PHC桩在港口施工中的沉桩工艺

肖航

摘 要：结合工程实例，系统地介绍了近年来港口工程中PHC桩施工技术的发展，为以后PHC桩深入研究起到一定的参考作用。

关键词：PHC桩 港口建设 桩基施工

近年来，随着国民经济平稳健康发展，我国进出口货物吞吐量稳定增长。为适应经济发展需求，航运方面的集装箱、矿石、液体化工等船舶吨位不断扩大，海港建设也逐渐向深水方向发展。于是，各主要港口相继新建、改造、扩建了一批深水泊位。这是我国港口建设大发展的时期，为新技术的发展和应用提供了良好的平台并且积累了宝贵经验。在桩基领域，前些年的工程多采用钢管桩方案，技术成熟，但是钢管桩存在造价高，后期维护费用高等问题。与其相比，PHC桩则是一种比较经济合理的桩型，其成本造价远低于钢管桩。为此，国内港口建设中掀起了研究试用PHC桩的热潮。

PHC桩简介

PHC桩，即：预应力高强混凝土管桩，是经过高速离心和高压蒸养等特定工艺制作而成的新型预制混凝土管桩，体现了混凝土的高新工艺水平。PHC桩产品规格多，外径为300～1， 200 mm，根据对桩的承载力和抗弯、抗拉性能不同要求，可选用不同壁厚，通常为60～150 mm。此外，不同直径的桩有不同抗压、抗弯和抗拉强度的多种型号可供选择，设计者可根据地质情况和上部荷载选择不同规格型号的桩，因此设计使用灵活。另外，PHC桩节长规格较多，并可采用专用工具锯断，接长方便，在施工现场可根据地质条件变化调整桩长。PHC桩两端均设有钢端头板，该端头板除加强耐打性外，又是接桩时的接头，接桩时将端头板对焊即可，灵活快捷。该桩预应力筋选用标准强度为1， 420MPa的高强度低松弛预应力混凝土用钢筋，混凝土强度等级为C80。因为该生产工艺成熟，结构标准化，生产自动化程度高，所以产品的质量稳定并且生产效率高。开始是在建筑领域，工程技术人员选用PHC桩作为建（构）筑物的基础，通过锤击或静压的方法沉入地下取得较好的数据，很快在日本、港澳地区及东南亚各国都广泛使用。

国内在上世纪80年代开始比较广泛研制生产PHC桩，首先也是应用在工业与民用建筑领域，逐步往桥梁、水利工程推广，近年来主攻方向是港口码头建设。这既是机遇又是挑战，克服施工困难就可以大幅度降低建造成本，前景诱人。

PHC桩的生产运输

1、预制PHC桩

目前我国预应力钢筋混凝土桩有预应力方桩、预应力大管桩、预应力PHC 桩3 种。其混凝土强度等级差异较大：预应力方桩为C40 或C45，预应力大管桩为C60，预应力PHC 桩为C80。PHC管桩生产主要工艺流程如下：预应力钢筋定长切断及墩头→编织钢筋笼及装笼入模→浇注混凝土→预应力张拉→高速离心成形→常压蒸养→脱模/清模→成品质量检验。

2、PHC桩运输

考虑安全和施工现场使用方便，PHC桩从码头到驳船的出运应按沉桩顺序分层装驳，装驳层数一般不超过3层。并且需要在方驳两侧做好防护铁架，PHC桩之间用木枋、木尖支顶牢固，以避免在拖运过程中发生平移、倾倒事故。在锚地现场如果单桩重量超出打桩船单钩起重量，在沉桩作业时巧借水的浮力以减小单钩起重量来沉桩，这样比起水上接桩的解决方案要方便很多。

PHC桩沉桩过程常见问题及解决办法

码头建设中的打桩施工工艺受不同的地质条件和海况影响很大。PHC桩在港口建设中从试桩到初步尝试，再到广泛应用，还有很长一段需要不断完善的路要走。因此，吸收借鉴已有的工程经验，对于后续改进提高很有帮助。PHC桩的沉桩技术开始是在摸索中前进的，最初类比打钢管桩一样打，结果出现断桩，然后研究如何换种打法；再后来断桩情况越来越少，但是偶尔会出现裂痕，于是研究采取怎样的措施可以避免裂痕的出现。从中我们可以看到，实际工程中的PHC桩在港口建设中的施工技术正逐步成熟。

1、沉桩困难、断桩

港口航运自古就是靠天吃饭的行业，在安排工程进度的时候，要避开强风盛行的季节沉桩，当风浪、水流超出规定时应该停止沉桩作业，否则一味赶进度极易发生断桩事故。在福建石湖油库成品油码头1#、2#泊位的施工中，共计打入265根Φ800C PHC桩，但是最初打的10根桩发生3次断桩，并且全部集中在端头盘焊接处，施工一度暂停。通过分析，这是波浪水流过大造成的，在涌浪的作用下造成“憋桩”，导致断桩。施工方及时与厂方联系，要求在PHC桩出厂前，在接头处加焊一圈钢板、增强焊缝，并在打桩的时打桩船多抛1-2节锚链，使操作平台稳一些。之后，情况大为好转。在天津港的PHC桩试桩工程中，选取19根PHC桩，初打19根，复打6根，其中一根发现严重缺陷（桩身断裂），对此进行了力学性能综合分析，发现采用PHC桩基承载力略大于同直径、同长度钢桩的承载力，端阻力约占承载力的30%，基本与钢桩相似；但施工效率低于钢桩，打桩船的吊重能力需要大于钢桩。在曹妃甸工业区某工程船闸的桩基施工中，PHC桩遇到了沉桩困难，导航段沉桩结束后发现40根桩中15根没有达到设计高程。对此进行了分析，是地质原因导致沉桩受阻，并提出了3种解决方案，即：预松土+沉桩、射水辅助沉桩和振冲后沉桩。考虑当施工现场的操作方便、经济成本还有是否破坏土体，最终选用预松土+沉桩方案并且取得了较好的效果。沉桩后及时进行夹桩，加强基桩之间的连接，以减少桩身位移，改善施工期的受力状态。

2、锤击裂缝

沉桩过程中，锤击裂缝是时有发生的。施工单位通常会采用改变锤击能量的方式来解决，即：改用低一档油门沉桩，也有换桩锤型号的。通常可以解决，但是降低锤击能量后，打入进度就会减慢，影响施工进度。外加钢抱箍的工程措施可以有效避免纵向裂缝的产生，而且在厂家进行钢抱箍批量的加工制作，安装在桩顶适当位置，可以节省现场操作时间，提高沉桩作业效率。沉桩结束后，钢抱箍可以拆下，循环利用。

3、接桩

在打完桩以后，发现桩头实际高程与设计高程差异很大时，需要接桩或截桩。接桩时用截断的PHC桩与原PHC桩通过焊接钢端头板的方法，理论上接桩简便。但是在海上作业，对现场施工技术要求较高。焊接方案和标准都需要根据现场实际情况做出应变，切不可盲目服从内定标准，沿管桩外侧焊接了事。当遇到PHC桩截面为斜桩，截断的桩与原桩定位较困难。对此施工单位采取在原PHC桩内侧焊接4根角钢用于定位并且便于焊接。接头处的防腐涂层处理也需要耐心细致。从操作层面讲，接桩没有很大的技术难题，但是需要熟练的技术工人和作业时间。

4、超长桩的施工技术

PHC超长桩（50m以上）的成熟应用，可以在一些工程中省去接桩的麻烦，提高施工效率，节省施工费用。珠海高栏港的施工尽量选在天气好的时候进行，桩长大于50m适用六点吊并且在沉桩作业时借用水的浮力可以减少单钩起重量来进行沉桩；在桩尖的制作时，一定要封闭庄尖，以免海水进入形成水锤。

PHC桩于钢管桩的经济成本对比

通常PHC桩的造价成本是钢管桩的一半，如：钢管桩成本约4万元/根，而PHC桩成本约2万元/根。在后期维护方面，钢管桩通常采用牺牲阳极解决腐蚀问题，在设计使用寿命里，至少需安装两次阳极块，而PHC桩投入使用后，无需特殊的防腐措施和日常维护。可见，PHC桩替代钢管桩可以大幅降低企业成本。

结论

回顾以往工业技术的革新，经济因素（即如何降低成本）是各企业单位试图推进的最强源动力。PHC桩比起钢管桩，可以为工程大幅节约成本，这促使各港口施工单位积极探索PHC桩施工的新技术，并且取得了很好的成绩。

打桩首先面对的是复杂的地质情况，淤泥、粉砂、粘土、砂砾土等，不同的土质、不同的层厚，在试桩后，都会有不同的解决办法，文中提到预松土+沉桩方案。

海上施工要面对风、流、涌浪还有潮差等，重心是要保证打桩船的稳定，不然船体晃动，桩锤容易偏心击桩，从而产生附加应力，使得桩身断裂，因而尽量选在好天气施工。

PHC桩的自身加固，建议PHC桩出厂前增加钢抱箍加工制作工艺，可以在施工中有效避免锤击裂缝的产生并且提高施工效率。

（作者单位：中交水运规划设计院深圳有限公司）