范從建，鐘燦兵，呂華剛，王 洋，王 超

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

1 研究背景及意義

預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁具有強度高、沉樁速度快（200～300m/臺班）、地質(zhì)條件適應(yīng)性強、經(jīng)濟效益好、適用范圍廣泛等顯著優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于各類建筑基礎(chǔ)及軟基處理工程。但PHC管樁在核電中的應(yīng)用并不寬泛，通過AED及經(jīng)驗反饋系統(tǒng)搜索查詢，發(fā)現(xiàn)類似實施項目及相關(guān)經(jīng)驗總結(jié)極少，且建筑物等級低、設(shè)計樁長較短、承載力設(shè)計值較低。

文章結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件下PHC管樁大面積的施工應(yīng)用，對本工程PHC管樁施工難點、經(jīng)驗反饋及EC協(xié)同管理等多方面進行總結(jié)，旨在為后續(xù)PHC管樁的應(yīng)用提供借鑒意義。

2 工程概況

2.1 工程概述

汕尾地區(qū)某風電產(chǎn)業(yè)園的工程樁基設(shè)計等級為丙級，所有預(yù)應(yīng)力管樁均為端承摩擦樁，樁型號為PHCAB500（125），設(shè)計樁長9～25m不等，樁數(shù)約2500根，總長約50000m。單樁抗壓承載力特征值1000kN，單樁抗拔承載力特征值不小于300kN。沉樁施工質(zhì)量控制為貫入度、樁長雙控，樁端持力層為礫質(zhì)黏土層、全風化花崗巖或強風化花崗巖，樁入持力層至少1m。

2.2 工程地質(zhì)情況

該場地典型地質(zhì)情況從上而下為素填土、粉砂、細砂、粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土、全風化花崗巖。工程所在場地內(nèi)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，地層變化起伏大，部分場地存在深厚砂層，砂層最大厚度可達15m。同時，由于花崗巖具有風化不均勻的特征，在殘積土或強（全）風化花崗巖中發(fā)育有花崗巖球狀風化體（俗稱“孤石”），其風化及巖性在空間上是隨機的，并無規(guī)律性，填土層中含有碎石，粒徑約2～80cm不等，均將對沉樁產(chǎn)生不利影響。

3 主要施工難點分析及應(yīng)對措施

3.1 管樁樁長配置

（1）難點分析。樁長配制是管樁施工質(zhì)量能否滿足設(shè)計、規(guī)范要求及管樁施工損耗能否達成業(yè)主約定3%限值的主要制約因素。經(jīng)分析，制約本工程配樁主要因素如下：①本工程初始設(shè)計樁長范圍較為寬泛，且未明確給出每承臺樁底標高。貫入度要求10～20mm/陣，沉樁收錘標準高。沉樁施工設(shè)計約定：下節(jié)樁露出地面約1.2m即可接樁，最后一節(jié)有效樁長不宜小于5m，送樁深度不超過1.0m。當沉樁快至設(shè)計標高時，此時貫入度還未達到設(shè)計要求，此時若接樁，則接樁樁長至少6m，有可能打入一半即以收錘，造成管樁損耗過高。②工程所在場地地質(zhì)情況較為復(fù)雜，地層變化起伏大，雙控難度較大，勘察手段不合理、取樣間距過大，極易造成設(shè)計深度滿足但錘擊貫入度未達收錘標準，或收錘標準滿足要求但設(shè)計樁長達不到要求的情況。③本工程工期較短，從現(xiàn)場施工組織優(yōu)化角度要求盡量減少樁節(jié)種類。

（2）應(yīng)對措施。①將承臺樁位放樣到地質(zhì)剖面圖，根據(jù)設(shè)計持力層要求確定承臺樁長，并提交設(shè)計、監(jiān)理及建設(shè)單位共同確認；②根據(jù)承臺首根樁施工情況動態(tài)調(diào)配該承臺后續(xù)樁位配樁；③管樁供應(yīng)根據(jù)當日施工情況并結(jié)合第二天施工樁位地質(zhì)情況按需、均衡供應(yīng)以滿足后續(xù)動態(tài)調(diào)配需求，避免集中到貨造成后續(xù)動態(tài)配樁被動，導(dǎo)致外露長度過大損耗率偏高；④合理確定收錘標準及樁錘類型；⑤需就地質(zhì)成果不準確導(dǎo)致的樁長耗損合同邊界爭議與業(yè)主達成一致。

3.2 施工中遇孤石

（1）難點分析。根據(jù)地質(zhì)勘探成果及前期場平施工狀況，工程所在場地孤石及填土層中2～80cm碎石含量較多，鉆探報告表明揭示到孤石埋藏的勘探孔約占總孔數(shù)的12%。極易造成施工過程中管樁爆頭、破裂及斷樁等情況，造成管樁耗損率較高。

（2）應(yīng)對措施。①首先要仔細研究巖土地質(zhì)情況，了解孤石分布位置、埋藏深度，孤石巖質(zhì)情況（強風化、中風化或者微風化巖），然后根據(jù)孤石的不同情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施；②孤石深度不大于4m時，需停止沉樁，并拔出管樁、挖除孤石，原土回填后再繼續(xù)沉樁；③孤石深度超過4m時，將現(xiàn)場具體情況反饋設(shè)計，包括樁身完整性、斷樁位置、傾斜程度等，由設(shè)計確定處理方案；④需就挖孤石等發(fā)生的合同邊界爭議與業(yè)主達成一致。

3.3 深厚砂層

（1）難點分析。根據(jù)詳勘報告，本工程管樁施工建議選擇全風化巖及其以下地層作為樁端持力層，最終設(shè)計樁端持力層為礫質(zhì)黏土層、全風化花崗巖或強風化花崗巖。但場地廣泛分布有中密～密實細砂層，最大層厚約15m。場地地下水豐富，砂層處于飽和狀態(tài)，隨著管樁壓力的增加，砂層逐漸密實，沉樁砂層產(chǎn)生的超孔隙水壓力或砂層的“尖頂尖”效應(yīng)使施工幾乎無法繼續(xù)進行，當管樁的摩阻力加樁底阻力與打樁沖擊力相等時，管樁無進尺，當沖擊力達到管樁極限承載力時，管樁破裂。

（2）應(yīng)對措施。①設(shè)計試驗樁其持力層為粉砂層，其檢測結(jié)果良好，能滿足設(shè)計承載力要求，但設(shè)計圖紙要求的持力層為礫質(zhì)黏土、全風化巖、強風化巖，推動設(shè)計持力層能否根據(jù)地質(zhì)剖面情況制定分類控制標準；②選擇合適的樁錘；③必要時，考慮引孔。

4 本工程主要施工經(jīng)驗反饋

在工程施工初期，按照地勘剖面圖配置的管樁施工時，部分管樁樁端持力層為中密細砂層即以收錘，繼續(xù)按設(shè)計要求施打樁身出現(xiàn)裂紋、甚至斷樁，斷樁及爆頭頻繁，外露長度最長可達6m，經(jīng)統(tǒng)計，管樁損耗率高達20%。同時，存在部分管樁進入地質(zhì)剖面圖中的中等風化巖約3m后仍未收錘，與相關(guān)規(guī)范推薦范圍及工程實踐偏差較大。通過相關(guān)文獻查閱，成熟工程實例查證、地勘資料剖析、專家咨詢、EC協(xié)同等多途徑，從勘探、設(shè)計、施工等多角度探討存在的主要問題及原因，并針對性地提出應(yīng)采取的控制措施，實施效果良好，滿足質(zhì)量及經(jīng)濟性要求。經(jīng)梳理，主要經(jīng)驗反饋如下。

4.1 EC協(xié)同是實現(xiàn)施工降本增效的制度保證

項目實施之初便已奠定“又好、又快、又省”的工作總基調(diào)，反復(fù)論證尋求“技術(shù)最優(yōu)、成本最省”的方案。針對管樁施工實施初期出現(xiàn)的管樁耗損高、施工與原設(shè)計要求偏差等技術(shù)難題，項目部主動轉(zhuǎn)變思路，深入分析存在問題，加強設(shè)計與施工EC聯(lián)動，實現(xiàn)無縫對接，加強安全、質(zhì)量、成本、進度的平衡控制，同時加強精益化管理，成本控制相結(jié)合。

通過樁長、貫入度等設(shè)計指標的優(yōu)化、并根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合樁基檢測結(jié)果進行了樁長的動態(tài)調(diào)配，圓滿完成了該園區(qū)的樁基施工。經(jīng)檢測，施工質(zhì)量合格，進度及管樁損耗滿足業(yè)主要求，相較于設(shè)計樁長，累計節(jié)省管樁樁長8198m，實現(xiàn)節(jié)省造價約250萬，經(jīng)濟效益顯著。

4.2 準確的地勘資料是確保工程質(zhì)量及經(jīng)濟合理性的前提

（1）主要問題。①本工程勘探取樣間距30～35m，而承臺間距約為8m，考慮到場地地質(zhì)條件的復(fù)雜性，其取樣間距過大，不能準確反映各承臺下地質(zhì)情況；②場地大部分為開挖區(qū)域，部分回填分層碾壓區(qū)域，回填厚度約2m，經(jīng)過處理后的地基強度達120kPa，但地勘揭示的人工素填土層平均厚度為5.58m，且人工素填土層不能作為持力層。設(shè)計據(jù)此在承載力計算時，未考慮素填土層樁側(cè)摩阻力，造成設(shè)計過于保守；③經(jīng)現(xiàn)場施工反饋，部分地勘資料不準確，如某勘探孔揭示地面以下15m處存在粒徑約4m的大直徑塊石，塊石下覆土為硬塑礫質(zhì)黏性土，但實際施工時，該樁沉樁深度為22m，差異較大。同時，部分管樁沉樁深度已達25m，樁端進入地質(zhì)剖面圖中的中等風化巖約3m后仍未收錘；④通過比對巖心照，咨詢專家指出其勘探結(jié)論與現(xiàn)場存在不一致的情況。

（2）解決措施。限于業(yè)主工期進度要求，不可能重新進行勘探。因此，經(jīng)協(xié)調(diào)達成一致意見：后續(xù)若遇異常情況，通知勘探單位進行補堪以查明地下實際情況。

（3）經(jīng)驗反饋。①本工程詳勘單位為業(yè)主推薦單位，但合同為設(shè)計與地勘單位簽訂，設(shè)計院承擔部分地勘質(zhì)量風險，為后續(xù)合同爭議處理埋下了隱患。后續(xù)類似社會工程建議由建設(shè)單位提供；②本工程勘探單價低，不排除勘探資料造假的嫌疑，需加強質(zhì)量成果的審核及過程監(jiān)管；③后續(xù)建議按照廠房平面布置進行勘探點的設(shè)計，必要時，可在詳勘后安排部分典型場地的超前鉆。

4.3 試驗樁是準確獲得施工參數(shù)確保技術(shù)可行的必要環(huán)節(jié)

本工程設(shè)計等級為丙級，根據(jù)規(guī)范要求其設(shè)計承載力根據(jù)原位測試和經(jīng)驗參數(shù)確定即可，考慮到地質(zhì)復(fù)雜性，設(shè)計初期設(shè)計院安排進行了靜載荷試驗，以確定合理的預(yù)應(yīng)力樁長、收錘貫入度、打入樁長及錘擊設(shè)備的選擇。

（1）主要問題。①因試驗樁施工窗口前置，試驗樁依據(jù)可研階段地勘報告而非詳勘，其樁端持力層為粉砂層，與詳勘及設(shè)計文件要求的礫質(zhì)黏土層及風化巖不一致。同時，試驗樁位與最終廠房布設(shè)尚有一段距離，且較集中，其代表性不夠典型；②試樁入土長度約15m，現(xiàn)場安排進行了試樁檢測工作，Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，最大沉降量為4mm。但因設(shè)計未提供試驗極限荷載參考值，現(xiàn)場僅根據(jù)規(guī)范要求按照兩倍特征值進行加載，這也是部分管樁外露長度難以達到收錘標準的原因。

（2）采取措施。第一棟廠房施工結(jié)束后，業(yè)主單位安排對已施工工程樁進行了極限載荷試驗，選取的3根樁分別為雙控標準滿足、樁長未達設(shè)計要求但已收錘（有效樁長10.5m）以及樁長滿足要求但未收錘。其檢測結(jié)果顯示其特征值能夠達到1800kN，業(yè)主要求設(shè)計據(jù)此對后續(xù)廠房樁基進行了優(yōu)化。

（3）經(jīng)驗反饋。①試驗樁應(yīng)依據(jù)詳勘報告成果進行，避免可研勘探及詳勘存在矛盾時出現(xiàn)顛覆性結(jié)果；②試驗樁最好根據(jù)類似項目提供試驗極限承載力建議值，以便現(xiàn)場實施；③選取試驗樁應(yīng)具有代表性；④樁基檢測單位未深刻理解設(shè)計試驗樁檢測目的及要求也是造成未達設(shè)計試樁目的的原因之一，因此，選擇合適的檢測單位是必須的。

4.4 合理選擇持力層是樁基設(shè)計及施工可行性及經(jīng)濟性的重要一環(huán)

如上所述，管樁持力層為砂層時，其入土樁長普遍未達設(shè)計要求即已收錘，經(jīng)統(tǒng)計，外露長度平均可達2m，最長達6m。

（1）主要問題及原因分析。①本場地部分地區(qū)含有深厚中密～密實砂層，最大層厚約15m。場地地下水豐富，砂層處于飽和狀態(tài)，隨著管樁壓力的增加，砂層逐漸密實，沉樁砂層產(chǎn)生的超孔隙水壓力或砂層的“尖頂尖”效應(yīng)使施工幾乎無法繼續(xù)進行，當沖擊力達到管樁極限承載力時，管樁破裂；②因項目實施前期尚未實施檢測，現(xiàn)場施工人員不敢貿(mào)然終錘，只能繼續(xù)施打以確保樁端進入設(shè)計持力層，但往往隨著錘擊數(shù)的增加，其出現(xiàn)爆頭、樁身斷裂的概率顯著增加，管樁損耗率較高；③上述設(shè)計試驗樁代表性不足以及實際地質(zhì)情況與地勘資料偏差較大也是造成持力層選擇不合理的原因。

（2）采取措施。①根據(jù)現(xiàn)場施工、試驗樁實施情況及類似工程經(jīng)驗，并經(jīng)業(yè)主組織的勘探設(shè)計施工專家咨詢會，就持力層達成一致意見，同意砂層可作為樁端持力層；②樁端持力層為砂時，若貫入度仍未達到中止錘擊標準，可暫停錘擊，并在12h后復(fù)打，直至滿足錘擊條件。

（3）經(jīng)驗反饋。①目前密實砂層作為持力層的應(yīng)用也較為普遍，持力層選擇時應(yīng)綜合場地地質(zhì)、試驗樁情況及類似工程綜合確定，杜絕一味追求風化巖作為持力層，以避免施工時硬性增加錘擊數(shù)，而使管樁擊壞，造成不必要的浪費；②應(yīng)確保地勘報告的準確度；③后續(xù)樁基施工時應(yīng)預(yù)留試樁窗口時間，選取典型地質(zhì)條件進行試樁，以便有利于現(xiàn)場設(shè)計優(yōu)化。

4.5 合理確定樁錘設(shè)備是技術(shù)可行性的有力保障

（1）主要問題及原因分析。①經(jīng)統(tǒng)計分析，本工程未達收錘的管樁主要是80錘占95%，且其入土深度均達到20m以上，說明80錘對于本工程并不具有良好的適應(yīng)性；②在工程實施初期，對于樁錘的選擇，雖經(jīng)過初步計算推薦選取62、72錘，但限于工程基地的特殊性，2臺80錘設(shè)備已進場。因此，工程施工時仍選取了80錘，是導(dǎo)致未收錘的原因之一。

（2）采取措施。工程實施中期，在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合檢測成果，調(diào)整了樁錘設(shè)備，退場了1臺80錘，后續(xù)未收錘現(xiàn)象得到了根本改善。且管樁入土14、15m即能夠滿足收錘標準要求，減少了接樁工作，提高了施工效率及質(zhì)量。

（3）經(jīng)驗反饋。①一般重錘施工效率相對而言較高，但不能一味片面追求施工速度而忽視了收錘的可操作性。需綜合進度、質(zhì)量、經(jīng)濟等多因素進行綜合確定，避免選錘過大造成入土樁長過長造成經(jīng)濟上的浪費；②根據(jù)錘重與樁重的比例來進一步選錘，一般土質(zhì)情況下，柴油錘沖擊體重量與成樁樁重之比可取0.5，若軟土較厚，可取0.4；③施工前應(yīng)進行試樁，以合理確定施工設(shè)備。

4.6 合理確定收錘標準是工程質(zhì)量可靠性的重要影響因素

在施工初期，收錘標準為最后三陣貫入度為10～20mm/陣，收錘標準過嚴，造成爆頭、外露長度超過控制值。盲目追求貫入度的做法是不科學(xué)的，它不僅浪費人力、物力，還會使本來合格的工程樁因錘擊數(shù)過多而破壞，延誤工程進度，造成巨大浪費。

（1）主要問題及原因分析。①由于地質(zhì)條件不同，樁穿過的有人工素填土、粉土、砂、風化巖等；樁端持力層有細砂、礫質(zhì)黏土層、強風化巖等；樁長相差可達1倍，樁重不同要求錘擊能量必然不同；柴油錘類型不同，重打與輕擊貫入度必然不同；地層持力層標高起伏及施工機械不同，要求統(tǒng)一的收錘標準顯然不合理，且該收錘標準較高，這也是造成斷樁以及未收錘的重要原因；②試驗樁樁端持力層為粉砂層，但場地地質(zhì)條件較為復(fù)雜，與詳勘結(jié)論及推薦持力層不匹配，由試驗樁得出的收錘標準作為正式施工依據(jù)并不具有普適性；③施工初期，因業(yè)主施工進度限值且未及時組織工程樁檢測，除試驗樁檢測成果外無其他設(shè)計反饋輸入，導(dǎo)致部分管樁外露長度達不到要求；④沉樁設(shè)備不適應(yīng)。

（2）采取的措施。①第一棟廠房成樁完畢后，安排檢測單位進場檢測，對于質(zhì)量有異議及未收錘且最后貫入度較大的樁進行了檢測，檢測結(jié)果較好。以檢測結(jié)果作為輸入，按照分類控制原則，對不同樁錘，不同地質(zhì)條件下的收錘標準進行了優(yōu)化，如沖擊體質(zhì)量為7.2他時沖程為1.8m，收錘標準為40～60mm/陣，80錘沖程1.5m，收錘標準為50～80mm/陣；②嚴格執(zhí)行重錘輕擊原則；③調(diào)整樁錘，退場了1臺80錘，后續(xù)未收錘現(xiàn)象得到了根本改善。

（3）經(jīng)驗反饋。①關(guān)于沉樁收錘標準，肖燕[1]利用HiLLey公式確定PHC樁收錘標準進行了初探，本工程實施初期，現(xiàn)場技術(shù)人員經(jīng)過大量文獻的查閱，參照上述成果進行了初探，利用福建、江浙一帶經(jīng)驗打樁公式對收錘標準進行了計算，公式如下：

計算結(jié)果如表1所示。該計算結(jié)果為設(shè)計優(yōu)化提供了一定的參考。

表1 貫入度計算結(jié)果

②由于樁長樁重不同、錘重錘輕、重擊輕打、上層不同、送樁與否等問題，貫入度存在較大差異，必須通過試打樁即打規(guī)定數(shù)量且有代表性的樁并做靜載荷試驗或高低應(yīng)變試驗來確定單樁豎向承載力，同時確定打樁施工參數(shù)和工藝，經(jīng)設(shè)計人員對設(shè)計參數(shù)調(diào)整或驗證后方可進行正式樁基施工，否則待全部工程樁打完后再做靜載荷抽檢，隱患較大；③打樁時控制性技術(shù)指標和收錘標準必須結(jié)合具體的地質(zhì)條件、錘重、樁長、樁基受力類型確定。在樁基施工中一定要具體問題具體分析，不能認為打樁收錘時一定要全部達到這些目標不可，應(yīng)突出重點，抓住主要矛盾兼顧其他。一味強調(diào)滿足兩項指標往往反而對保證施工質(zhì)量不利；④收錘標準達不到預(yù)期要求，則宜考慮降低承載力標準值而采取加樁或補樁等措施。

5 成樁質(zhì)量檢測及實施效果

（1）檢測樁位選取原則。考慮本工程復(fù)雜性，按照檢測技術(shù)規(guī)范及設(shè)計要求并根據(jù)現(xiàn)場施工記錄，對典型區(qū)段及質(zhì)量存疑的管樁進行了檢測。檢測樁位選取原則：①靜載試驗。未收錘選取入土樁長最短樁，已收錘樁長最短樁（持力層類似），力求各樁端持力全覆蓋，每種選取2～3根樁。②按照規(guī)范及設(shè)計要求，選取30%樁位，每承臺至少一根樁，對施工過程中存疑的樁位。③進行了部分高應(yīng)變的樁位。④進行了極限載荷試驗的部分短樁[2]。

（2）檢測結(jié)果。①本工程共抽841根樁（占總樁數(shù)的35%）采用低應(yīng)變動力檢測反射波法進行檢測，檢測的841根樁，實測縱波波形曲線規(guī)律性較好。經(jīng)統(tǒng)計，樁身結(jié)構(gòu)完整（I類）占91%，輕微缺陷（II類）占8%，Ⅲ類樁占2%，Ⅳ類樁僅1根且根部缺陷位于樁頂標高以上。對于Ⅲ、Ⅳ類樁，在同承臺進行了擴大檢測，檢測結(jié)果為II類及以上樁。并通過補樁、灌芯等工藝進行了處理；②共抽53根樁（占總樁數(shù)的2.5%）進行工程樁靜載檢測。Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，最大沉降量滿足要求；③共抽3根樁進行了極限載荷試驗，樁長分別為11m、13m及20m，檢測結(jié)果表明其特征值最低滿足1800kN的要求[3]。

6 結(jié)束語

綜上，從施工工藝角度來看，預(yù)制樁施工較為成熟，工藝并不復(fù)雜。但因質(zhì)量控制標準較多，且各標準之間存在一定的聯(lián)系。在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工時，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)因素、樁身質(zhì)量因素、勘察設(shè)計因素、施工技術(shù)和施工管理方面的影響因素，這些因素通常都會影響施工質(zhì)量。為了保證施工質(zhì)量安全可靠，應(yīng)按照系統(tǒng)理論，加強EC協(xié)同，采用施工過程控制方法，綜合分析影響施工質(zhì)量的因素及機理，并根據(jù)工程實際有針對性地預(yù)防并采取相應(yīng)措施。為了避免出現(xiàn)質(zhì)量事故或安全隱患，應(yīng)嚴格執(zhí)行相關(guān)標準、規(guī)范，及時進行各種實驗、監(jiān)測、檢測工作，嚴格控制施工的全部過程，確保樁基礎(chǔ)質(zhì)量及周圍環(huán)境的安全。