時，利用小型鉆機深入管樁進行鉆孔，然后進行大壓力進行繼續沉樁作業。

3.3 樁身破壞

3.3.1 樁身破壞

對于沉樁過程中，由于屬于擠土作業，樁身收到較大的壓力，查閱相關文獻和實地操作經驗，樁身破壞往往是由以下原因造成的。

（1）樁身傾斜。由于擠土沉樁施工的作業他特點，施工過程中經常會出現斜樁、送樁不平整造成樁端應力較為集中，造成樁帽滑落或爆裂。

（2）人工施工問題。在沉樁作業過程中，對于樁位的矯正、傾斜度矯正往往存在移動樁機的方式進行，這會造成在應力集中位置樁身發生斷裂情況。

3.3.2 樁身破壞處理方法

（1）優化沉樁施工方法。在沉樁作業過程中，嚴格控制樁身垂直度，進行合理的監控和矯正作業，避免斜樁的出現。

（2）控制沉樁終止條件。對于沉樁作業中的終止條件的確定，需要合理設計樁長為控制條件，對于端承摩擦樁尤其是長度大于21m的端承摩擦樁，以設計樁長為主，終壓力為輔助；長度在14～21m范圍內的樁基，應以最終壓力作為終止條件。

4 結語

對于PHC管樁在水閘工程中的應用，本文從設計分析方面介紹了管樁設計的要點，從施工方法介紹了沉樁施工中需要注意的重點。最后對于施工中常見的問題如擠土問題、震動問題、淺層障礙物和樁身破壞問題，從設計、施工方面進行了系統介紹，對于未來PHC管樁在水閘或者類似工程中的應用，具有一定的指導意義。

隨著水利設施建設的持續進行，需要面臨這更為復雜地基環境需要處理，因此在以后的PHC管樁處理過程中需要針對地基情況和處理要求進行合理的設計和施工；同時隨著新型材料的不斷涌現，如高強度混凝土材料、環保混凝土材料和纖維混凝土材料，因此在未來地基處理中，新型PHC管樁也會得到了越來越多的應用。

［1］JGJ94-94.預應力管樁基礎技術規程［S］.

［2］謝德平.論PHC管樁靜壓法施工及質量控制 ［J］.四川建材，2009（05）.

［3］ SeedHB， ReeseLC.TheActionofSoftClayalongFrictionPiles［J］.ASCE： Transactions， 1955， 122： 731-754.

［4］彭月平，劉業偉，黃芬.PHC管樁復合地基承載力數值模擬及施工注意事項［J］.江西水利科技，2016，42（06）.

［5］董海釗，王李平，田雨普，等.PHC管樁復合地基在引黃閘基礎處理中的應用［J］.人民黃河，2015，37（02）：127-129.

［6］ HoltzWG， LowitzCA.EffectsofDrivingDisplacementPilesin LeanClay［J］.ASCE： JourmalofSoilMechanicandFoundation EngineeringDivision，1965.

［7］孫紅堯，王家順，林軍，等.噴涂彈性體涂料在水閘基礎樁工程上的應用［J］.人民長江，2007，38（02）：41-42.

［8］謝先坤.圍墾工程中浮運水閘閘基處理技術探討［J］.人民長江，2013，44（21）：40-42.

［9］彭昊.PHC管樁設計中的問題［J］.城市建設理論研究（電子版），2011（21）.

［10］陳猛.預應力鋼筋混凝土管樁在水閘除險加固工程中的應用［J］.湖南水利水電，2016（03）：71-72.

［11］ OrrjeO， BromsBB.EffectsofPileDrivingonSoilProperties［J］.ASCE：JoumalofSoilMechanicandFoundationEngineeringDivision， 1967， 93（05）：59-73.

TV66

B

1008-1305（2017）05-0122-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.038

2017-04-10

廖會文（1973年—），男，工程師。