內河高樁碼頭PHC 管樁選擇及質量控制研究

張魯生

（濟寧市港航局港航工程處，山東 濟寧272100）

1 工程概況

某內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樁。引橋樁長度為47m，平臺樁長度為52m，原定使用樁長33m、直徑800mm、壁厚130mm 的B 型PHC 管樁。但由于船機進內河高度等因素的影響，改用樁長30m、直徑800mm、壁厚110mm 的C 型PHC 管樁。同時，綜合考慮樁型、工程地質以及單樁設計承載力等因素，最終確定引橋和平臺PHC 管樁選用的施打錘型號為D100，碼頭PHC 管樁施打錘型號為D125 或D128。

2 PHC 管樁混凝土原材質量控制

進場的原材料需附有質量保證書，進場后按規定取樣送檢，檢驗合格后方可使用。采用525 號的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，同時，其質量合格標準應參照現行國家標準GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》執行。

細骨料應為質地堅硬的天然河砂。如采用復合法，中砂的細度模數應為3.O～2.8；如采用立式法，中砂的細度模數則為3.0～2.3，其雜質含量標準應參照現行行業標準JTS 202—2011《水運工程混凝土施工規范》（以下簡稱《水工規范》）執行。

粗骨料為質地堅硬的碎石，其抗壓強度應超過所采用混凝土強度等級2 倍以上。如采用復合法，碎石的粒徑應為5～20mm；采用立式法則為5～25mm；采用二級配，其中5～15mm與10～25mm 粒徑的比例應經過混凝土配合比設計和試驗確定。粗骨料的物理性能和雜質含量應參照《水工規范》的規定執行，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量參照《水工規范》的規定。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，因為纖維摻合料的高抗拉強度能夠降低高性能混凝土脆性和自收縮等情況的發生概率。而這又有利于避免其內部微裂紋的產生，減少裂縫源的數量和縮小裂縫尺度，裂縫尖端的應力強度因子因此得以降低，裂縫尖端受力集中程度也有所緩和，從而達到提升PHC 管樁抗錘擊能力的效果。

3 PHC 管樁制作流程與優化設計

3.1 制作流程

PHC 管樁（即預應力高強度混凝土管樁）呈空心圓筒狀，其混凝土強度等級不低于C80，是在高壓、蒸汽養護下利用先張預應力離心成型工藝制成的混凝土預制構件。

3.2 樁尖

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

3.3 錘墊

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

錘墊的存在有利于保護錘的沖擊塊及樁頂。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

水錘應力也是導致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），保持內外氣（水）壓基本一致，降低水錘應力。所以，為了降低水錘應力對PHC 管樁的損傷，必須檢查進場的PHC 管樁的排氣孔排氣是否順暢。

3.5 管樁吊運、堆存和運輸質量控制

管樁吊運前加強對樁身質量的檢查，在混凝土強度滿足要求后方可投入使用。吊運期間將鋼桁架作為輔助裝置，吊索與樁縱軸呈垂直關系，若采用其他吊裝方法，二者夾角需超過45°。為避免樁體失穩，吊運過程中利用鋼絲繩綁扎并嚴格控制吊點的位置，與設計值的偏差不宜超過±200mm。考慮到繩扣易受損的情況，宜在吊點處設置襯墊。吊裝作業遵循緩慢、勻速、平穩的原則，盡可能減小震動。

提前規劃管樁堆放場地并清理、整平，保證堆放區域具有穩定性。按4m 的間距依次設置支墊，于上方堆放管樁，多層堆放時應根據現場地基承載力、支墊強度等方面的情況合理確定堆放層數。原則上堆放量不宜超過3 層。

4 沉樁質量控制

4.1 沉樁作業前

合格的PHC 管樁是開始沉樁作業的前提，因此，需要專職質檢員與監理工程師驗收進場的各批次PHC 管樁，確保其實體強度、尺寸與外觀質量達標。驗收通過后根據現場具體情況探摸沉樁水域的水下地形，并清理可能會妨礙沉樁的障礙物，確保沉樁作業能順利進行。此外，起吊PHC 管樁時必須對錘帽進行清理，確保錘帽底面平滑無雜物[1]。

沉樁前由專員檢測，明確樁架的垂直度，以所得測量結果為準適當調整樁架，使其精準就位。抱樁器抱樁，維持樁體的穩定性，以免在水流的沖刷作用下產生垂直度偏差。待樁體穩定后解除抱樁器，檢測樁身與樁架的軸線，要求二者呈平行的關系，否則需根據實際情況合理調整，以免出現偏心錘擊的現象。

4.2 沉樁作業中

以現場地質條件、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，提高各項控制參數的合理性。遇黏性土地質條件時以標高為主要控制對象，用貫入度輔助檢驗；遇風化層時采取貫入度為主、標高為輔的控制方法。

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 且經檢測后樁頂滿足設計標高要求，可暫停錘擊作業；若采用DELMAG-128 錘2 檔油門錘擊的方法，要求貫入度≤15cm 且樁頂標高滿足要求；（2）碼頭樁打設施工采用DELMAG-128 錘2 檔油門錘擊時，要求貫入度＜10mm 且樁頂標高達標，滿足即可暫停錘擊作業。

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

4.3 沉樁結束后

按上述所提方法完成沉樁作業后用反射波法檢測樁身，明確其是否存在局部破損的情況，再組織高應動力檢測，從而明確樁基軸向承載力的實際情況。為確保所得結果的準確性，檢測數量應達到樁總量的10%或更多，且不可少于10 根。實際檢測結果表明，PHC 管樁的波形表現良好，無波速異常的情況，樁身完整、未見缺陷。遇低水位時抓住時機及時對沉樁展開外觀檢測，結果表明存在縱向裂縫的樁體共為5 根，與打設期間樁頂破碎有關，如表1 所示。

5 裂縫修補

5.1 輕微裂縫

碼頭樁普遍偏長，錘擊數量較多，在持續的外力作用下樁身易產生輕微裂縫。考慮到此類裂縫影響較小的特點，提出如下修復方案：在低水位組織修復工作，確定存在輕微裂縫的樁體并于該處夾設圍檁，再緊密鋪設木板，以搭建作業平臺，供施工人員站立于該處安全高效地作業；待樁身達到干燥狀態后涂抹環氧砂漿，達到封閉裂縫的效果，若工期較緊或存在其他情況需烘干樁身；確定輕微裂縫的發生區域，用砂紙打磨后再均勻涂抹環氧樹脂，隨后于該處緊密纏繞玻璃纖維布；經前述流程后取適量環氧樹脂，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，對其展開低應變檢測，結果表明該受損樁體為Ⅲ類PHC 管樁。以實際情況為立足點提出如下修復方案：

扶正樁體，設置槽鋼和對拉螺栓桿，使其可保持正常的姿態；檢測樁芯內泥面的標高，實際位置高于缺陷下5m，用高壓水泵清理，向樁芯內下放鋼筋籠并使其達到缺陷下5m 的位置，組織水下灌注混凝土施工，直至達到樁頂處為止。以鋼板為基礎材料，經過卷板機的卷制處理后制得鋼套筒，在頂部通過焊接的方式設置2 根槽鋼，啟用起吊船，將其穩定吊住鋼套筒，于該處穩定設置平板振動器；經檢查若無誤則開啟平板振動器，使該裝置緩慢向下振動，到達鋼套筒標高處后暫停；經檢測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，到達缺陷下3m 處即可停止，采用焊接工藝將下導管與料斗穩定連接，再組織混凝土澆筑作業，到達裂縫上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，確保其在低水位時不出現外露的情況。

6 結語

PHC 管樁以其自身優良的特性，在各大工程中得到了廣泛的使用。本文以具體工程為實例，對內河高樁碼頭PHC 管樁選擇及質量控制進行了分析，希望為同類施工提供參考。