楊文平，曾旻，張立興

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

PHC管樁施工方法主要有錘擊和靜壓兩種，與傳統(tǒng)直立錘擊法相比，斜樁在樁位放樣、插樁傾斜度控制、接樁等方面的要求更為嚴(yán)格，控制方法也較直樁復(fù)雜。PHC斜樁施工，目前主要應(yīng)用在港口碼頭，在陸域尚無成熟的施工經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

珠海港高欄港區(qū)神華煤炭儲運(yùn)中心一期工程裝卸系統(tǒng)基礎(chǔ)工程的土建部分，其中轉(zhuǎn)接機(jī)房基礎(chǔ)、皮帶機(jī)基礎(chǔ)、篩分塔基礎(chǔ)等上部結(jié)構(gòu)承受較大的水平荷載，基礎(chǔ)部分靠單一的豎向結(jié)構(gòu)勢必需要較多的樁基才能滿足，而采用部分斜樁則可明顯減少用樁數(shù)量。

PHC斜樁選用柴油錘錘擊沉樁，樁型選擇PHC 600-130-AB及PHC 600-130-B型，單節(jié)管樁最長14 m，混凝土強(qiáng)度等級為C80，抗?jié)B等級不低于S10。采用標(biāo)高及貫入度雙控，要求最后連續(xù)三陣的貫入度控制在＜4 mm/擊。設(shè)計有效樁長控制在50～54 m之間，進(jìn)入粗粒砂持力層的深度不小于1.5 m，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)≥4 300 kN。

2 樁機(jī)與樁錘的選擇

管樁沉樁機(jī)械采用打樁架配備筒式柴油錘，經(jīng)多方調(diào)研，目前國內(nèi)樁機(jī)最大傾斜角度僅能達(dá)到7°，而本工程要求傾斜度達(dá)到11.31°。通過對現(xiàn)有滾滑式樁機(jī)進(jìn)行改裝，加長樁錘行走軌道及加長導(dǎo)架支桿液壓桿長度，較好地解決了傾斜度不夠的問題。考慮到樁機(jī)改裝后傾斜度加大引起樁機(jī)重心偏移，需盡可能選用小型號的樁錘以降低其重量，結(jié)合本工程實(shí)際情況，通過試打樁確定選擇D62型柴油錘，樁機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表1。

3 抗傾覆驗(yàn)算

由于樁機(jī)為改裝，為保證樁基施工過程中的安全性，工程開工前對改裝后的樁機(jī)進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，以確定可施工的最大樁長L?？箖A覆驗(yàn)算樁機(jī)受力分析圖見圖1。

表1 樁機(jī)技術(shù)參數(shù)表Table 1 Technical parametersof pile driver

圖1 樁機(jī)受力分析圖Fig.1 Forceanalysisof piledriver

以樁機(jī)的后滑滾為支點(diǎn)，順時針方向力矩為正，逆時針方向力矩為負(fù)。當(dāng)總力矩大于0時，樁機(jī)穩(wěn)定；當(dāng)總力矩小于0時，樁機(jī)產(chǎn)生傾覆。根據(jù)受力分析，樁機(jī)穩(wěn)定需滿足下式：

式中：G1為4 m長的樁機(jī)底盤的重量（將樁機(jī)底盤的重量按照均勻布置，由于后滾軸前后兩端各3.5 m的重量產(chǎn)生的力矩相互抵消，故只需計算后滾軸左端4 m重量產(chǎn)生的力矩，即G1=8×4/11=2.91 t）；G2為導(dǎo)架的重量；G3為卷揚(yáng)機(jī)的重量；G4為背部斜撐的重量；G5為操作平臺的重量；G6為樁錘的重量，將其分解為T6及 N6；G7為管樁的重量，將其分解為T7及N7。

根據(jù)上述不等式來確定樁機(jī)在角度為11.31°時可打設(shè)的最大樁長。現(xiàn)場每米樁長質(zhì)量0.5 t，假設(shè)樁長為L，代入上述不等式得到：

簡化得：48.95-2.45L-0.05L2≥0

解得：L≤15.24 m

現(xiàn)場實(shí)際使用樁長為14 m＜15.24 m，故滿足抗傾覆的要求。

在施工過程中要嚴(yán)格控制保持樁機(jī)水平，防止樁機(jī)出現(xiàn)側(cè)向傾覆。

4 施工流程及質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)

斜樁主要施工工藝流程為樁位放樣→管樁吊運(yùn)→插樁→捶擊→接樁與焊接→送樁→停錘。

4.1 樁位放樣

陸域施工斜樁由于設(shè)計樁頂標(biāo)高一般低于自然地面標(biāo)高，使得設(shè)計樁頂位置與打入時的位置上下不在一條鉛垂線上，而是沿著斜樁的傾斜方向向前或向后移動一定的距離。故樁位放樣是斜樁施工質(zhì)量技術(shù)控制的重點(diǎn)。

施工前將樁位周邊進(jìn)行平整，對自然地面的標(biāo)高進(jìn)行測量，根據(jù)其與設(shè)計樁頂?shù)母卟钜约皹兜膬A斜角計算出斜樁施打位置的偏移量，最后對樁位進(jìn)行施工放樣。

施工中根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算，測定出實(shí)際樁位，再定出管樁傾斜的方向線。在施打樁位的正后方約10 m處測量定位一點(diǎn)，然后將樁位點(diǎn)與定位點(diǎn)連線，管樁對準(zhǔn)樁位后，調(diào)整樁機(jī)軸線與此方向線重合。在施工中定期做好檢查，定位點(diǎn)需要移動時，先檢查其準(zhǔn)確性，并做好測量記錄。

4.2 管樁吊運(yùn)

管樁運(yùn)至施工現(xiàn)場后堆放場地要堅(jiān)實(shí)平整，防止產(chǎn)生不均勻沉降。樁堆存時，必須要有可靠的防滾、防滑措施。墊木支撐點(diǎn)應(yīng)在同一水平面上，墊木間距依吊點(diǎn)位置確定，堆放層數(shù)不得超過四層。管樁堆放位置應(yīng)考慮現(xiàn)場施工方便，并且離打樁位置不宜超過50 m，打樁機(jī)能盡快地進(jìn)行下一樁位施工。管樁裝卸時應(yīng)輕起輕放，嚴(yán)禁拋擲、碰撞、滾落，吊運(yùn)過程應(yīng)保持平穩(wěn)，避免劇烈振動，防止樁身裂損。樁在起吊時應(yīng)使每個吊點(diǎn)同時升起，每個吊點(diǎn)受力均勻。吊運(yùn)管樁時，要有專人指揮，樁不得從車輛、構(gòu)筑物上方經(jīng)過。

4.3 插樁

管樁采用樁機(jī)自帶的卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行場內(nèi)吊運(yùn)，樁打入過程中修正樁的角度較困難，因此就位時必須安裝正確。第1節(jié)管樁提起并輕輕插入地下20 cm，保持位置準(zhǔn)確，然后調(diào)整樁架，在傾斜過程中調(diào)整樁機(jī)的位置，向后移動樁機(jī)，保證樁架與管樁平行，慢慢傾斜達(dá)到施工要求的傾斜角度。校核樁的垂直度采用樁機(jī)的正前方向設(shè)置1臺經(jīng)緯儀或長的線錘使管樁在傾斜剖面內(nèi)保持垂直。通過樁機(jī)導(dǎo)架的橫向及側(cè)向移動調(diào)整管樁的傾斜角度及垂直度。經(jīng)緯儀設(shè)置在不受打樁影響處，并經(jīng)常加以調(diào)平，使之保持垂直。開始輕輕打樁，認(rèn)真檢查，若有偏差及時糾正，必要時拔出重打。

4.4 錘擊

因上部地層較軟，起始錘擊時下沉量較大，是前期控制斜樁角度的關(guān)鍵，起始樁錘油門1～2檔，做到重錘輕擊，避免溜樁跟打。在整個打樁過程中，確保樁錘、樁帽、樁身保持在同一軸線上，必要時將樁錘及樁機(jī)導(dǎo)桿方向按樁身方向調(diào)整，不使管樁受到偏心錘打。打樁較難下沉?xí)r，檢查落錘有無傾斜偏心，特別要檢查樁墊樁帽是否合適。如不合適，更換或補(bǔ)充軟墊。每根樁連續(xù)一次打完，不宜中斷，以免難以繼續(xù)打下。

第1節(jié)管樁開始打設(shè)時，若發(fā)現(xiàn)沉樁較慢，且管樁豎直度出現(xiàn)偏差時，立即停止錘擊，把管樁提出，采用挖機(jī)下挖打設(shè)位置查看是否有石塊，若有石塊應(yīng)挖出待回填后再進(jìn)行管樁打設(shè)施工。

4.5 接樁

接樁時使上節(jié)樁與下節(jié)樁的軸線一致，當(dāng)下節(jié)樁頭露出地面1～1.5 m時停錘，進(jìn)行焊接接樁。樁對接前，上下端面上的泥土、油污、鐵銹等應(yīng)采用鐵刷子清理干凈，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤。為便于管樁接頭對位，在樁頭處焊接3個超出管樁端板2 cm的鋼筋頭，見圖2，管樁端面接觸對齊后，慢慢調(diào)整樁機(jī)導(dǎo)架，導(dǎo)架傾斜至設(shè)計角度，確保上下樁軸線重合，傾斜過程不斷使用撬棍調(diào)整。待上下節(jié)樁焊接牢固不發(fā)生滑移后即可割除鋼筋頭。

上、下節(jié)樁對接檢查合格后，先進(jìn)行點(diǎn)焊固定，然后對稱施焊。斜樁焊縫傾斜，施焊時由低處向高處，采用2臺焊機(jī)對稱進(jìn)行，以減少焊接變形。焊接過程中內(nèi)層焊渣必須清理干凈后方可施焊外一層。焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，每層焊縫高度2 mm，且根部必須焊透。焊縫冷卻后再行打樁，嚴(yán)禁使用水冷卻或焊好即施打。

圖2 樁頭連接示意圖Fig.2 Sketch of the connection of pilehead

4.6 送樁

施工過程中由于原地面標(biāo)高高于設(shè)計樁頂標(biāo)高，故需要采用送樁器送樁至設(shè)計標(biāo)高。施工時量取送樁器長度，通過計算并在送樁器上劃刻度線來控制送樁深度。

4.7 停錘

施工區(qū)域內(nèi)巖土層分布自上而下分別為淤泥質(zhì)黏土及淤泥層厚13～15 m、黏土及中粗砂層厚10～18 m、粗礫砂及泥質(zhì)粉砂巖層厚12～15 m。根據(jù)設(shè)計樁長，樁端達(dá)到粗礫砂持力層中，故施工時采用標(biāo)高為主，貫入度控制為輔。貫入度達(dá)到要求而樁頂標(biāo)高未達(dá)到時，繼續(xù)錘擊3擊，保證最后連續(xù)3擊的貫入度＜4 mm/擊，同時控制最后1 m沉樁錘擊數(shù)不超過300擊，總錘擊數(shù)不超過2 500擊。

5 質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)

斜樁與直樁施工質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)基本類似，陸域打設(shè)斜樁的以下幾個環(huán)節(jié)對沉樁成功與否起到關(guān)鍵性作用，需特別重視。

1）樁傾斜角度的控制。根據(jù)樁機(jī)樁架的傾角來確定樁的傾角，在樁架上定位一點(diǎn)，距離樁機(jī)底盤面高度為5 m焊接1個螺母，在螺母上系1個重為1 kg的線錘。根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，確定底盤面上直角邊長為0.98 m，在該位置焊一鋼筋頭，每次樁架傾斜至線錘靠上鋼筋頭，樁架則滿足傾斜角度 11.31°。

2）打樁機(jī)具的控制。在替打下面墊上樁墊，樁墊可采用紙墊或者膠合板等材料，檢查樁墊是否完好，是否發(fā)生偏移，以防止錘擊過程對樁造成損傷。因樁墊在錘擊過程中要壓縮，所以在施打時視其程度及時更換樁墊和材質(zhì)，保證樁墊的厚度不小于120 mm。經(jīng)常檢查鋼絲繩是否有斷絲，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重磨損及時更換。

3）樁接頭施工質(zhì)量的監(jiān)控。樁頭裂縫主要是由管樁自身質(zhì)量和偏心錘擊引起的。在沉樁過程中，管樁斜度大，并且采取多節(jié)樁對焊接長；在送樁階段，樁機(jī)存在反復(fù)調(diào)正、傾斜的過程；沉樁過程中地基的變化也容易引起設(shè)備輕微的前傾或后仰，這些過程將很難保證樁身的軸線始終同心，從而引起偏心錘擊，造成樁頭破碎或裂縫。

4）收錘的監(jiān)控。施打過程中通過水準(zhǔn)儀，利用樁面上的讀數(shù)、替打讀數(shù)，結(jié)合標(biāo)高對沉樁進(jìn)行觀測與記錄，直至錘擊到設(shè)計所要求的樁頂標(biāo)高，或最后連續(xù)3擊的貫入度控制在＜4 mm/擊。

6 施工效果

6.1 偏差

管樁施工完成后，將樁頭全部挖出，測量實(shí)際的樁位平面偏差、標(biāo)高偏差及傾斜角度，見表2。

表2 樁基測量復(fù)核表Table 2 Re-check of pile foundation measurement

根據(jù)樁基規(guī)范要求，平面位置偏差不大于100 mm，標(biāo)高誤差為±50 mm，傾斜度偏差按照±15%tanα計算（α為傾斜角），傾斜角度在9.65°～12.95°范圍內(nèi)，均符合規(guī)范要求。

6.2 成樁質(zhì)量

通過珠海市交通工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站對本工程的全部斜樁進(jìn)行小應(yīng)變檢測，檢測結(jié)果均為一類樁，對其中PHC-309、PHC-310進(jìn)行大應(yīng)變檢測，承載力分別為4 640 kN和4 575 kN，均大于4 300 kN，符合設(shè)計要求。

7 結(jié)語

本工程所有樁的位置、高程以及樁頭損壞率均達(dá)到了設(shè)計要求，對工程的順利開展起到了關(guān)鍵作用。通過對PHC管樁斜樁施工方法的研究以及對施工樁機(jī)的合理改裝，克服了PHC管樁斜樁施工難點(diǎn)，取得了較為明顯的效果。在陸域施工斜樁沒有成熟技術(shù)可以參考的情況下，通過工程實(shí)踐，總結(jié)出一定的施工經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可為其它工程提供借鑒。

[1]GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].GB 50007—2002,Codefor design of buildingfoundation[S].

[2]GB 13476—2009，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].GB 13476—2009,Pretensioned spun concretepiles[S].

[3]JGJ106—2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].JGJ 106—2003,Technical code for testing of building foundation piles[S].

[4]GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].GB 50202—2002,Code for acceptance of construction quality of buildingfoundation[S].

[5] JTJ203—2001，水運(yùn)工程測量規(guī)范[S].JTJ 203—2001,Specifications for port and waterway engineering survey[S].

[6]DBJ/T 15-22—2008，錘擊預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S].DBJ/T 15-22—2008,Specification for driven prestressed concrete tube-pilefoundation[S].

[7]JTS257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].JTS257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineeringconstruction[S].