漁光互補光伏項目PHC管樁沉樁時斷樁問題研究

侯獻業/HOU Xianye

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

漁光互補作為一種新型的土地綜合利用的典型，主要是在池塘或灘涂灘上構建太陽能發電，將池塘養魚和太陽能發電在空間上有機結合起來，充分利用空間資源。另一方面，漁光互補還能把發電、養殖、休閑、垂釣、旅游、餐飲等各種項目綜合起來，并利用太陽能發電改善池塘的水質環境，提高池塘水產品產量。這不但解決了土地資源的問題，還有效地克服了光伏發電發展的瓶頸，具有廣闊的應用和發展前景。

PHC 管樁（預應力高強度混凝土管樁）作為漁光互補光伏項目常用的樁基形式，具有單樁承載力高、適用范圍廣、沉樁質量可靠、工程造價便宜、機械化施工程度高、現場整潔、施工環境好等優點。實際施工過程中發現，PHC 管樁經常出現沉樁困難，尤其以斷樁情況最為常見，對施工進度、經濟效益具有重要影響，嚴重制約了漁光互補光伏項目的順利開展。近年來，在軟土場地使用PHC 管樁，因樁身質量、設計、施工引起斷樁的問題時有發生[4-5]。韓金龍通過研究發現PHC 管樁采取靜壓法沉樁施工時常出現樁身破壞、橫向位移或樁身上浮、管樁終壓力與單樁極限承載力差別較大等技術問題。錢祖賓等從樁體受力的角度對PHC 管樁錘擊法沉樁施工中暴露的樁頭破碎、樁身斷裂及樁身豎向開裂等問題進行分析和探究，提出了預防沉樁破壞的相應措施和建議。然而，上述研究大多是以基坑、船塢等巖土工程中的管樁作為研究對象，對于漁光互補光伏支架樁基礎沉樁過程中的斷樁問題研究較少。基于此，本文將以孚洋黃梅蔡山鎮稻場湖70MWp 漁光互補光伏電站項目為依托，對樁基沉樁過程中出現的斷樁原因進行系統分析，并制定相應的整改對策，為類似工程提供科學支撐與借鑒經驗。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

本工程建設于湖北省黃岡市，利用黃梅縣蔡山鎮稻場湖建設光伏電站。場地地貌單元為長江沖積平原，屬長江Ⅰ級階地，現為一般農用地及坑塘，地勢開闊平坦，場地高程主要在13.0～14.0m 之間。本工程采用PHC 管樁（預應力高強度混凝土管樁）作為光伏支架樁基，設計樁長10m，入土深度不小于6m，樁端持力層為第③層淤泥質粉質黏土，樁直徑400mm，單樁豎向承載力特征值為30kN，樁身混凝土強度為C80。

根據勘察結果，將場地出露的地層巖性特征分述如下。

第①-1 層，素填土：黃褐色，稍濕，松散，粘性土為主，混含少部分砂、礫石塊及植物根系等雜物，在局部低洼處，夾少量淤泥質軟土。層厚0.40～1.90m，層底標高12.00～13.72m。

第①-2 層，淤泥：灰黑色，流塑，飽和，含腐殖質及有機質，主要分布在水塘底部。層厚0.40～1.00m，層底標高11.51～12.83m。

第②層，粉質黏土：灰黃色，軟塑～可塑，夾少量鐵錳質結核，土質較均勻，干強度及韌性中等，無搖振反應。層厚0.40～1.40m，層底標高11.00～13.03m。

第③層，淤泥質粉質黏土：灰色，流塑，飽和，含云母、有機質，夾少量薄層狀粉質黏土及粉土，干強度及韌性中等，無搖振反應。層厚2.60～9.90m，層底標高2.02～9.45m。

第④層，粉質黏土：褐黃色，可塑～硬塑，夾少量鐵錳質結核，干強度及韌性中等，無搖振反應。層厚2.00～7.90m，層底標高-1.87～3.53m。

第⑤層，粉土：灰色，中密，飽和，見氧化鐵條紋，局部夾少量粉質黏土薄層。

1.2 施工工藝

漁光互補光伏項目中沉樁施工是重要的施工環節，在實際工程中結合地形、地質情況選取合適的沉樁施工工藝、類型，可大大降低工程建設成本并縮短工期。由于擬建場地出露的地層巖性以軟黏土層為主，因此該項目主要以靜壓法進行沉樁施工，個別地質條件采用錘擊法進行沉樁施工。施工工藝如圖1 所示。

圖1 沉樁施工工藝流程圖

1）樁位放樣 定樁基位置，使用全站儀將樁基坐標在實際地形中標出。

2）壓/樁打機就位 將壓樁機或打樁機運輸至指定樁位，并進行安裝、調試、校正等工作，使其達到正常工作狀態。

3）吊裝、插樁 先用索具捆住樁上端，然后啟動吊裝機，使樁尖垂直對準樁位中心；再在樁頂扣好樁帽，去除索具；然后將樁尖插入土中，并用較小落距冷錘1～2 次，等樁進入土層一定深度后，再將樁垂直并穩定。

4）壓樁/打擊貫入 靜壓法是利用壓樁機自身設置的起重機自重將PHC 管樁壓入設計土層深度。錘擊法是利用樁錘下落時的沖擊將PHC 管樁壓入設計土層深度。

5）接樁 當樁長不夠時，對PHC 管樁以焊接方式進行接樁，接樁前須對預制樁表面進行清理，上下兩節之間的縫隙須用鐵片墊實并焊牢。

6）送樁 送樁時樁中心線必須與樁身一致，當樁頂不平時，可采用厚紙或麻袋墊平。送樁留下的樁孔應立即回填密實。

7）終壓/最終收錘 將PHC 管樁壓或錘擊至設計標高時，停止繼續施壓或錘擊，檢查樁位是否滿足設計要求，滿足時將樁機移到新樁位，不滿足時與有關單位研究處理。

8）壓/打樁結束 所有樁基都壓或打入指定樁位。

1.3 施工情況

在前期沉樁施工過程中發現部分PHC 管樁出現樁身斷裂現象，從中選取典型樁基進行調查與分析，具體情況如下：①沉樁1，發生斷樁事故，采用靜壓法沉樁，樁長10m，斷樁時入土深度4m；②補樁1，發生斷樁事故，采用靜壓法沉樁，樁長10m，斷樁時入土深度4.8m；③沉樁4，發生斷樁事故，采用錘擊法沉樁，樁長10m，錘擊數108 擊，沉樁時貫入度為12.9mm，入土深度3.6m。

由于斷樁原因復雜多樣，僅從現場施工情況來看，難以斷定導致斷樁現象的具體原因。因此為避免類似斷樁現象頻繁發生，降低斷樁率，亟須對漁光互補光伏項目PHC 管樁斷樁問題進行系統分析，明確產生斷樁現象的主要原因，并制定相應的對策，保證沉樁施工順利進行。

2 斷樁原因分析

2.1 可能原因

根據沉樁施工的具體工藝流程，本文從人、機、料、法、環、測等六個方面列舉出靜壓法和錘擊法沉樁施工過程中可能引起PHC 管樁斷樁的七種情況，并對每種情況進行系統分析，分析結果具體如下。

1）操作不當，這可能是樁機傾斜施工、管樁垂直度未達標、終壓值設計范圍過大、技術交底不清及工人質量意識淺薄導致的。

2）錘能不當，這可能是樁錘檔位不合理及錘擊時間長能量下降導致的。

3）嵌入度太小，這可能是停錘標準不合理及錘擊時間長能量下降導致的。

4）樁身質量差，這可能是端樁板裂碎鋼棒外漏、預制樁樁身強度不夠及樁身排氣孔倒漿情況導致的。

5）施工條件差，這可能是地質條件不佳及池塘水流影響導致的。

6）偏心錘擊，這可能是池塘水流影響導致的。

7）材料問題，這可能是樁墊受潮、錘墊更換不及時及樁機傾斜施工導致的。

基于上述分析，繪制斷樁原因關聯分析圖，如圖2 所示。

圖2 斷樁原因關聯分析圖

2.2 要因確定

從斷樁原因關聯分析圖可以看出引起PHC管樁斷裂的可能因素共有質量保證體系不健全、管樁垂直度未達標、終壓值設計范圍過大、技術交底不清等15 項。通過現場調查、現場測試、現場檢查、現場檢測、查閱資料、現場監督、現場測量等方法對15 項可能因素進行認真、負責及客觀的分析和論證。確定方法具體如下。

1）技術交底不清 前往施工現場對相關從業人員技術交底情況進行調查，調查結果表明施工操作人員技術嫻熟，隊伍是一支施工多年的有經驗的隊伍。因此，判斷技術交底不清不是導致斷樁的主要原因。

2）工人質量意識淺薄 前往施工現場對現場工人質量意識以問卷形式進行調查，調查結果表明現場工人都有較強的質量安全意識。因此，判斷工人質量意識淺薄不是導致斷樁的主要原因。

3）樁錘檔位不合理 前往施工現場進行現場沉樁測試，測試過程中操作人員按既定樁錘檔位進行施工，并對基樁入土深度及貫入度進行現場檢測，在其他工序一切正常的情況下，發現樁沒有順利沉入設計深度，沒有達到設計要求貫入度。因此，判斷既定樁錘檔位不合理是導致斷樁的主要原因之一。

4）錘擊時間長能量下降 前往施工現場進行現場沉樁測試，測試結果表明錘擊時間符合要求，能量沒有出現下降情況。因此，判斷錘擊時間長能量下降不是導致斷樁的主要原因。

5）停錘標準不合理 前往施工現場進行現場沉樁測試，測試過程中操作人員按既定停錘標準進行施工，在其他工序一切正常的情況下，發現當貫入度達標時，樁頂標高也達標。因此，判斷停錘標準不合理不是導致斷樁的主要原因。

6）端樁板裂碎，鋼棒外漏 前往施工現場進行現場機械設備檢查，檢查結果表面端樁板完好，并且鋼棒沒有出現外漏情況。因此，判斷端樁板裂碎、鋼棒外漏不是導致斷樁的主要原因。

7）PHC 管樁樁身強度不夠 在施工現場隨機抽取一批PHC 管樁，采用非金屬超聲檢測儀對其進行混凝土強度及樁身完整性檢測，并在樁表面灑水，查看樁表面是否存在裂縫及缺損情況，檢查發現所抽樣品樁表面無裂縫及缺損情況，但根據超聲檢測結果發現部分樁身混凝土內部存在缺陷。因此，判斷混凝土內部缺陷引起預制樁樁身強度不夠，進一步導致PHC 管樁出現斷樁現象。

8）樁身排氣孔倒漿情況 前往施工現場對PHC 管樁進行現場檢測，檢測結果表明樁身排氣孔沒有倒漿情況。因此，判斷樁身排氣孔倒漿情況不是導致斷樁的主要原因。

9）地質條件不佳 查閱巖土工程勘察報告并前往施工現場調研，調研結果表明擬建場地地層中夾有軟弱、持力層差的巖層。因此，判斷地質條件不佳是導致斷樁的主要原因之一。

10）池塘水流影響 前往施工現場進行現場沉樁測試，測試結果表明池塘水流對沉樁沒有明顯影響。因此，判斷池塘水流影響不是導致斷樁的主要原因。

11）樁墊受潮 前往施工現場進行機械設備檢查，檢查結果表明樁墊無受潮情況。因此，判斷樁墊受潮不是導致斷樁的主要原因。

12）錘墊更換不及時 前往施工現場進行機械設備檢查，檢查結果表明施工人員嚴格按照要求更換錘墊。因此，判斷錘墊更換不及時不是導致斷樁的主要原因。

13）樁機傾斜施工 前往施工現場對實際施工情況進行監督，結果表明打樁機或壓樁機在沉樁施工過程中嚴格按照施工要求進行作業。因此，判斷樁機傾斜施工不是導致斷樁的主要原因。

14）管樁垂直度未達標 前往施工現場對實際施工情況進行監督，結果表明現場工作人員嚴格控制管樁垂直度。因此，判斷管樁垂直度未達標不是導致斷樁的主要原因。

15）終壓值設計范圍過大 前往施工現場進行實際沉樁測試，在沉樁施工過程中將終壓值控制在設計要求范圍內，在其他工序一切正常的情況下，仍出現斷樁情況。因此，判斷終壓值范圍過大是導致斷樁的主要原因之一。

通過上述方法確認導致斷樁漁光互補光伏項目PHC 管樁出現斷樁問題的主要原因有錘檔位不合理、地質條件不佳、樁身強度不夠、終壓值設計范圍過大等4 項。

3 對策制定

針對上述4 項引起PHC 管樁斷樁的主要原因進行系統分析，探究解決斷樁問題的對策，明確了目標，并細化了具體措施（表1）。

表1 PHC管樁斷樁影響因素及對策

4 組織實施

4.1 樁錘檔位不合理對策

為避免樁身負摩擦力過大引起樁身拉應力過大，從而引起樁身斷裂。操作人員在控制PHC管樁樁尖在穿過、穿出軟弱土層時需要暫停一段時間，并根據實際沉樁情況對樁錘檔位進行調整。放慢下樁速度，下樁距壓錘穩樁時間間隔大于4min，壓錘穩樁距下次錘擊開始時間間隔須大于8min。

效果驗證：通過實際沉樁情況觀測發現，樁機操作人員按照要求在樁尖穿入、穿出軟弱夾層時間歇一段時間并及時調整樁錘及相應的檔位，沒有出現斷樁現象。

4.2 地質條件不佳對策

從施工現場中隨機選取一根PHC 管樁先進行靜載試驗檢測基樁豎向抗壓承載力，接著采用非金屬超聲檢測儀檢測混凝土強度及內部缺陷以此判定樁身完整性，后進行現場沉樁施工并做好記錄，根據試驗及檢測結果和現場沉樁記錄，結合光伏場地勘察報告與設計溝通減短樁長。

效果驗證：減短樁長后進行現場沉樁施工，發現有少部分樁基依然存在沉樁困難問題，但沒有出現斷樁現象。

4.3 樁身強度不夠對策

進行PHC 管樁沉樁施工前，質檢員先采用超聲檢測法檢測樁身混凝土強度及內部是否存在缺陷，同時在樁身灑水，查看表面是否存在裂縫及缺損情況，若存在此類問題，應立即駁返，避免出現斷樁問題從而影響沉樁進度。樁起吊前，駐壓樁機施工人員再次檢查一遍，并查看樁身是否出現起拱現象，是否順直。

效果驗證：按規定流程完成沉樁前的質檢工作后，進行沉樁施工，發現無樁身強度不夠引起的斷樁問題。

4.4 終壓值設計范圍過大對策

測量PHC 管樁的直徑、長度，并結合擬建場地土層性質、樁身材料、實測及理論推算樁基豎向承載力結果綜合研究分析，探究出終壓值的最佳設計范圍，并應用到實際沉樁施工過程中，并要求操作人員嚴格控制終壓值的大小。

效果驗證：將得到的終壓值設計范圍應用到實際沉樁施工中，發現無因為壓樁值過大出現的斷樁現象。

5 效果檢查

通過對樁錘檔位不合理、地質條件不佳、PHC 管樁樁身強度不夠、終壓值設計范圍過大等引起基樁斷樁主要原因采取相應的整改措施后，沉樁施工順利完成。施工過程中，除去意外情況，現場沉樁斷樁率為0.23%，超過了預期的效果。

6 結論

本文主要依托孚洋黃梅蔡山鎮稻場湖70MWp漁光互補光伏電站項目，開展漁光互補光伏項目PHC 管樁沉樁時斷樁問題研究，探究引起PHC管樁產生斷樁的主要原因，并制定具體的整改措施，主要結論如下。

1）施工時須根據實際工程情況，適當放慢沉樁速度，結合工程地質剖面圖，在樁尖進入不同土層時調整樁錘檔位。

2）當地質條件不佳引起斷樁問題時，須根據靜載試驗結果、超聲檢測結果、現場實際沉樁情況及光伏場地勘察報告綜合研究分析，與設計溝通適當調整樁長。

3）PHC 管樁沉樁施工前，質檢員須采用超聲檢測法檢測樁身混凝土強度及混凝土內部是否存在缺陷，同時向樁表面灑水，查看表明是否存在裂縫及缺損情況。

4）當終壓值設計范圍過大引起斷樁問題時，須根據樁身尺寸、材料、土層性質、實測及理論推算基樁豎向承載力綜合研究分析，與設計溝通調整終壓值范圍大小，并要求操作人員嚴格控制終壓值大小。