廖會(huì)文

小型PHC管樁在水閘工程中的應(yīng)用

廖會(huì)文

（江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西 南昌 330000）

由于水閘工程工作環(huán)境較為嚴(yán)峻，面臨著較大的沖刷和滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)，因此對于地基處理要求有著更為嚴(yán)格的要求。鑒于PHC管樁在地基處理中的優(yōu)異性能，因此在水閘工程中得到了越來越多的應(yīng)用。文章主要從設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制和常見問題及處置方面系統(tǒng)介紹了小型PHC管樁在水閘工程中的應(yīng)用，希望對于未來設(shè)計(jì)和施工提供一定的技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)。

小型PHC管樁；水閘工程；靜壓沉樁

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的水利設(shè)施尤其是水閘在小型水利結(jié)構(gòu)中得到了較多的應(yīng)用。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜，對于地基處理要求較高，鑒于其抗壓、抗壓強(qiáng)度大、抗擊打性能和貫入度好、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、搭配靈活、施工速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，在水利設(shè)施尤其是水閘建設(shè)和加固過程中得到了越來越多的應(yīng)用，深受廣大施工和設(shè)計(jì)人員的青睞，在水利設(shè)施中得到較大的發(fā)展。

對于PHC管樁在水閘工程中的應(yīng)用，本文從設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制和常見問題及處理方面，進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，以期對于未來類似工程提供可借鑒的理論和經(jīng)驗(yàn)支持。

1 工程PHC管樁設(shè)計(jì)分析

PHC樁的豎向承載力主要是按照樁身而定強(qiáng)度而設(shè)計(jì)，主要通過現(xiàn)場荷載試驗(yàn)確定，與管樁外徑、壁厚和混凝土強(qiáng)度有較大的關(guān)系。樁基示意圖如圖1所示。

根據(jù)《預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》（JGJ94-94），單樁承載力計(jì)算公式為：

式中，Ra—承載力特征值，kN；Ra—樁周土摩擦力調(diào)整系數(shù)；Us—樁身周長，m；qsin—樁周土摩擦力特征值，kN/m2；Li—各土層劃分的各段樁長，m；Rp—樁端土承載力調(diào)整系數(shù)；qp—樁端土承載力特征值，kN/m2；Ap—樁身橫截面積，m2。

圖1 PHC樁基組成示意圖

鑒于PHC樁基豎向承載力設(shè)計(jì)值多是低于3500kN，因此對于其承載能力的測定多是通過靜載試驗(yàn)進(jìn)行確定。

2 施工方法

2.1 背景介紹

對于水閘工程而言，主要包括引水渠、閘門、閘室和消力池等組成，如圖2所示。

對于水閘工程而言，為了引水或排水的需要，閘首段設(shè)置標(biāo)高較低，同時(shí)下游導(dǎo)航墻、擋土墻的設(shè)計(jì)標(biāo)高稍高于閘首段標(biāo)高，因此在開挖過程中一次性開挖到設(shè)計(jì)位置則不利于樁基的施工。

2.2 施工工藝

對于PHC管樁在水閘中的應(yīng)用，首先進(jìn)行閘首段的應(yīng)用，在完成導(dǎo)航墻管樁施工后，進(jìn)行閘首段樁基施工，施工需要采用從中間向兩側(cè)的方式進(jìn)行施工，避免因?yàn)镻HC管樁施工擠土影響樁基承載力。樁基布置如圖3所示。

圖2 小型水閘剖面圖

圖3 PHC施工順序示意圖

對于PHC管樁的施工工藝，流程見圖4。

圖4 PHC管樁施工工藝流程

根據(jù)上述施工工藝流程，具體的施工如下所示。

（1）施工測量

在PHC樁基施工開始前，首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)文件的測控平面和高程控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場勘察，然后根據(jù)施工需要進(jìn)行擴(kuò)展平面和高程控制點(diǎn)的施工，對于平面控制網(wǎng)點(diǎn)主要利用GPS定位，采用三等水準(zhǔn)測量進(jìn)行高程控制網(wǎng)店的接引。

（2）試樁

為了壓樁施工的有效性，需要根據(jù)要求進(jìn)行試樁作業(yè)，鑒于水閘中多采用摩擦樁進(jìn)行施工，因此壓樁控制需要按照設(shè)計(jì)樁長進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）沉樁定位

對于在沉樁過程中的定位作業(yè)，需要采用2臺(tái)經(jīng)緯儀和1臺(tái)水準(zhǔn)儀分工合作才能完成。由于沉樁過程中需要進(jìn)行總裝作業(yè)，可以利用靜壓裝機(jī)進(jìn)行管樁送樁作業(yè)。

（4）施工機(jī)器配置

為了減少沉樁時(shí)的噪聲污染，當(dāng)前管樁施工多采用靜力壓樁方法進(jìn)行施工作業(yè)，施工機(jī)械如圖5所示。

圖5 PHC樁基壓樁機(jī)

如圖5為抱壓式靜力壓樁機(jī)，較長的夾具設(shè)置可以有效的保證送樁作業(yè)時(shí)的樁身垂直度，可以在不增加壓樁集中應(yīng)力的情況下增大豎向摩擦力。

2.3 質(zhì)量控制

鑒于PHC管樁施工要求較高，因此應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行施工質(zhì)量控制，目前主要存在以下質(zhì)量控制措施。

（1）準(zhǔn)備工作。首先從管材選擇方面嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選材，確保從材料方面達(dá)到施工要求。

（2）技術(shù)儲(chǔ)備。熟悉相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范、規(guī)程，熟練掌握PHC管樁施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在施工前做好技術(shù)交底和測量儀器技術(shù)交底工作。

（3）試樁作業(yè)。對于試樁作業(yè)，需要詳細(xì)做好各項(xiàng)試樁數(shù)據(jù)記錄，確保所有工序滿足施工控制標(biāo)準(zhǔn)和方法。

（4）施工監(jiān)測。在沉樁作業(yè)過程中，為了PHC沉樁作業(yè)的安全可靠，需要對于每根PHC管樁的靜壓壓力、垂直度和最后樁基壓力等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行記錄，并進(jìn)行技術(shù)性分析。

3 施工常見問題及處理

由于PHC管樁在沉樁過程中屬于擠土作業(yè)，受到土體較大的影響，根據(jù)施工調(diào)查，目前PHC管樁施工中常見以下問題。

3.1 擠土效應(yīng)和振動(dòng)影響

由于當(dāng)前對于環(huán)境保護(hù)要求較高，目前多采用靜壓法進(jìn)行沉樁作業(yè)，鑒于靜壓法沉樁屬于擠土類型，施工中常存在如下問題。

靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土類型，施工中常見的質(zhì)量問題主要有。

（1）由于沉樁過程中，樁身周圍土體受到較大的擾動(dòng)，對于土體應(yīng)力狀態(tài)有較大的改變，產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的擠土效應(yīng)；

（2）由于PHC管樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工過程中需要對管樁進(jìn)行焊接連接，由于施工環(huán)境的限制，焊接質(zhì)量難以控制；同時(shí)由于焊接時(shí)間較長，容易造成樁端停歇在硬夾層內(nèi)，對后續(xù)沉樁作業(yè)帶來不便。

針對上述沉樁過程中的常見問題，目前主要采用以下方法進(jìn)行應(yīng)對。

（1）控制布樁密度。對于布樁密度進(jìn)行合理的分配，對于樁距較密的位置，可以采用預(yù)鉆法進(jìn)行沉樁作業(yè)。

（2）控制沉樁程序。對于沉樁速率需要限制在1m/min內(nèi)，尤其是需要洋河控制沉樁施工流水路線，根據(jù)樁的入土深度的不同，采用先長后短先高后低的順序。

（3）消除擠土效應(yīng)。對于擠土效應(yīng)，可以選擇設(shè)置袋裝沙井或者塑料排水板，減小超孔隙水壓力。

（4）加強(qiáng)周圍監(jiān)測。在沉樁過程中，對于周圍建筑、底線管線應(yīng)進(jìn)行合理的監(jiān)測，尤其是周圍重要高達(dá)建筑物。

（5）優(yōu)化施工工藝。對于沉樁過程中的休息時(shí)間，則需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免因?yàn)橥Ｐ^長引起摩阻力的增加，造成沉樁作業(yè)困難。

3.2 沉樁時(shí)遇到淺層障礙無法繼續(xù)沉樁

沉樁過程中遇到淺部舊基礎(chǔ)、孤石或者深處硬塑性粘土或者密實(shí)砂層和砂礫層等情況造成沉樁作業(yè)無法繼續(xù)進(jìn)行，可采用以下處置方式。

（1）控制布樁密度。對于樁位分布較密的管樁施工，可以選擇預(yù)鉆沉樁相結(jié)合的方法，隨鉆隨壓，或者采用間隔沉樁方法。

（2）鉆孔。在沉樁過程中，如果遇到地下障礙物造成沉樁無法繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，利用小型鉆機(jī)深入管樁進(jìn)行鉆孔，然后進(jìn)行大壓力進(jìn)行繼續(xù)沉樁作業(yè)。

3.3 樁身破壞

3.3.1 樁身破壞

對于沉樁過程中，由于屬于擠土作業(yè)，樁身收到較大的壓力，查閱相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)地操作經(jīng)驗(yàn)，樁身破壞往往是由以下原因造成的。

（1）樁身傾斜。由于擠土沉樁施工的作業(yè)他特點(diǎn)，施工過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斜樁、送樁不平整造成樁端應(yīng)力較為集中，造成樁帽滑落或爆裂。

（2）人工施工問題。在沉樁作業(yè)過程中，對于樁位的矯正、傾斜度矯正往往存在移動(dòng)樁機(jī)的方式進(jìn)行，這會(huì)造成在應(yīng)力集中位置樁身發(fā)生斷裂情況。

3.3.2 樁身破壞處理方法

（1）優(yōu)化沉樁施工方法。在沉樁作業(yè)過程中，嚴(yán)格控制樁身垂直度，進(jìn)行合理的監(jiān)控和矯正作業(yè)，避免斜樁的出現(xiàn)。

（2）控制沉樁終止條件。對于沉樁作業(yè)中的終止條件的確定，需要合理設(shè)計(jì)樁長為控制條件，對于端承摩擦樁尤其是長度大于21m的端承摩擦樁，以設(shè)計(jì)樁長為主，終壓力為輔助；長度在14～21m范圍內(nèi)的樁基，應(yīng)以最終壓力作為終止條件。

4 結(jié)語

對于PHC管樁在水閘工程中的應(yīng)用，本文從設(shè)計(jì)分析方面介紹了管樁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，從施工方法介紹了沉樁施工中需要注意的重點(diǎn)。最后對于施工中常見的問題如擠土問題、震動(dòng)問題、淺層障礙物和樁身破壞問題，從設(shè)計(jì)、施工方面進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，對于未來PHC管樁在水閘或者類似工程中的應(yīng)用，具有一定的指導(dǎo)意義。

隨著水利設(shè)施建設(shè)的持續(xù)進(jìn)行，需要面臨這更為復(fù)雜地基環(huán)境需要處理，因此在以后的PHC管樁處理過程中需要針對地基情況和處理要求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工；同時(shí)隨著新型材料的不斷涌現(xiàn)，如高強(qiáng)度混凝土材料、環(huán)?；炷敛牧虾屠w維混凝土材料，因此在未來地基處理中，新型PHC管樁也會(huì)得到了越來越多的應(yīng)用。

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2017-04-10

廖會(huì)文（1973年—），男，工程師。