浅析清远枢纽工程静压PHC管桩施工质量问题及防治措施

黄图

（广东省北江航道开发投资有限公司，广东广州 510101）

1 工程概况

清远水利枢纽是以航运、改善水环境为主，结合发电、反调节，兼顾灌溉和供水条件、旅游、养殖和水资源等为一体的综合性水利枢纽。新建清远二线船闸工程PHC管桩（D=600（110）mm-B）工程主要施工部位位于上闸首及1#闸室两个区域。其中上闸首PHC管桩共计372根全部需要截桩8m，单根长度15m的桩有318根，桩底高程为▽-14.64m；单根长度17m的桩有54根，桩底高程为▽-17.54m，靠近基坑左岸3排（邻水侧）。1#闸室PHC管桩共计86根，桩底高程为▽-18.74m的桩有19根，单根长度18m；桩底高程为▽-15.74m的桩有19根，单根长度15m；桩底高程为▽-13.94m的桩有48根，单根长度15m。两块区域共计458根，总桩长7035m。项目区属沿线为剥蚀堆积河谷平原地貌。区内地形稍有起伏，地貌形态单一，地层层位较稳定，土性较均匀。本施工区域地质条件差，本标段地质条件杂粉砂层为主，部分施工区域可能还存在不明基础，PHC管桩施打难度大。

2 水文地质条件

2.1 地表水

项目区属北江水系，北江干流径流年内分配不均匀，一般枯水期（10月至次年3月）水量仅占全年水量的25%左右，汛期（4—9月）水量占全年水量的75%。丰水期径流量以6月为最大，约占年径流量的20%，枯水期则以1月为最小，仅占年径流量的3%左右。

2.2 地下水

根据地质勘察资料分析，项目区地下水类型主要为第四系孔隙水（潜水、承压水）和基岩岩溶含水层。勘察期间，测量地下水位埋深一般2.4～9.1m，最大埋深16.9m。上游（以既有清远水利枢纽作为上下游分界）地下水位稍高，水位高程12.7～14.2m；下游地下水位稍低，水位2.0～9.4m。场区内孔隙含水层分布于河流两岸阶地及河床砂层和砂卵砾石层中，根据场区内渗透性评价，粘性土层渗透性较差，形成相对隔水层，下伏砂性土层及砂卵石土层渗透性较强，形成承压水层。两岸一级阶地地下水与河水水力联系良好，并形成互补关系，洪水期河水补给地下水，枯水期地下水向河流排泄，因此地下水位及水量随季节变化大。基岩岩溶含水层主要分布在第四系覆盖层之下，为天子岭组灰岩、砂页岩组成，其透水性主要决定于基岩内岩溶、裂隙的发育程度及其连通性。

2.3 水质分析

本次勘察期间在北江及其附近井水取水样进行水质分析，根据《岩土工程勘察规范（GB50021—2001）》（2009年版）相关规定，按II类环境评价标准判别：场地地表水及地下水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水下对混凝土中钢筋具微腐蚀性；在干湿交替下具微腐蚀性。

2.4 不良地质现象

工程区第四系覆盖层较深，岩土层粗粒含量较多。场地区粘性土混粉砂，多为流塑～软塑，地基承载力差，开挖后边坡稳定性较差，易发生边坡坍塌等不良地质现象，局部粉砂含量较多处，存在管涌、流砂的可能。砂性土、卵砾石土为强透水层，砂性土、卵砾石主要有1-3层中粗砂、2-3层粉细砂及4-1层圆砾土、4-3层卵石土。其中浅中部砂性土，松散～稍密～中密，工程地质特性较差，承载力较低；深部卵砾石，中密～密实，工程性质较好，透水性强。砂性土抗冲、抗剪强度低，易产生管涌、流砂等不良地质现象。

3 施工难点分析

3.1 工期紧

本分项工程工期为45d，PHC管桩总数量达458根，PHC管桩施工进度快慢直接影响下阶段支撑梁施工进度及总体施工进度。

3.2 施工组织难度大

本工程中44根桩贴近基坑连续墙，打桩过程对连续墙影响较大，影响基坑安全；再加上PHC管桩施工时打桩机、运输车、起重吊车等多辆机械设备同时作业。施工组织及安全管理难度较大。

3.3 地质条件差

本标段地质条件杂粉砂层为主，部分施工区域可能还存在不明基础，导致PHC管桩施打难度大。

4 静压PHC管桩作用原理

静压PHC管桩是指根据单桩承载力选择匹配的压桩机，利用压桩机的自重和配重通过电动油泵液压方式将荷载施加在PHC管桩的桩顶上，桩尖压入土体使土体产生压缩变形。土体应力状态受到破坏产生一定的阻力，随着压桩力的不断增加，土体因剪切破坏而出现急剧变形，土体往侧向和向下压缩挤开，静压力与土体的阻力形成新的动态平衡，PHC管桩在静压力与自重的双重作用下不断地挤土下沉，直至达到设计要求的持力层[1]。

5 静压PHC管桩施工质量问题及分析

5.1 桩顶偏位或桩身倾斜

施工场地表层为黏性土混粉砂，岩土层性质较为软弱，鉴于静压桩机本身设备的重量值较大，行走过程中对周边土体产生一定的推力，使土体产生一定的推移，这就容易将施工完成的PHC管桩往一边进行挤压，导致管桩出现倾斜或者偏移的现象。经过分析，我们认为桩顶偏位可能与以下原因有关：①测量放线有误或样桩在施工过程中发生位移；②插桩对中误差较大或桩尖遇到障碍物；③先沉入的桩被挤动偏位；④接桩不直；⑤基坑挖土不当引起偏位。场地不平、地耐力不够或者插桩入土时发生倾斜以及桩体遇到障碍物是桩体倾斜的主要原因[2]，密集群桩中相互挤压邻桩、在软土中送桩太深、基坑挖土不当也是引起偏位的重要原因。

5.2 桩顶或桩身断裂

PHC管桩进场堆放时由于控制不当产生裂缝，或者管桩出厂时就存在细微的裂缝，带裂缝的管桩在沉桩过程中随着压桩力的增大，裂缝容易出现扩展现象直至出现断裂现象；岩土层中存在棱角锋利的块石，管桩下沉过程中刚好位于块石的侧面导致桩身混凝土被划伤，当管桩进尺到坚硬岩土层时，划伤位置桩身混凝土容易出现破损现象；软硬交接位置地质变化幅度较大或者地层陡峭导致桩端受力出现剧变或者地层中存在粒径较大的孤石，桩端很容易出现爆桩现象。桩顶断裂主要是桩顶本身原因以及混凝土强度原因，桩顶面不平或桩顶结构不合理或混凝土强度不够是主要原因，桩锤太轻锤击数过多、桩锤太重或落距太大也可导致桩顶发生断裂。桩身断裂主要是桩身质量原因或者运输原因导致，偏心锤击、桩身倾斜、桩身长细比过大也是导致桩身断裂的重要影响因素[3]。

5.3 沉桩深度不足

沉桩深度不足大多与当处地质情况与勘察资料不符，导致实际桩端持力层与勘测持力层不符，无法将桩打至设计要求的持力层深度。另外就是打桩锤能量太小，无法将桩体打到预计深度。

6 静压PHC管桩施工质量问题的防治措施

6.1 做好施工前准备工作

施工前要认真检查打桩设备各部分的性能，以保证设备正常运转施工。检查管桩外观质量及产品等级，检查管桩的标记是否清晰。根据施工图绘制整个工程的桩位编号图，由专职测量人员分批或全部测定标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm。最后在桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。

6.2 桩身倾斜或者偏位防治措施

本工程施工场地的岩土层较为软弱，容易发生桩身倾斜，因此我们要整平场地，用碎石或碎砖作加固垫层并用压路机碾实从而提高地耐力，同时校正桩机导杆。如果是因为地层中存在障碍物，就要清障后重新插桩。通过引孔的方式减少挤土效应，减少送桩深度，分层开挖。

6.3 桩顶或桩身碎裂防治措施

桩顶或桩身的碎裂大多数是由于桩身质量不达标，因此管桩采购时应选择信誉好和质量稳定的供应商，对进场的管桩质量进行检查，检查管桩的外径、壁厚、长度、品牌、端头板钢板与混凝土连接情况、桩身有无裂缝和端头混凝土质量等，管桩出厂质量满足施工规范要求方可投入使用[4]。对桩身进行施打时，要减少锤击能量、减少桩身自由长度。桩锤和桩垫也需及时更换。

7 结语

在管桩施工过程中严格按照施工规范对关键工序质量进行控制，加强对桩身垂直度控制，加强对焊接质量检查，对压桩力、施打次数、时间和沉降量进行检查，根据管桩出现的质量问题进行分析并采用相应的防治措施进行处理，确保静压PHC管桩施工质量。本工程PHC管桩静载和动测试验结果均满足设计要求，施工效果良好。