海上长桥PHC桩裂缝原因分析

刘 开 雄

(湖北 汉川 431600)



海上长桥PHC桩裂缝原因分析

刘 开 雄

(湖北 汉川 431600)

介绍了PHC桩的设计标准及施工控制程序，结合具体工程，论述了某跨海大桥PHC桩的施工情况，并对施工中出现的质量病害原因进行了分析，以提高PHC桩的施工质量。

跨海大桥，PHC桩，裂缝

1 工程概况

某跨海大桥位于我国黄海海域，是一座连接人工吹填岛屿与大陆的通道，桥梁全长10.05 km，桥宽11.5 m，车行道净宽9 m，两侧各1.25 m综合管线通道。桥梁根据潮汐潮位情况分为浅水段和深水段两个不同区段施工。浅水段为φ1.5 m钻孔桩基础，又柱式门架墩，30 m跨连续箱梁，深水段为C型φ800 mm PHC桩基础，圆形承台实体墩身，40 m跨连续箱梁。

1.1 工程结构形式介绍

某跨海大桥总长10.05 km，其中深水区段桥长3 960 m，共有99跨，跨度为40 m预制箱梁结构，桥梁基础采用6根(一、二期工程桥台为16根)C型φ800 mm PHC管桩，共计604根，桩长为52.5 m～61.5 m。φ800 mm PHC管桩开始施工后一个半月由于沉桩出现裂纹、破裂等现象，由此桥梁基础由6根φ800 mm变更为5根φ1 000 mm。设计施工变更后改为φ1 000 mm，φ1 000 mm PHC管桩剩420根(桩长为39 m～57 m)，总计520根PHC管桩，桩基斜率均为6∶1。

1.2 水文、气象条件

最高高潮位8.42 m；最低低潮位0.21 m；平均高潮位6.07 m；平均低潮位1.46 m；平均潮差4.61 m；最大潮差8.08 m；最小潮差 1.79 m；平均海面 3.93 m。

据大桥所在的气象局对工程区域的气象资料统计，近两年以来，不小于7级风的天数比例达到69.5%，不小于8级风的天数比例达到38.6%。

1.3 地质条件

大桥施工区域的地质以砂性土为主，粉砂与淤泥质粉砂交互层。土层的标贯击数较大，地质勘察资料显示，不少地段在-35 m处就存在标贯击数N>40的情况，PHC桩穿越粉砂土层，粉砂土层标贯击数较大(N=30～50)。PHC管桩主要技术性能表见表1。

表1 PHC管桩主要技术性能表

2 PHC桩设计简介

管桩施工设计控制标准采用D128柴油锤施打，并一档开锤，当桩基贯入度较小后改为二档连续锤击。沉桩以贯入度控制，设计标高校核，具体停锤标准如下：

1)当贯入度达到6 mm(柴油锤以二档锤击沉桩，30锤的平均贯入度)，且桩底标高与设计标高的距离不大于1.5 m时，即可停锤；2)当贯入度达到6 mm(柴油锤以二档锤击沉桩，30锤的平均贯入度)，而桩底未达到设计标高，与设计标高的距离大于1.5 m且小于3 m时，需继续锤击30锤，贯入度仍为6 mm时方可停锤；3)当桩底达到设计标高，而贯入度大于6 mm(柴油锤以二档锤击沉桩，30锤的平均贯入度)时，需停止锤击，并将停锤时的平均贯入度(柴油锤以二档锤击沉桩，30锤的平均贯入度)及时报给监理、业主及设计院。

3 施工控制程序

大桥施工控制按PHC桩施工流程图进行质量控制(见图1)。

4 PHC桩施工情况

4.1 施工进展情况

大桥PHC管桩预制及防腐涂层施工均是在管桩厂进行。第一根PHC管桩正式施打后一个半月，由于沉桩出现裂纹、破裂等现象暂停施工。设计施工图后改为φ1 000 mm，已完成φ800 mm管桩115根(其中补桩15根)，φ1 000 mm管桩363根(其中补桩9根)，共施工完成478根(为全部完成施工任务，还剩φ1 000 mm管桩66根)。

4.2 打桩设备性能及施工情况

PHC管桩施打总共采用了三艘打桩船，三艘打桩船施工情况如下：金祥3号打桩船，桩锤为D128柴油锤，沉桩φ800 mm管桩115根(其中补桩15根)，φ1 000 mm管桩180根；打桩19号打桩船，桩锤为D125柴油锤，沉桩φ1 000 mm管桩60根；航工桩7号打桩船，桩锤为D138柴油锤，φ1 000 mm管桩123根(见表2，表3)。

表2 打桩船主要技术性能参数表

表3 桩锤主要技术性能参数表

4.3 PHC桩检测情况

按设计要求，施工单位委托有资质的工程检测有限公司对PHC管桩进行低应变桩基完整性检测和高应变桩基承载力检测，设计要求100%对PHC桩低应变检测，检测情况如下：低应变检测308根，除4根φ800 mm管桩有裂缝补桩外，其余桩身完整，均为Ⅰ类桩，施工完成的PHC桩全部检测为Ⅰ类桩；高应变检测43根，桩身全部完整，为Ⅰ类桩，满足设计承载力要求。

5 PHC桩裂缝情况

5.1 PHC桩裂缝情况简述

PHC管桩施打后发现有不同程度的平行于桩轴线的竖向裂缝，据检查统计，施沉的84个墩476根PHC管桩中已经发现26根在+3.0 m(低水位线)左右有裂缝，低水位水面以上长度1.0 m～3.0 m左右，部分延伸到水位线以下(其长度无法测量)，初步观察部分为内外贯穿裂缝，其最大宽度达3.0 mm左右，裂缝处混凝土有崩裂掉块现象，个别管桩裂缝处有锈水流出,这些管桩大多已经进行低应变检测并判定为Ⅰ类桩。

5.2 裂缝PHC桩统计

施工单位汇同监理单位对已施沉的84个墩478根PHC管桩逐一进行全面排查，发现共有26根PHC桩出现宽度和长度大小不等裂缝。

6 PHC桩裂缝原因分析

6.1 自然条件因素

大桥PHC打入桩施工区域位于无遮掩的外海，海况环境十分恶劣，常年风大浪高，而且潮差也大，这对打入桩的施工影响极大。施工期间气象资料统计风力大于7级风的天数比例达到56.9%，大于8级风的天数比例达到 32.04%；海浪浪高大于1.0 m浪高天数比例达97.0%，大于1.5 m浪高天数比例达58.7%，大于2.0 m浪高天数比例达24.3%。天气气象统计情况如表4所示。

6.2 地质条件因素

大桥施工区域的地质以砂性土为主，地质复杂且变化大。土层的标贯击数较大(持力层的标贯击数N=30～50)，为板砂致密层，不少地段在-35 m处就存在标贯击数N>40的情况，导致管桩沉入困难，强行锤击易造成桩身裂纹、桩头破损。总计沉桩478根，其中φ800 PHC管桩115根，φ1 000 PHC管桩363根，打桩情况统计如表5所示。

表4 天气情况统计表

表5 打桩情况统计表

6.3 预制工艺缺陷

PHC桩引用国外预制工艺，在工厂标准化预制成形，施工条件好，本身质量容易控制；但是，由于其预制过程采用离心高速旋转成形工艺，断面上径向混凝土分布不均匀，也就是同一断面上外侧粗骨料多，内侧浮浆多。桩长39.0 m较长,离心过程中钢筋笼容易偏位，钢筋保护层不均匀，沉桩过程中容易造成应力集中而开裂。

6.4 PHC桩规范原因

PHC桩技术引进时只有小直径管桩，后经国内技术创新后才有了现在的φ1 000和φ1 200 PHC管桩。PHC管桩虽然由800直径增大到1 000直径，在预应力主筋数量和有效压应力水平方面形成系列化，轴向承载力增强，但是其构造箍筋的大小和间距并没有做相应的调整，因此在PHC管桩弧度变大的情况下刚度没有加强，使得大管径PHC桩的环向约束能力降低。

6.5 锤击冲击波拉应力

据研究，桩顶受冲击时，桩身产生振动，振动波会以很快的速度向下传递，瞬时又会以压应力和拉应力波向上反射。锤击过程中，桩尖阻力越大，在强大锤击压力作用下，桩尖反射应力波也非常大，桩身法向拉应力超过了桩身混凝土抗拉强度导致管壁出现竖向开裂。

7 结语

通过前述PHC桩裂缝产生的原因针对性的采取预防措施进行施工效果对比总结，总体上可以控制PHC桩在海上超长桥梁基础中的质量问题。在今后其他同类工程施工中应多观察、多分析、多总结，结合多种预防处理措施进行施工，PHC桩在桥梁基础上应该可以得到更大的应用。

Cause analysis of cracking for PHC piles in offshore long bridge

Liu Kaixiong

(Hanchuan431600,China)

The paper introduces PHC pile design standards and construction control procedures, discusses PHC pile construction conditions of the sea-crossing bridge, and analyzes construction quality disease causes, with a view to improve PHC pile construction quality.

sea-crossing bridge, PHC pile, cracks

1009-6825(2015)18-0181-02

2015-04-18

刘开雄(1972- )，男，工程师

U445.7

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