水上沉PHC桩防断桩施工技术分析
摘 要：宁波镇海某新建码头工程，为高桩梁板式结构，桩基采用预制PHC桩。本文基于该工程中码头平台水上沉PHC桩频繁断桩情况，论述了水上沉PHC桩断桩分析、相应的提升措施及施工工艺的创新升级，旨在为今后的同类型工程提供相关经验。 关键词：高桩码头、PHC桩、断桩王士伟
1 前言
水上沉桩作为高桩码头施工重要分项工程影响着整个码头施工进度，对码头上部结构施工全过程质量控制及后期上部荷载对码头结构安全性、耐久性具有极大影响。PHC桩作为水上沉桩较为常见的桩型，因其节约成本，耐久性好等性能，常常作为首选桩型。
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调节板某新建码头工程，水上沉PHC桩共414根，该处地质条件复杂，施工质量与安全隐患较多。码头平台施工前，对该区域水上沉桩试沉桩4根，其中发生2根断桩，断桩率高达50%。因此对码头平台区域断桩情况进行分析，并对设计桩型进行调整，优化施工工艺，确保本工程沉桩施工顺利开展。 邓福德2 工程概况及自然条件
2.1 工程概况
本新建码头位于宁波镇海。本工程分为引桥和码头平台两部分。其中引桥长度1200米，其中水上段845米，共计48个排架，150根PHC桩。引桥桩长58米，直径800mm；
码头平台长度312米，宽度21米，共计42个排架，264根PHC桩。结构型式为高桩梁板式结构，采用桩基与倒T型现浇横梁直接连接，横梁上搁置预制纵梁，纵横梁不等高，面板采用叠合板。码头平台宽21m，排架间距8m, 每榀普通排架下布置有6根Φ800mmPHC桩，其中2对叉桩、2根斜桩。码头桩长62米到70米不等，直径800mm。
本工程PHC管桩，由钢桩靴及混凝土桩身组成。钢桩靴长度2米，包含肋板、端板、套筒三部分。先张法预应力混凝土管桩采用直径800mmB型，强度等级为C80。钢桩靴全部采用角焊缝。混凝土桩身壁厚110mm。 桩靴结构图如下：
2.2 自然地质条件
本工程施工期为11月-12月，冬季受冷空气影响，8级及以上大风频繁，浪高较高。工程海域是金塘水道和杭州湾之间的潮汐通道；涨潮时，外海潮波经过舟山本岛和宁波穿山半岛之间的的螺头水道和横水洋，进入金塘水道，随后出金塘水道西口，向西北方向传递进入灰鳖洋，进而上溯至杭州湾；落潮时，沿涨潮流原路返回东海。这构成了本测区涨、落潮流较为明显的往复流路由。各垂线的流路相对集中，往复流特征明显。最大落潮流速可达1.53m/s。
本工程海域地形总体上为西高东低，西部边滩沿岸等深线基本与岸线平行，岸滩断面地形分带明显，由潮间带滩地、水下斜坡和海床三部分组成。工程海域的海床整体宽阔平坦，高程-6～-12m，海域东部和南部潮流冲刷槽发育显著，其中金塘水道窄而深，平均高程-5
0m，最低高程可达-110m。通过金塘水道连接外海域，形成自金塘水道至杭州湾内的潮汐通道。海域宽度自北仑山附近的5km放宽至镇海澥浦的21km，放宽率约为1:1，平面形态呈喇叭状。
3 断桩分析及控制要点
3.1 发生问题
某日，项目打桩船陆续进行了码头部分四根Φ800mmPHC桩试沉桩施工，桩锤为D-100，吊桩采用六点吊。两根仰桩完好，两根俯桩断裂。
3.2 原因分析
（1）对预制PHC桩的本身质量进行检查
对于当日沉的四根PHC桩，首先检查桩基的合格证，同时对PHC桩出场前的各项检测报告进行检查。包括：桩身混凝土留置试块的抗压强度、钢结构渗透检测、PHC桩的小应变检测以及各项原材料合格证及抽检试验报告。同时对该批次其他桩基重新进行系统检查验收。 种植牙周围的组织重建包括PHC桩相关尺寸是否和图纸相对应，包括桩长，外径，内径，壁厚，桩靴长度等尺寸，并核对检测结果是否满足允许偏差。核对现场桩与合格证是否相符。外观检查，无蜂窝、露筋、裂缝，感均匀，内表面混凝土无塌落。通过检查，排除了制桩和起吊运输影响断桩的可能性。
（2）检查施工过程中船机设备运行情况
通过对当日天气情况、涨落潮水动态、沉桩期间的潮位进行调查以及对船上施工人员进行走访，确认沉桩当日潮水情况正常，船机设备沉桩期间无异常，未发生走锚情况。同时对沉桩GPS数据进行分析，确认外部环境导致发生断桩的可能较小。
（3）对沉桩施工数据进行核查
首先对该日沉桩记录进行汇总，对相关桩基的施工参数进行对比，包括：相应的桩长、设计桩顶标高，实际桩顶标高，斜率、泥面标高、入土深度、最终贯入度、设计桩尖标高、实际桩尖标高、出场日期、制作日期、桩垫材料及厚度、桩的锤型、替打长度等数据。
（4）沉桩期间拉应力验算
桩裂损的产生，除了制造和起吊运输上的原因以外，主要是由于沉桩过程打桩应力超
过了桩的允许应力所造成。
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对预应力混凝土管桩，锤击沉桩拉应力验算应满足下式要求:
其中为锤击拉应力分项系数，取1.15为锤击拉应力的标准值，可通过沉桩期间全过程检测进行检测并得出实际标准值。为管桩混凝土轴心抗拉强度设计值，C80混凝土轴心抗拉强度设计值=2.22 MPa，为管桩混凝土有效预压应力值，可通过《水运工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程》（JTS167-8-2013）《附录A常用PHC管桩型号、规格和力学性能》取值。
通过计算，并根据补沉桩期间的锤击拉应力标准值的检测，得出水上沉俯桩期间锤击拉应力标准值过大，从而导致混凝土裂损，进而致使PHC桩断裂。
根据公司水上沉PHC桩长期施工经验，从而推断PHC桩断桩的可能为桩基长细比过大。预
应力PHC桩的长径比：摩擦桩不大于100，端承桩不大于80。根据计算本工程最大PHC桩长径比为87.5。虽然本工程PHC桩为摩擦桩，但考虑施工区域地质条件中第二层土质为黏质粉土，层厚7.5m，饱和，为冲海相沉积的粉土。标贯击数12~15击。通过桩身自重及桩帽、桩锤自重（共计约63t）桩尖无法穿透，需要在此层开始空锤击打。因锤击时桩身自由长度太长，挠度过大，或造成桩身破坏。
3.3 防断桩控制措施
（1）沉桩前要对预制预应力PHC桩桩身混凝土强度进行检查，可通过检查出场前合格证及桩身混凝土留置试块的抗压强度。同时对预制桩的龄期进行检查，采用自然养护的，桩的龄期不得少于28天，当采取早强措施时，经论证，自然养护龄期可适当减少。因近海码头预应力PHC桩使用桩长度普遍较长，多为分节预制再进行拼接。拼接处一般最容易发生断裂，故出厂前，需对PHC桩桩身完整性及焊接质量进行检查。桩身完整性可通过小应变检测进行测量，焊接质量可通过包括超声波探伤、渗透检测等多种检测手段进行检测。确保所沉PHC桩桩基质量符合规范要求。
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