小型PHC管桩在东灶新河套闸工程中的应用

汤小建 姜圣军

(南通市通州水利建设工程有限公司，江苏南通 226300)

1 工程概况

东灶新河套闸工程净宽为16m，参照Ⅲ级船闸，设计排涝流量180m3/s。由于套闸工程位于新围垦区内，地基沉降量大，需要进行地基处理，设计对上下闸首以及下游导航翼墙、挡墙基础采用30cm小型预应力管桩基础，单桩承载力为 250kN，复合地基承载力为170kPa，桩间间距为120cm以及160cm(通航孔底板处)，PHC管桩长7m，管桩数量为8499根。

2 施工方法

2.1 PHC桩的采购

本工程 PHC管桩数量大，桩长为7m，桩径为φ30cm，桩制作持续时间长，由于管桩桩径较小，市场上生产30cm管桩单位较少，生产7m长桩的设备少，为此经考察南通附近多个厂家后将生产任务委托具有专业资质的厂家进行制作，经业主、监理单位考察后该厂生产的管桩质量较好，生产时将其他分厂的预制设备调入南通分厂进行生产，确保了施工进度。管桩在厂内经蒸养达到强度后，通过平板车运送至施工现场。

管桩吊运采用专用的U形卡具，装车后，用钢丝绳固定，并用手动葫芦将钢丝绳张紧，同时设置防止滚动的楔形块。现场堆放选择坚实的场地，底部设置木棱，堆高不能超过3层。

2.2 现场施工准备

管桩闸首段设计底标高为－7.65m，下游导航墙、挡墙设计底标高为－5.3m，现状地面为0.5m;开挖深度(8m以及6m)较深，一次性开挖到设计位置不利于静压管桩机械的施工，静压桩机自重大，要求地基承载力不低于140kN/m2。如何满足静压桩机的地基承载力要求高的特点是水利工程管桩施工的重点、难点，一是要考虑桩基施工方便，二是要经济节约，减少工程成本。为此，依据水利工程结构特点、合同工期及场地具体情况，经过综合考虑，统筹规划，PC桩基施打高程拟定为闸首－6.2m，导航墙－4.0m，上部土方利用水力冲挖机组进行开挖。开挖面与设计桩顶的土方作为保护层土方，部分软弱地段将部分软土挖除，表层填干燥的砂土，利用挖掘机来回碾压将土层中的水分挤压出来。经3～4遍的挤水作业，土层的承载力可满足静压桩机施工需要。在管桩施工后利用挖机开挖保护层土方至桩顶，人工清理出桩头。由于基坑开挖较深，静压桩机地基要求高，必须对基坑开挖面进行强降水措施，采用南通沿海地区成熟的无砂混凝土管井技术降低地下水位，在土方开挖前于基坑上口边坡设置间距20m(导航墙处25m)、井深20m的无砂混凝土管井将水位降至施工工作面以下50cm，同时沿桩机施工区域向外2m开挖宽1m、深70cm左右的明沟进行边坡夹心黏土层的渗水，平时安排专人进行抽水以及疏通排水沟;闸塘边坡利用黑色聚丙烯编织土工布进行防护，防止雨水冲刷。

2.3 管桩施工顺序

先施工闸首管桩，在闸首管桩施工完成后进行导航墙管桩的施工，闸首沉桩施工的主导流向为:从中间向两侧施打，避免边上桩施工挤压土质而影响中间桩不易施工。

下游导航墙施工主导流向为:从南向北施工，内侧向外侧分段逐步后退法进行施工。

下图为预应力管桩施工顺序示意图。

预应力管桩施工顺序示意图

2.4 管桩施工流程

场地平整→桩位放样→桩机就位→管桩起吊、夹桩→对桩位→调整垂直度→压桩→利用管桩进行送桩→测量控制、送桩到位→验收→移机继续下根桩施工。

2.4.1 测量工程

对设计文件所提供的测控平面和高程控制网点进行现场踏勘交接点位，在此基础上，根据施工要求扩展平面和高程控制网点。平面控制网点利用GPS定位，高程控制网点按三等水准测量要求接引。

对已建的测量控制点加以保护，施工过程中定期、经常检测，及时纠偏。随着施工的进度，控制点移位须及时校核，已建部分相互之间校核，尽早发现问题，尽早改正。测量定出桩位后，用红竹筷打入土中，留出地面5cm，防止桩机大小船挤掉桩位同时又保证桩位的确认，防止错、漏桩。压桩时利用预先制作的圆形彩钢瓦在地面划出桩位圆圈，桩基施工中对部分软弱地段利用经纬仪随时校核桩位，对施工好的桩顶高程进行复核，保证桩顶高程满足规范要求。

2.4.2 试桩

为大规模沉桩施工提供依据，根据设计要求先进行了试桩，本工程为摩擦桩，压桩控制按照设计桩长进行，试桩位置选择在闸首基础内，按设计桩长试压3根桩，在试桩过程中全程跟踪检测，通过对桩基初、复打试验，待停置24h后，用与桩的设计极限承载力相等的终压力复压，桩机复压承载力大于设计要求值，确认桩基承载力大于设计值，桩身稳定，按试桩的数据经设计单位确认后进行施工数据的控制，施工时管桩顶高程必须满足设计需要，防止对闸底板钢筋产生影响。

2.4.3 沉桩定位

沉桩定位采用2台经纬仪和1台水准仪控制。由于本工程需要送桩，静压桩机可以利用管桩进行送桩。沉桩前在送桩杆上画上刻度，以便沉桩控制使用。沉桩控制原则:以标高控制为主，压桩吨位控制作参考。

2.4.4 施工机器配置

为减少施工时的噪音污染，管桩施工采用静力压桩法，选用抱压式静压桩机，采用双夹持器，较长的夹具可以更有效地保证桩身的垂直度，可在不增加夹桩力的情况下增大摩擦力，减小对桩身的侧压力。配备1台套400t静压打桩设备，同时配备1台25t吊机，进行管桩的现场下桩。

2.4.5 桩基施工

在每个设计单元块中，沿纵向轴线为中心向两侧方向施打，对基础标高不一的桩，先深后浅，尽可能使土层做到挤密均匀。

根据基准点进行放样，将轴线控制点引出场地之外6～8m，做好测量控制网建立工作，然后根据控制线和设计图纸桩位尺寸放出每一根桩的桩位，施工过程中应经常复核桩位，防止因施工等原因造成桩位位移。

压桩机就位。桩机移至桩位位置，将桩机调平，用机上吊车吊起管桩徐徐插入桩机的夹持器内，当管桩下端离地面20cm时，逐渐抱紧夹持器，夹桩压力不大于5MPa，并应逐次加压。使管桩中心对准桩位中心，根据工程实际情况采用无桩尖的压桩。

桩插入时根据机上水平仪调节器平机台，采用经纬仪在两个垂直方向进行校测，监控桩身垂直度，其偏差不大于0.15%。若桩身垂直度偏大，须拔出重新插桩，并根据经纬仪指示调节机身水平度使桩身垂直;现场技术员需对压桩过程全过程控制，以保证桩的垂直度。

压桩时随时注意桩身和压力表的变化情况，当遇有压力值突然下降、沉降量突然增大、桩身突然倾斜、桩身混凝土破碎、地面明显隆起及邻桩上浮或位移过大等情况时应暂停压桩，及时与设计、监理等有关人员一起分析原因，采取有效措施后再继续施工。每根桩应一次连续施工完毕，中途不得无故中断。

施工过程中对发现的断桩或桩头有缺陷的桩作废桩处理，重新换桩进行施工。

在桩打至距地面80～100cm后停止静压，在桩头上套上送桩管桩，桩与送桩管的纵横轴线保持在同一直线上，并在同一班次内沉到设计标高。标高控制利用架设水准仪引测高程控制点，通过观测送桩管上的刻度线进行高程控制。桩顶标高用水准仪控制:桩顶标高=水准点高程+仪器高度(读尺)—桩垫木厚—送桩杆读尺数。本工程桩基设计属摩擦端承桩，沉桩以设计桩尖标高控制为主，标高以最后压桩压力双控为原则。

在送桩管桩上标注尺寸，使桩顶标高控制在－20～+20mm之间。同时打桩过程中对桩的斜度、位置跟踪测量，打桩平面位置控制偏差小于50mm。

做好打桩记录，静压时间、次数等一一注明。

3 桩身质量检测

在桩顶土方开挖后对桩身质量进行检测，为防止机械破坏桩头，桩顶土方留设保护层由人工清除，对管桩中间的孔利用砂土填塞密实，按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)以及《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2003)要求进行承载力试验，试桩静载按各部位1%总桩数量、小应变按10%总桩数量进行检测，经工程质量检测部门检测:上闸首273号、282号、509号、500号、683号、1058号、120号单桩承载力实测值取500kN，单桩特征值取250kN;单桩复合地基1250号、1046号、920号、868号、766号、454号、229号复合地基相对变形12mm，对应荷载大于340kPa，单桩复合地基承载力特征值取170kPa;各桩的小应变检测符合规范要求，桩身无缺陷。

4 质量控制

严格按设计要求采购合格的管材，按规范要求施工，确保施工质量达到合格。

接到正式图纸后，组织工程技术人员认真阅读图纸明确设计意图，详细了解施工区域的地质情况与设计要求，并做好施工图自审和技术会审工作。

熟悉施工规范、规程，掌握施工技术标准，并在施工前组织全体施工人员进行详细技术交底，作好记录和会签。

所有测量仪器以及桩机仪器设备都必须经计量部门鉴定合格后，方可使用，并统一计量标准。

接到试桩通知后应立即做好施工打桩准备，试打桩时应做好详细试桩记录，交有关单位签字盖章，并确定工程桩的施工控制标准与方法。

现场质检员或记录员，在打桩前会同建设、监理等有关单位人员共同作好管桩的预检工作，检查内容包括:混凝土预应力管桩外径、壁厚、法兰是否露筋裂缝等，检查后应及时准确作好原始记录，对不符合要求的桩管严禁用于工程部位。

为了明确反映每根桩的沉桩情况，每根桩的静压压力、垂直度、最后压桩的压力及主要技术参数必须由专人记录。

打桩时遇到下列情况应停打:贯入度突变很大;桩身突然倾斜;桩身严重破碎或主筋外露、裂缝。需及时查询原因并与设计、监理等有关单位联系进行研究处理。

5 结语

江苏沿江海水利工程一般采用沉管灌注桩以及水泥深搅桩进行地基处理，这两种方案试桩以及强度达到龄期时间较长，对施工进度影响较大，环境污染也大;而预应力管桩在土建工程以及港口工程中使用较广泛，其具有施工时噪音小、速度快、可24h作业的特点。该工程通过地基加固预应力管桩的应用，加快了施工进度，保证了桩基施工质量，为套闸能够顺利完工打下了良好的基础。预应力管桩在复合地基处理的成功应用，也为南通地区沿海围堤工程水闸和船闸基础处理提供了很好的借鉴作用。■