小型PHC管桩在水闸工程中的应用

廖会文

小型PHC管桩在水闸工程中的应用

廖会文

（江西省水利水电建设有限公司，江西 南昌 330000）

由于水闸工程工作环境较为严峻，面临着较大的冲刷和渗透破坏风险，因此对于地基处理要求有着更为严格的要求。鉴于PHC管桩在地基处理中的优异性能，因此在水闸工程中得到了越来越多的应用。文章主要从设计、施工、质量控制和常见问题及处置方面系统介绍了小型PHC管桩在水闸工程中的应用，希望对于未来设计和施工提供一定的技术和施工经验。

小型PHC管桩；水闸工程；静压沉桩

随着科学技术的发展，新的水利设施尤其是水闸在小型水利结构中得到了较多的应用。由于地质条件的复杂，对于地基处理要求较高，鉴于其抗压、抗压强度大、抗击打性能和贯入度好、质量稳定可靠、搭配灵活、施工速度快等突出优点，在水利设施尤其是水闸建设和加固过程中得到了越来越多的应用，深受广大施工和设计人员的青睐，在水利设施中得到较大的发展。

对于PHC管桩在水闸工程中的应用，本文从设计、施工、质量控制和常见问题及处理方面，进行了系统的介绍，以期对于未来类似工程提供可借鉴的理论和经验支持。

1 工程PHC管桩设计分析

PHC桩的竖向承载力主要是按照桩身而定强度而设计，主要通过现场荷载试验确定，与管桩外径、壁厚和混凝土强度有较大的关系。桩基示意图如图1所示。

根据《预应力管桩基础技术规程》（JGJ94-94），单桩承载力计算公式为：

式中，Ra—承载力特征值，kN；Ra—桩周土摩擦力调整系数；Us—桩身周长，m；qsin—桩周土摩擦力特征值，kN/m2；Li—各土层划分的各段桩长，m；Rp—桩端土承载力调整系数；qp—桩端土承载力特征值，kN/m2；Ap—桩身横截面积，m2。

图1 PHC桩基组成示意图

鉴于PHC桩基竖向承载力设计值多是低于3500kN，因此对于其承载能力的测定多是通过静载试验进行确定。

2 施工方法

2.1 背景介绍

对于水闸工程而言，主要包括引水渠、闸门、闸室和消力池等组成，如图2所示。

对于水闸工程而言，为了引水或排水的需要，闸首段设置标高较低，同时下游导航墙、挡土墙的设计标高稍高于闸首段标高，因此在开挖过程中一次性开挖到设计位置则不利于桩基的施工。

2.2 施工工艺

对于PHC管桩在水闸中的应用，首先进行闸首段的应用，在完成导航墙管桩施工后，进行闸首段桩基施工，施工需要采用从中间向两侧的方式进行施工，避免因为PHC管桩施工挤土影响桩基承载力。桩基布置如图3所示。

图2 小型水闸剖面图

图3 PHC施工顺序示意图

对于PHC管桩的施工工艺，流程见图4。

图4 PHC管桩施工工艺流程

根据上述施工工艺流程，具体的施工如下所示。

（1）施工测量

在PHC桩基施工开始前，首先需要根据设计文件的测控平面和高程控制网点进行现场勘察，然后根据施工需要进行扩展平面和高程控制点的施工，对于平面控制网点主要利用GPS定位，采用三等水准测量进行高程控制网店的接引。

（2）试桩

为了压桩施工的有效性，需要根据要求进行试桩作业，鉴于水闸中多采用摩擦桩进行施工，因此压桩控制需要按照设计桩长进行试验。

（3）沉桩定位

对于在沉桩过程中的定位作业，需要采用2台经纬仪和1台水准仪分工合作才能完成。由于沉桩过程中需要进行总装作业，可以利用静压装机进行管桩送桩作业。

（4）施工机器配置

为了减少沉桩时的噪声污染，当前管桩施工多采用静力压桩方法进行施工作业，施工机械如图5所示。

图5 PHC桩基压桩机

如图5为抱压式静力压桩机，较长的夹具设置可以有效的保证送桩作业时的桩身垂直度，可以在不增加压桩集中应力的情况下增大竖向摩擦力。

2.3 质量控制

鉴于PHC管桩施工要求较高，因此应采取一定的措施进行施工质量控制，目前主要存在以下质量控制措施。

（1）准备工作。首先从管材选择方面严格按照设计要求进行选材，确保从材料方面达到施工要求。

（2）技术储备。熟悉相关施工技术规范、规程，熟练掌握PHC管桩施工技术标准，在施工前做好技术交底和测量仪器技术交底工作。

（3）试桩作业。对于试桩作业，需要详细做好各项试桩数据记录，确保所有工序满足施工控制标准和方法。

（4）施工监测。在沉桩作业过程中，为了PHC沉桩作业的安全可靠，需要对于每根PHC管桩的静压压力、垂直度和最后桩基压力等技术参数进行记录，并进行技术性分析。

3 施工常见问题及处理

由于PHC管桩在沉桩过程中属于挤土作业，受到土体较大的影响，根据施工调查，目前PHC管桩施工中常见以下问题。

3.1 挤土效应和振动影响

由于当前对于环境保护要求较高，目前多采用静压法进行沉桩作业，鉴于静压法沉桩属于挤土类型，施工中常存在如下问题。

静压法施工预应力管桩属于挤土类型，施工中常见的质量问题主要有。

（1）由于沉桩过程中，桩身周围土体受到较大的扰动，对于土体应力状态有较大的改变，产生较为强烈的挤土效应；

（2）由于PHC管桩结构特点，在施工过程中需要对管桩进行焊接连接，由于施工环境的限制，焊接质量难以控制；同时由于焊接时间较长，容易造成桩端停歇在硬夹层内，对后续沉桩作业带来不便。

针对上述沉桩过程中的常见问题，目前主要采用以下方法进行应对。

（1）控制布桩密度。对于布桩密度进行合理的分配，对于桩距较密的位置，可以采用预钻法进行沉桩作业。

（2）控制沉桩程序。对于沉桩速率需要限制在1m/min内，尤其是需要洋河控制沉桩施工流水路线，根据桩的入土深度的不同，采用先长后短先高后低的顺序。

（3）消除挤土效应。对于挤土效应，可以选择设置袋装沙井或者塑料排水板，减小超孔隙水压力。

（4）加强周围监测。在沉桩过程中，对于周围建筑、底线管线应进行合理的监测，尤其是周围重要高达建筑物。

（5）优化施工工艺。对于沉桩过程中的休息时间，则需要进行严格的控制，避免因为停歇较长引起摩阻力的增加，造成沉桩作业困难。

3.2 沉桩时遇到浅层障碍无法继续沉桩

沉桩过程中遇到浅部旧基础、孤石或者深处硬塑性粘土或者密实砂层和砂砾层等情况造成沉桩作业无法继续进行，可采用以下处置方式。

（1）控制布桩密度。对于桩位分布较密的管桩施工，可以选择预钻沉桩相结合的方法，随钻随压，或者采用间隔沉桩方法。

（2）钻孔。在沉桩过程中，如果遇到地下障碍物造成沉桩无法继续进行时，利用小型钻机深入管桩进行钻孔，然后进行大压力进行继续沉桩作业。

3.3 桩身破坏

3.3.1 桩身破坏

对于沉桩过程中，由于属于挤土作业，桩身收到较大的压力，查阅相关文献和实地操作经验，桩身破坏往往是由以下原因造成的。

（1）桩身倾斜。由于挤土沉桩施工的作业他特点，施工过程中经常会出现斜桩、送桩不平整造成桩端应力较为集中，造成桩帽滑落或爆裂。

（2）人工施工问题。在沉桩作业过程中，对于桩位的矫正、倾斜度矫正往往存在移动桩机的方式进行，这会造成在应力集中位置桩身发生断裂情况。

3.3.2 桩身破坏处理方法

（1）优化沉桩施工方法。在沉桩作业过程中，严格控制桩身垂直度，进行合理的监控和矫正作业，避免斜桩的出现。

（2）控制沉桩终止条件。对于沉桩作业中的终止条件的确定，需要合理设计桩长为控制条件，对于端承摩擦桩尤其是长度大于21m的端承摩擦桩，以设计桩长为主，终压力为辅助；长度在14～21m范围内的桩基，应以最终压力作为终止条件。

4 结语

对于PHC管桩在水闸工程中的应用，本文从设计分析方面介绍了管桩设计的要点，从施工方法介绍了沉桩施工中需要注意的重点。最后对于施工中常见的问题如挤土问题、震动问题、浅层障碍物和桩身破坏问题，从设计、施工方面进行了系统介绍，对于未来PHC管桩在水闸或者类似工程中的应用，具有一定的指导意义。

随着水利设施建设的持续进行，需要面临这更为复杂地基环境需要处理，因此在以后的PHC管桩处理过程中需要针对地基情况和处理要求进行合理的设计和施工；同时随着新型材料的不断涌现，如高强度混凝土材料、环保混凝土材料和纤维混凝土材料，因此在未来地基处理中，新型PHC管桩也会得到了越来越多的应用。

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1008-1305（2017）05-0122-04

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2017-04-10

廖会文（1973年—），男，工程师。