海上PHC桩施工工法

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1、1海上 PHC 桩施工工法1 前言预应力混凝土桩（简称 PHC 桩）基础具有承载力高、沉降量小且均匀等特点，它能承受较大的垂直荷载、水平荷载、上拔力及机器的振动或动力作用，已经广泛用于于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程中。*公司经过 STX 海洋重工海洋船台及岸壁工程的海上 PHC 桩施工实践总结，并根据国家港口工程桩基规范JTJ254-98 和港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程JTJ/T261-97 行业标准，形成本工法，以加强对海上 PHC 桩施工的质量控制。2 特点2.0.1 海上 PHC 桩沉桩施工受风浪影响较大，打桩船只能在 5 级风、4 级浪以下打桩和托航，施工中的机械设

2、备防护及施工人员的安全保证措施尤为重要。2.0.2 海上 PHC 桩施工需要专业的施工船舶，运桩需要专业的运桩方驳，施工过程中需要起锚挺进行调锚施工，打桩船调配托运时需要拖轮进行托航，施工船舶资源庞大。2.0.3 海上 PHC 桩打桩时需要打桩船进行吊桩、喂桩等施工，需要专业的起重人员和起重材料，船与船之间、施工人员与施工人员需要紧密配合。2.0.4 海上 PHC 进行定位较陆上复杂，需要不定期的进行桩位校核。3 适用范围浅层土质不良，天然地基浅基础无法满足建筑物对地基变形和强度两方面要求，使用桩基础作为高桩码头基础。由于预应力钢筋混凝土桩可以节约材料，而且抗裂性能好，所以普遍采用。随着全国各

3、地的预应力管桩厂的建立及配套码头的建设，采用海上运输管桩也大大节约了桩式码头的建设成本。本工法适用于水深大、持力层较深的高桩码头工程。4 工艺原理2预制桩通过柴油锤的锤击冲力加之桩身自重，穿透各个不同土层，对于粘土桩身下沉量在 70cm/击，残积土桩身下沉量在 10cm/击。随着土质的密实度和坚硬度逐渐增大，桩端阻力也随之增大，此时为获得更大的锤击能量需加大桩锤的油门从而提高锤跳。对于以风化岩为桩端持力层的本工程，选择柴油锤取得的效果比较理想。由于沉桩过程中对桩周土体产生较大的振动，所以打桩本身对桩周土体也有一定的挤密作用，能够稳定桩周土体。5 工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程海上 PH

4、C 施工较陆上施工工艺复杂，投入的船舶和人员相对比较多，其施工工艺可以简单的描述为：施工准备桩的驳运船舶驻位打桩船吊桩测量定位打桩验收，施工工艺流程图如下：打桩船移船吊桩打桩船、运桩方驳就位记录、自检调整打桩架锤击沉桩打桩测量定位桩入龙口桩装驳及驳运图 5-1 海上 PHC 桩施工工艺流程图5.2 施工操作要点5.2.1 施工准备：3 根据进度情况和现场实际情况，需准备打桩船 1 艘，运桩方驳 2 艘。 检查所有参与此施工的船机、设备状态是否良好，各船机、设备试运行，备好易损配件； 检查吊索具是否坚固，锚缆、钢丝绳等是否有断丝，有损坏的器具不能使用； 装船前，PHC 桩的防腐验收和桩身质量要达

5、到设计要求和质量标准； 每根桩在起吊前都要检查桩身是否有裂纹，桩身质量必须符合规范要求，确认完好后方可吊运。5.2.2 桩的驳运 根据施工时的沉桩顺序和吊桩的可能性，按装桩图分层装桩，分层次数不大于 3 层且装桩总吨位严禁超出驳船的最大载重量；例如，运桩驳烟驳 16 的最大载重量为 1000t，PHC 桩重 0.6t/m，按平均桩长 35.0m 考虑，可以装桩 46 根；方驳 105 最大载重 400t，可以装桩 19 根。 为防止桩在装船时发生滚动，在方驳两侧牢固焊接防止桩滚落的牛腿作为支撑，必要时采用绳系绑进行同时在装桩时每根桩的两侧都要垫上木楔，在有防腐涂层处的垫桩木上铺上胶皮以保护涂层

6、； 驳船装桩应采用多支垫堆放，垫木均匀放置（1 根桩对称设置 3 排垫木） ，垫木顶面应在同一平面上，垫木取 20cm15cm 的木方。桩装驳完毕后，由拖轮将方驳拖至沉桩现场驻位。5.2.3 船舶驻位 打桩船布八口锚，其中两口缆绳需系在岸上的地笼上，后锚长度不小于250m。打桩船和运桩方驳驻位布锚详见下图；4图 5-2 打桩船和运桩方驳驻位布锚平面示意图 运桩方驳驻位于打桩船的左侧或者右侧。驳船驻位于打桩船左侧时，桩尖朝向打桩船，驳船驻位于打桩船右侧时，防腐端朝向打桩船； 运桩方驳的右前（或者右后）锚与打桩船的左前锚（或者右前锚）有交错时，打桩船的前锚布于驳船的下方。5.2.4 打桩船吊桩 运

7、桩方驳平稳后，打桩船缓慢移动至驳船处，操作手应小心操作使吊索具缓慢下落至待吊运的桩前； 打桩船吊桩前，起重人员再次检查桩及吊索具是否完好，钢丝绳选用直径为30mm、公称抗拉强度 M=1400MPa、637 纤维芯钢丝绳，配套卡环选用单个吊重为 25t 的卡环； PHC 桩采用三点式捆绑起吊，三点的捆绑位置为距桩顶 4m，距桩顶 13m 和距桩尖 5m。在桩壁有防腐涂层的位置捆绑时，应采用专用的吊桩软带进行捆绑； 主副钩同时起吊，将 PHC 桩水平吊起后，向沉桩位置缓慢移动，当距驳船有5m 以上的安全距离后，副钩缓缓放松，主钩收紧，使桩成为竖直状态。 本工程 37m 以下桩采用三点吊，37m 以

8、上的桩采用四点吊，吊桩示意图如下：图 5-3 打桩时桩的起吊情况示意图5.2.5 沉桩 打桩采用 GPS 系统将船只精准定位，同时打开抱桩器，桩进入龙口（在桩顶要垫上 10cm 纸壳垫） ，向桩顶套替打（抱桩器内壁要有保护桩防腐涂层的橡胶垫） ；5 GPS 将桩定位后，陆上采用全站仪校核桩位。校核无误后，靠桩自重下桩，桩透过泥层后，再次校核桩位，如发生溜桩现象则将桩提起重新定位； 确定桩位未发生变动后，继续靠桩自重下桩，待桩停止下沉后，压锤下桩。保持船体平衡，保证桩锤、替打、桩轴线在同一直线上，直桩保证竖直，斜桩保证扭角（靠船舶驻位的准确性） 、斜角（靠调整打桩架的仰俯角）的准确性； 确定桩位

9、准确后，完全放松吊索，桩锤挂一档小油门打桩，而后逐渐加大； 沉桩过程中如发生桩破损、贯入度骤增、桩周大量气泡涌出等异常状况立即与项目部技术人员联系，问题解决后放可继续施工； 沉桩过程中，记录人员要记好沉桩记录； 沉桩采用高程及贯入度双控，以贯入度控制为主：当贯入度达到要求而设计标高未达到要求时，请设计部门、监理工程师等有关单位研究后方可停止锤击，根据设计部门提出的要求进行相应施工。PHC桩高出设计标高部分进行海上截桩处理。5.3 海上 PHC 桩沉桩质量控制要点与陆地沉桩相似，海上沉桩应严格进行承载力控制、桩位控制和桩身的裂损控制。5.3.1 承载力控制桩的极限承载力必须符合设计要求，除了通过

10、高应变检测来判断桩的承载力是否符合设计要求外，通过实际打桩的施工桩长与最终贯入度也可以作为达到设计要求的标志，即所谓的双控。本工程设计要求为最终 10 击的贯入度在35cm，打入强风化岩 2.0m。 港口工程桩基规范中规定： 设计桩端土层为一般粘性土时，应以标高控制。 设计桩端土层为硬塑状的粘性土或粉细砂时，应以标高控制为主，当桩端达不到设计标高时应以贯入度校核。当桩端已达到设计标高而贯入度仍较大时，应继续锤击使其贯入度接近控制贯入度。 设计桩端土层为砾石、密实砂土或风化岩时，应以贯入度控制，标高作为校核。当贯入度已达到控制贯入度，而桩端未达到设计标高时，应继续锤击贯入10cm 或继续锤击 3

11、050 击，其平均贯入度为超过设计控制贯入度，且桩端标高6距设计桩底标高不宜超过 1m3m。本工程打桩采用的控制方法对承载力进行控制，实际打桩过程中并未发生施工桩长与设计桩长差异较大的情况，且使用#100 柴油锤完全可以满足施工与设计要求，实际最后 10 击的平均贯入度在 2mm5mm/击之间。5.3.2 偏位控制实际桩位的偏差将影响预制梁的安装，若采用现浇结构，较大的桩位偏差会对后期上部结构施工产生影响，对梁的受力条件也将产生影响。水上沉桩允许偏差（mm） 表 5.1混凝土方桩预应力混凝土大直径管桩钢管桩 桩型 沉桩区域 直桩 斜桩 直桩 斜桩 直桩 斜桩内河和有掩护近岸水域 100 150

12、 150 200 100 150近岸无掩护水域 150 200 200 250 150 200离岸无掩护水域 200 250 250 300 250 300本工程位于 STX 海洋重工有限公司厂内，施工水域四周有山阻挡，天然掩护条件较好且位于近岸施工，所以直桩的偏差为 150mm，斜桩允许偏差 200mm。影响桩产生偏位的原因很多，主要有：斜坡对桩产生偏位的影响，风浪水流对桩偏位的影响，测量定位工作的误差产生的桩偏位，打桩操作不善引起的偏位。结合本工程特点，影响桩产生偏位的主要因素有：斜坡、斜桩施工时桩身自重以及测量定位的误差。 斜坡产生的桩位偏差：本工程主要排架共有 5 排桩，在设计图纸中分

13、为 A、B、C、D、E5 个轴，其中 A、B、D 和 E 轴桩为直桩，C 轴为一对叉桩，见下图7图5-4 PHC桩码头断面图从码头设计剖面图中可以看出，E 轴桩位于斜坡上，如果按照设计桩位进行下桩、沉桩，那么由于土体本身的自重和沉桩时对土体产生的震动，在周围土体的带动下，桩有向海侧滑动的趋势，根据对同一排架的实际桩位测量，发现在相同的沉桩条件下，E 轴桩产生的偏位较大。控制措施：沉桩定位时，应使桩中心向岸侧预留一定的正偏差（本工程预留 5cm）抵消一部分由于土体滑动对桩体产生的负偏差，减小实际桩位与设计桩位的偏差。 桩体自重产生的桩位偏差C 轴桩为一对叉桩，分为俯桩和仰桩，见下图：8图 5-5

14、 海上 PHC 桩施工上料示意图无论是俯桩还是仰桩都属于斜桩，即桩的重心和桩轴线不在同一条直线上。受桩自身重力的影响，桩体有向倾斜方向偏移的趋势且本工程使用的最大桩长为 41m，在压锤的过程中靠桩本身的自重桩身只有 2m3m 在土层中，尚有 38m在原泥面以上，但由于有打桩船抱桩器和上部龙口的限制，桩体受自重影响产生的偏位较小；沉桩过程中，特别是首次锤击时已经没有抱桩器和上部龙口的约束，在桩身自重影响下桩身上部有向外偏离的趋势，桩顶将产生向倾倒方向的偏差。控制措施： 在桩身倾斜（俯桩和仰桩）的反方向（即俯桩的反方向为仰桩，仰桩的反方向为俯桩）预留一定偏移量，用于抵消沉桩过程中产生的偏位。 打桩

15、之前，打桩船的所有锚位布置应尽量远离打桩船，尾锚 250m 以上，边锚在 150m 以上，陆上系缆的钢丝绳必须带劲，使打桩船在打设斜桩时保持船体平稳，减小因为桩架倾斜对桩位的影响。 测量定位产生的桩位偏差现有的打桩船沉桩施工时全部使用厘米级 GPS 进行定位，为保证设计桩位的准确性，打桩船通常设 2 套 GPS 或者 3 套 GPS，通过与卫星的链接实现定位。9海上 PHC 桩施工受风浪的影响比较明显，当浪涌比较大时，即使 GPS 定位误差在几厘米以内，受涌浪的影响，实际沉桩后的桩位比 GPS 定位时的桩位的偏位要大的很多。控制措施： 在进行试桩、斜桩以及中间施工时，采用陆上架设经纬仪或者全站

16、仪使用前方交会法对桩位进行校核，打桩船测量人员根据偏差情况对 GPS 进行修正，尽量减少由于测量产生的偏差。 为使打桩准确，减少桩位偏差，当风级在 5 级以上、浪级大于 4 级时应停止打桩施工作业。5.3.3 桩身裂损的控制锤击沉桩过程中，桩身产生很大的锤击压应力，锤击压应力超过了混凝土的极限抗压强度，混凝土就产生破坏。本工程共计打设 796 根 PHC 桩，桩身损坏 3 根，主要的损坏形式有：桩顶发生破损、桩身发生从裂。除了和桩身质量有关系外，主要与锤击应力有关。图 5-6 PHC 桩桩顶裂损照片控制措施： 采用重锤抵挡施工有节省燃油、提高沉桩施工效率的优点，但采用过重的桩锤就对桩身产生过大的压应力，提高了桩身裂损的概率。所以桩锤选择应根据10试桩结果和沉桩效益综合考虑，选择合适的桩锤，本工程采用的 10