安徽皖北地區高樁碼頭PHC 樁干地沉樁技術應用

羅彬，蔣忠華，霍書民

（安徽省現代交通設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230041）

1 項目背景

近年來，國家對于水運建設項目提出了更高的環保要求，作為傳統內河高樁碼頭基礎的鉆孔灌注樁由于其施工過程中形成的鉆渣、泥漿必然引起水中懸浮物濃度的增高，嚴重影響水體水質，尤其是泥漿對水源保護區的污染最為突出[1]，同時可能對河流種質資源生態造成較大影響。因此一種經濟、環保可替代鉆孔灌注樁的樁基施工型式成為現實的迫切需要，我公司設計團隊結合省外類似工程設計施工經驗，依托淮北孫疃作業區綜合碼頭工程項目，首次將PHC 樁干地沉樁技術應用于皖北地區內河高樁碼頭的樁基設計中，并通過施工實踐證明了其可行性，取得了較好的環保效果和經濟效益，達到了既定設計目的。

2 工程概況

2.1 工程地點

工程位于淮北市濉溪縣孫疃鎮孫疃煤礦東北側，澮河航道右岸，地理區位優越，緊臨孫疃煤礦，下游X016縣道沱澮河公路橋上游約1.7km處，澮河航道右岸。

2.2 水工結構

碼頭平臺采用高樁框架結構，碼頭面高程為26.5m，碼頭平臺尺寸380m×25m，采用7m 的排架間距，每個結構段設10 榀排架，單榀排架基礎由1 根φ1000mm PHC（AB 型）和5 根φ800mmPHC（AB 型）管樁組成（自水側向岸側軸線分別計為A、B、C、D），樁長均為35m。

圖1 碼頭結構剖面圖

2.3 結構設計

2.3.1 設計荷載

根據水運行業荷載規范規定[2]，取設計荷載如下：

（1）水工建筑物自重

（2）均布荷載。碼頭：20kPa。

（3）流動機械荷載。55t 汽車：前軸壓30KN，中軸壓2×120KN，后軸壓2×140KN。

（4）起重設備荷載。25/16t—22m 門座起重機：軌距10.5m，基距10.5m，最大輪壓250kN，輪數20 個，輪距0.765m。

2.3.2 設計水位

工程所在航道為澮河航道，澮河自黃口閘上新橋至五河入淮口門，根據節制閘建設情況形成新橋—黃口—臨渙—南坪—蘄縣—固鎮—五河—入淮河口共6個梯級，其中安徽段5 個梯級。工程所在位置屬于為臨渙-南坪段，上距臨渙節制閘17.5km，下距南坪閘16.5km。

工程位置設計高水位由臨渙閘和南坪閘內插而來，設計低水位兩閘基本一致。

表1 設計水位表

2.3.3 巖土樁基參數

本工程地層主要由②粉質粘土夾粉土、③粉質粘土、③-1 粉土夾粉砂、④粉土夾粉砂、⑤粉質粘土夾粉土、⑥粉土夾粉細砂、⑥-1 粉質粘土夾粉土組成，樁端持力層主要以⑥和⑥-1 為主。

表2 各巖土層樁基參數值

3 樁基方案

考慮當前的干地沉樁施工工藝無法實施超過20m的大直徑管樁，因此必須采用分成2 段樁節焊接施打的方法。由于焊接均為現場人工操作，因此焊接質量存在一定的不確定性，焊接位置可能成為樁基的薄弱點，在較大彎矩和剪力作用下可能產生破壞，而樁基在施打入土后如產生破壞很難修補，基于以上因素，設計團隊制定了以下設計方案：

（1）樁頂和樁帽連接形式設計為剛接連接[3]，此時相比非剛接連接形式，管樁與樁帽連接處承擔了較大彎矩，相應樁身彎矩明顯減小，可有效降低焊接位置破壞的概率。

圖2 管樁與樁帽連接圖

（2）根據計算分析，除樁頂位置以外，樁身最大彎矩均出現在樁基入土5～8m 左右位置，最大值為251kN.m，因此樁節組合方案將焊接點錯開該最大彎矩位置布置；同時考慮到整體受力安全，前后樁節焊接點錯位布置；此外從便于采購角度考慮還應盡量減少樁型。因此確定樁基配樁方案如下：

A 排（Ф1000mm PHC 樁）：18m（上）+17m（下）；

B 排（Ф800mmPHC 樁）：17m（上）+18m（下）；

C 排（Ф800mmPHC 樁）：18m（上）+17m（下）；

D 排（Ф800mmPHC 樁）：18m（上）+17m（下）。

圖3 結構彎矩分布圖

4 施工方案與檢測

4.1 樁基運輸

供樁單位建華管樁股份有限公司綜合考慮運輸成本、卸樁便利性、運輸可行性等因素后，測算確定20m以下單樁采用公路運輸綜合性價比最高，可從建華管樁安徽基地或河南新鄭基地發貨。

4.2 試樁及檢測要求

4.2.1 試樁方案

試樁工程Ф1000mmPHC、Ф800mmPHC 宜選用不低于D125（或D128、D138）柴油錘進行施打。

沉樁時以標高控制為主，貫入度作為校核。沉樁終錘貫入度控制標準（最后10 擊的平均貫入度）不大于5mm/擊。

4.2.2 試樁要求

根據相關行業規范、地質資料及工程規模，確定本工程試樁數為3 根。

試樁的位置根據工程總體布置、地質、地形確定。試樁的樁基后期均需用作工程樁，具體試樁位置位于碼頭第1 排架 A 行（進行靜載荷試驗+高應變+水平承載力試驗），第29 排架C 行（進行靜載荷試驗+高應變+水平承載力試驗），第58 排架D 行（進行靜載荷試驗+高應變+水平承載力試驗）。

4.2.3 檢測要求

本工程PHC 管樁由上、下管節拼接而成，沉樁后采用低應變法對樁身質量進行抽樣檢測，由于采用了現場接樁，且預判沉樁中可能發生貫入度過大或存在影響樁身結構完整性的異常情況，故而要求對樁基逐根進行檢測[4]。

采用高應變法檢測基樁軸向抗壓承載力，檢測數量為10 根，對低應變和高應變異常樁進行靜荷載試驗。

4.3 結果驗證

根據現場試樁記錄和樁基檢測報告，試驗樁基本打至設計標高附近1～2m 位置，錘擊數2000～2500，貫入度達到設計要求，低應變檢測全數通過，根據試樁結果，正式開展樁基施工，同時采取對A 排樁基采取引孔措施[5]以增加其施打到位保障率。

4.4 異常樁處理

在樁基施工中發現4 根A 排異常樁，其中3 根出現在連續相鄰位置，均在距設計標高6～7m 位置即達到貫入度要求，此時錘擊數已經接近2500，施工方從樁身安全考慮決定停錘。經設計組與勘察單位和檢測單位共同分析，判定其出現原因主要為：①施工單位存在僥幸心理，未采用引孔措施；②周邊樁基施工順序不當、未錯位沉樁造成了附加擠密效應；③樁基下方局部可能存在砂姜盤。三方經協商后一致決定通過高應變檢測和靜荷載試驗相互校驗以確定樁基實際承載力，隨后的檢測報告結果證明樁基已達到設計承載力要求，同時設計團隊采取了將該3 榀排架A～C 軸樁帽和連系梁改為整體現澆臺帽的方式，以增強其樁基整體受力效果。

5 效益測算

本工程共設置58 排榀排架，采用PHC 樁和鉆孔灌注樁方案對比分析如下：

表3 造價對比表

6 結論

淮北孫疃作業區綜合碼頭工程碼頭平臺基礎采用PHC 樁干地沉樁工藝，與傳統的鉆孔灌注樁工藝相比，在施工期相近的情況下節省了約620 萬直接工程投資，同時也取得了較好的環保效果，達到了既定設計目的。隨著干地大直徑長樁沉樁技術的進一步成熟和發展，PHC 樁將在皖北乃至安徽各具備干地施工條件的工程項目中大有可為。