沙特西海岸珊瑚礁岩地质PHC管桩施工技术

董川

（中交四航局第二工程有限公司，广州 510230）

1引言

乌玛哈特岛酒店桩基项目位处沙特西部红海沿岸，隶属由沙特王室主导的红海开发项目（Red Sea Project）。作为沙特重大再生旅游项目，红海开发项目计划将红海沿岸50座岛屿、休眠火山等区域打造成类似马尔代夫的超级观光度假区，预计将提振沙特旅游业产值年增40亿美元，是旨在降低对石油依赖的沙特“愿景2030”经济转型计划的一部分。

沙特西海岸属于沉积区地质条件，其上层主要由沙土、粉沙土及砾石层组成，下层则广泛分布着珊瑚礁灰岩[1]。

预应力高强混凝土管桩（Prestressed High-intensity Concrete，PHC管桩），不仅具有强度高，耐打性好，穿透力强，施工速度快等优点，而且还有承载力高的特点[2]。故PHC管桩适用性非常广，不仅适用于一般性土层，而且可打入密实的砂层和强风化岩层[3]。

PHC管桩在沙特区域首次使用，在珊瑚礁灰岩地质区域的PHC管桩施工案例较少。然而，PHC管桩相比其他桩型来说，其价格较低，施工效率高，且对环境破坏较少，更为经济环保，在沙特未来的工程建设中有着广阔的应用前景。

2工程概况

2.1 基本情况

乌玛哈特岛分为9-3岛、9-4岛及9-5岛，酒店桩基项目主要包括水上栈桥桩基工程和水上别墅桩基工程，共设计PHC管桩3 300根。单桩最大设计竖向抗压承载能力700 kN,单桩最大竖向抗拔承载能力250 kN。

2.2 地层情况

1）表层土。松散细砂层：非常松散（地表层）至中等密度，随深度而变密，带有珊瑚和贝壳碎片的细~粗砂层。地层厚度一般为2.0~17.0 m，平均厚度8.6 m。中密细砂层：非常松散（地表层）至中等密度，随深度而变密，带有珊瑚和贝壳碎片的细~粗砂层。地层厚度一般为3.0~17.0 m，平均厚度10.6 m。1B层：中等至非常致密的，砂质至粗钙质粉砂质的珊瑚砾石层。地层主要延伸至松散细砂层/中密细砂层以下至岩层（厚度在1~5 m）[4]。

2）岩层。强风化珊瑚岩层：细粒到粗粒珊瑚状石灰岩。强风化到轻微风化，极度至轻微破裂。基岩面位于海床下6.0~18.0 m。标准贯入试验，得到的试验击数通常为＞50击或过早拒蚀，表明地层中存在致密到非常致密的物质，这些可能代表地层中强风化/弱风化带。

3 PHC管桩的供应

3.1 PHC管桩的生产与运输

1）沙特当地无PHC管桩生产厂家，只能通过其他国家的供应商采购。经过运输距离、生产能力、发运船期等对比，最终选择了马来西亚分公司（Industrial Concrete Products Sdn Bhd,ICP）生产的管桩。本项目管桩直径分别为450 mm、500 mm及600 mm，管桩长度分别为6 m、9 m及12 m，强度等级为80等级，管桩类别为C类。

2）PHC管桩运输距离长，转运次数多，产品保护难度较大，在运输过程中采用专项措施进行成品保护。

3.2 PHC管桩的质量检验

PHC管桩经过长距离的运输到达沙特延布港，卸船时必须进行质量检查。管桩成品桩质量检验项目为：强度检验、外观检验、桩径检验、桩长检验、厚度检验、保护层厚度检验、端板平整度检验、桩体弯曲检验。经逐根检查合格后方可接收，不合格的管桩做好记录并标记。

4 锤击PHC管桩施工

锤击PHC管桩的施工工艺流程如图1所示。

图1 锤击PHC管桩的施工工艺流程

4.1 试桩试验及设备选用

选择具有代表性的区段进行试桩试验，其中9-3岛试验数量为5根，9-4岛及9-5岛试验数量为6根，并根据试桩结果确定了工程桩设计[5]。

管桩施工采用HHP14型液压打桩锤，锤重14 t，锤体总质量21 t。该设备操作简单、打击力强劲、自动化程度高、污染小、噪声低，适用于不同土质、不同作业环境的打桩基础作业。

4.2 施工场地条件

乌玛哈特岛打桩作业区域为水深较浅，海床面标高大多为-2.0~-0.5 m，局部地区为-4.0 m，当地平均海水平面为0.6m，绝大部分水深约为1.5m。经过方案对比验证，决定采用疏浚材料珊瑚礁砂回填形成施工平台及临时道路，顶面标高为1.0 m，待完成打桩施工后再进行反挖，恢复海床原貌。值得注意的是，回填过程中需要将大的珊瑚礁石剔除，防止其在PHC管桩下沉过程中造成桩位及垂直度出现较大偏差。

4.3 打桩机就位

依据桩位图及测量控制点，由专业测量技术人员采用全站仪测放桩位。沉桩前复核桩位，沉桩过程中进行桩位监测，沉桩完成后进行桩位复测。桩位偏差允许值为75 mm，桩身垂直度偏差允许值为桩长的1/75。打桩机桩架必须垂直，可通过液压系统调节垂直度，采用全站仪检查。

4.4 桩靴焊接

针对珊瑚礁岩地质，配备了不同规格的桩靴，长度分别为300 mm、500 mm、1 000 mm、1 500 mm。针对珊瑚礁岩层穿难以穿透的问题，采用破岩桩靴，增强破岩能力，使管桩顺利穿透珊瑚礁岩层，以满足设计桩长要求。

4.5 管桩的起吊

管桩就位后，现场技术员采用红色油漆在桩身划出刻度线，以整数米为刻度标记，按桩端至桩顶的顺序标注。以便观察管桩入土深度及每米锤击数。PHC管桩提前摆放于打桩点50 m范围以内，再由吊车使用专用吊钩以两头勾吊法依次将管桩送至打桩机前，用由桩机起重吊钩将管桩单点起吊并喂入桩帽，吊点设在桩顶向下1/3桩长处。

4.6 打桩施工

1）桩位对中：将管桩对准桩位中心，用桩锤自重将管桩压入土层，稳定桩身，调正桩身、桩锤、桩帽，中心线重合、竖直。采用2 m靠尺检查管桩各方向垂直度，确保桩身垂直度偏差≤1/75。并在管桩两个正交方向上做距离1 m的护桩，以便随时检查桩身偏位。

2）稳定桩身：第一节桩开始打入时，控制好桩锤起落高度，采用手动控制液压锤，以20 cm跳高将管桩慢慢送入土层中，并随时观察管桩中心位置及垂直度，确定满足要求后，再转入液压锤自动控制模式，正常施打。如有必要，将管桩拔出重新对桩，直至满足要求。

3）锤击沉桩：根据液压锤的锤击能量及PHC管桩承载的最大轴力，桩锤跳高控制在40 cm以内。

4）终桩停锤：根据本工程的特殊地质条件，施工中以贯入度控制为主，以设计标高控制为辅。根据现场施工经验，贯入度小于7 mm/击时，表明桩端进入到珊瑚岩层，若还未达到设计标高，则继续锤击3阵，按每阵10击，贯入度≤30 mm/10击为收锤标准。收锤后进行高应变检测，以确认该桩承载力满足设计要求。

4.7 接桩及防腐处理

PHC管桩配置2节以上的需进行接桩，采用焊接连接。管桩端板焊缝坡口高度、宽度为15 mm，焊缝高度要求比成品管桩高1 mm，采用二氧化碳气体保护焊进行管桩接口焊接。管桩焊接前，将连接板粘带沙土及防腐涂层清理干净；管桩对接时，保证上、下管节的中心线及边线对齐，焊接时由2个焊工同时进行对称焊接，焊接层数2层，焊接完成后应进行外观检查；管桩接口焊接完成后，保证不少于5 min的冷却时间；管桩焊接接口采用专用防腐涂料，焊口冷却后进行涂刷，涂刷2遍。

5存在问题的处理

本项目施工中遇到了不少问题。PHC管桩实际打入桩长与设计桩长存在较大偏差，有正偏差，也有负偏差。对于负偏差，在施工中采用更换破岩桩靴、辅助引孔、加厚桩垫等方法进行沉桩；对于部分区域地层软弱，桩尖达到设计高程后贯入度仍较大，则调整桩型配置，增加桩长，打至沉桩贯入度满足设计要求。珊瑚礁岩地质情况复杂，有10根PHC管桩在沉桩过程中触及较硬珊瑚礁石直接爆裂，这10根桩不能使用。对于损坏的PHC管桩，采用引孔设备将其拔出，重新沉桩。PHC管桩沉桩过程中桩身偏斜，垂直度偏差超过规范允许值。对于入土较浅的PHC管桩，采取拔出重打的方法进行纠正；对于已经打入较大深度，不能直接拔出的PHC管桩，请设计技术人员进行分析，验算桩基能否满足设计要求。PHC管桩经过长距离运输损坏数量较大。对于已经损坏的桩，在进场验收时做好标记，拒绝使用；要求管桩承运单位采取严格的装卸、装运控制措施，减少运输过程中的桩损；对每一批次PHC管桩购买运输保险，签订保险合同，减小运输损失。

6 检测结果

对PHC管桩试桩进行竖向抗压静载试验、竖向抗拔静载试验、高应变检测、低应变检测。对PHC管桩工作桩进行高应变检测，频率取总桩数的5%；低应变检测，全数检测。竖向抗压静载试验数量8根，平均总沉降量5 mm，单桩竖向承载力特征值350 kN。竖向抗拔静载试验数量5根，平均抗拔量为2 mm，单桩竖向抗拔承载力不小于250 kN。高应变检测数量为180根，管桩总承载能力均大于设计要求。低应变检测数量为3 300根，全部为Ⅰ类桩。

7 结语

PHC管桩具有强度高、耐打性好、穿透力强、施工速度快、承载力高等特点，并且其经济性、环保性与灌注桩相比优势明显。由于缺少PHC管桩供应商及相关工程应用实例，PHC管桩并未在沙特地区投入使用。红海北部地区的乌玛哈特岛酒店项目是PHC管桩在沙特地区的首次工程实践，本项目证明了PHC管桩用于珊瑚礁岩地质的可行性，为后续PHC管桩在沙特地区的应用提供了借鉴。随着相关技术的应用示范及后续推广，能为我国建筑企业在国外的工程建设提供更为强力的技术支持，继而产生更大的社会效益和经济效益。