复杂地质条件下大直径PHC组合桩施工

◎ 刘振华 盛健 朱全 中交一航局第五工程有限公司

1.项目背景

印尼万丹丰益工业园港一期工程属于中国港湾在印尼地区丰益国际集团的第一个EPC项目，该项目拟建一个3万吨的散杂货泊位，采取的标准是英标，工期25个月。施工内容包括码头、引桥、引堤、临时围堰及吹填工程，码头和引桥部分采用PHC组合桩，桩径1.2m，单根桩长57m，共计683根。

2.地质情况

项目所在地主要由平原区和山区两大地质单元构成，地质特点复杂，变化不均。勘察结果表明，钻探揭露深度（60m)内地层分布较复杂，综合地层的物理力学性质等特征，对勘探深度内的土层进行了单元土体的划分，勘察区土层自上而下依次为：①1淤泥、①2有机质土②1粘土、②2粘土②3粘土、②4细砂、砂质粘土、胶结细砂、胶结粘土③1粘土和④1粘土。其中②4细砂：中密～密实，局部极密，浅灰色、黄褐色，混多量粘粒，局部呈胶结状，局部含有机质，土质不均匀。该层分布较连续，揭示层厚0.6m～15.0m不等，揭示层底高程在-30.32m～-14.18m之间。平均标贯击数为37.1击；胶结细砂：密实为主，局部中密或极密，浅灰色、灰黄色，岩芯多呈胶结块状，局部夹锈斑、粉土和有机质，土质不均匀。该层分布不连续，多以透镜体形式分布，揭示层厚2.1m～9.3m不等。平均标贯击数为45.0击。

3.关键问题

本工程属于高桩码头，桩基部分的设计和施工是本工程的关键工序，通过设计不同的长度的钢桩靴和PHC桩成组合桩，并采取提高锤击能的方式，在确保在桩身完好的情况下，顺利穿透厚度10m左右的砂层或者胶结砂层，最终达到设计标高或者贯入度标准。

4.试桩确定不同砂层不同桩靴的重锤轻击工艺

对于胶结砂层超过10m的地质，选择大直径的PHC桩穿透砂层比较困难，同时存在容易爆桩头，桩身破损等风险，通常水冲法为首要选择，水冲法施工需要增加高压水泵系统，该施工工艺的特点是功效较低日均2根左右，且对项目工期和成本要求高，所以本工程主要尝试采用重锤轻击的思路，解决PHC管桩穿砂层的难点，其施工流程和常规水上沉桩流程相同：打桩船驻位→运桩方驳驻位→锁桩扣→吊桩→立桩入龙口→关闭下背板→戴替打→调整龙口斜度→打桩粗定位→收紧锚缆。

4.1 组合桩的选择

本工程码头部分每个排架共计8根桩，其中4根直桩和4根斜桩。码头设计均载为20kPa，引桥部分每排3根直桩，设计均载10kPa。PHC桩的设计根据地质勘查报告，砂层和胶结砂层下部为标贯击数30～40的黏土层，因此以摩擦桩为桩长计算依据，单根桩长PHC部分为50m，同时因抗剪强度的要求，直桩部分选择B型桩和斜桩部分选择C型桩。为了确保桩身的完整性，分别对于三种典型的地质工况进行桩靴设计并试桩。

桩靴构成部分主要包括：PHC桩身（直径1200mm，壁厚150mm，桩靴与PHC桩连接板（内径），剪切板8个（壁厚18mm），4钢管部分，长度可根据砂层厚度试桩确定和加强板；本工程PHC组合桩试桩的分类依据如下表1，共计9根，不同地质条件下最佳组合桩。

4.2 锤击能的选择

本工程试桩选锤，主要根据“重锤轻击”的原则和计算，首选D-160柴油锤二档进行沉桩，在沉桩砂层过厚区域，可以增加桩垫防护的情况下，提高锤击能采用三档。若采用其它桩锤，锤的有效能量不得小于D-160柴油锤二档能量的有效能量。备用锤选择的是D125柴油锤。

4.3 不同砂层的沉桩控制及数据

本次试桩采用的打桩船是中交一航局自有施工船舶打桩20号打桩船，最大沉桩能力为53m+水深，可以满足本工程施工要求。根据地质条件共计选择三个区域作为典型土层，试桩部位选择为码头相临的引桥部位，试桩区域砂层的厚度分别为2m，7.5m，12m三种情况。试桩结果如下：

4.3.1 砂层12m区域

（1)2m桩靴：平均贯入度在5.3mm～14.1mm，总锤击数为2502次，其中穿过标高-14.77m～-25.77m处厚砂层总锤击数为1065次。过程表现为穿砂层较困难，锤击数过多，锤过热易停锤，锤损较大。（2)5m桩靴：平均贯入度在7.8mm～16.7mm，总锤击数为1640次，其中穿过标高-14.77m～-25.77m处厚砂层总锤击数为739次。过程表现为可以穿砂层，锤击数减少明显，锤过热停锤次数减少。（3)8m桩靴：平均贯入度在8.1mm～18.5mm，总锤击数为1459次，其中穿过标高-14.77m～-25.77m处厚砂层总锤击数为479次。过程表现为易穿砂层，锤击数减少，锤无过热现场。

4.3.2 砂层7.5m区域

（1）2m桩靴:平均贯入度在8.6mm～18.2mm之间，总锤击数为1817次，其中穿过标高-15.66m～-24.16m处厚砂层总锤击数为444次；过程表现为穿透砂层困难，偶尔出现过热停锤。（2）5m桩靴:平均贯入度在9.4mm～23.5mm之间，总锤击数为1674次，其中穿过标高-15.66m～-24.16m处厚砂层总锤击数为399次；过程表现为穿透砂层容易，锤无过热现象。（3）8m桩靴：平均贯入度在11.4mm～38.5mm之间，总锤击数为986，其中穿过标高-15.66m～-24.16m处厚砂层总锤击数为156锤。易穿透砂层，锤无过热现场，施工效率高。

表1 PHC组合桩试桩

4.3.3 砂层2m区域

本次沉桩在砂层厚度为2m处沉桩结果：由于砂层厚度较薄并位于土层上部，PHC桩自沉就可以穿过砂层。经统计1m桩靴锤击总数为1104次，2m桩靴锤击总数为925次，3m桩靴锤击总数为855次，效果不明显，故此处不做重点分析。

4.4 桩检测情况

本次试桩停锤标准为当沉桩贯入度已经达到控制贯入度（最终10击平均8mm/击），而桩端距设计高程小于2m时，停止锤击；当沉桩贯入度已经达到控制贯入度（最终10击平均8mm/击），而桩端距设计高程大于2m时，应继续锤击，直至贯入度达到5mm/击。沉桩后分别进行高应变检测9次，低应变检测3次，检测结果单轴竖向承载力均满足设计及规范要求，且桩身完整。

4.5 沉桩质量控制要点

第一，PHC桩的质量控制，穿透厚度超过10m砂层，PHC桩身无接桩，强度超过80MPa,同时关键部位桩头部分要做加强处理，混凝土需要掺入适量的钢纤维提高强度，减少桩头锤击能过大或者锤击数过高的情况下爆桩头。

第二，桩垫厚度：本工程采用纸板叠加厚度达到23cm，起到较好缓冲作用。

第三，桩靴加强箍筋：在桩靴外侧增加1道直径20cm的箍筋，可以增加穿透砂层的扰动，有利PHC桩部分穿过砂层。

第四，替打加强：在锤击能增加的情况下，替打容易损坏，所以需要制作高强替打，同时增加备用替打数量。

第五，D160柴油锤防护：在水上码头桩基工程中，砂层或者胶结砂层厚度10m左右的区域，通过选择D160型的柴油锤采取重锤轻击的方式是可以穿透的，但是需要注意锤击数和锤过热问题。为了确保桩身完整性的情况下，通常总锤击数不易超过1800次，在穿过厚度10m的砂层可以把D160锤档位提高到三档，减少锤因为贯入度减小造成锤过热的概率，提高柴油锤活塞环和喷油嘴的使用寿命。

5.结束语

综上所述，在EPC项目中，对于砂层较厚地地质工程，可以选择钢管桩或者PHC组合桩（开口），但是PHC桩的成本优势明显，通过试桩优化桩靴长度，选择最优组合桩方案，可以达到降低成本，提高施工功效的目的。