大直径PHC管桩在东非海岸码头中的应用

廖周文 李林华

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210001）

新建Ro-Ro泊位码头工程位于坦桑尼亚前首都达累斯萨拉姆市达累斯萨拉姆港（简称达港）内，达港为东非第二大港（仅次于肯尼亚蒙巴萨港），东临印度洋（Indian Ocean）。作为国家“一带一路”倡议在非洲的重要支点，世界银行融资贷款项目，同时也是中国交建近二十年来进入坦桑尼亚市场的首个水工项目，Ro-Ro泊位码头工程定位很高。项目采用预制大直径PHC管桩基础，技术标准以英标[1]为主，部分采用美标。文章以新建Ro-Ro泊位基础施工为背景，通过对PHC管桩国内生产预制、海上运输、水上沉桩及施工质量控制措施进行总结，为后续海外类似水工码头项目提供一些参考和借鉴。

1 工程概况

新建Ro-Ro泊位为高桩码头。桩基均为PHC管桩，共298根，其中直桩218根、斜桩80根；桩径0.8 m、壁厚130 mm、保护层60 mm，桩长33～44.5 m。地质持力层主要为密实黏土质中粗砂层及黏土质珊瑚砂砾层（N=50/250～50/200）。

2 PHC管桩施工流程

2.1 PHC管桩预制

预制PHC管桩混凝土强度等级为C80，预应力筋屈服强度不小于1 420 MPa，采用离心旋转成型及蒸汽养护工艺。桩尖为开口式钢桩靴，材质为Q345B，长度分1.5 m和5.0 m两种，工厂内完成焊接连接和验收。

2.2 长距离海上运输

2.2.1 厂内出运及散货船装卸

每根桩设置8个吊点，吊点采用油漆喷涂以便快速识别和区分；吊点禁止设在钢桩靴上；散货船装卸过程中，每根桩通过淋水试验进行外观质量检查。

2.2.2 海上运输衬垫与加固

管桩底部垫10 cm×10 cm×200 cm方木10道，方木与桩轴线成90°，层间木方为100 mm×100 mm×600 mm，同一截面垫3根；在管桩两侧位置沿着纵向每边焊接4个人字撑作为管桩止移装置，底层PHC桩用三角木尖塞紧并用钉子固定在垫木上；捆绑钢丝绳与PHC桩之间铺盖土工布，防止钢丝绳损坏PHC桩；装船固定完成后，覆盖彩条布保护。

2.2.3 PHC桩转堆

PHC桩堆存根据沉桩顺序排放，避免取桩时多次“翻桩”，堆放区设立标志标牌，注明存桩数量、桩号等，每次取桩或新存桩需更新标牌内容，建立存桩取桩台账，安排专人管理，做好记录，随时查阅。

2.3 沉桩施工

2.3.1 主要沉桩机械

（1）打桩船。打桩船粤工桩6，桩架高60.4 m，平均吃水深度为2.1 m，主钩额定起重量60 t，副钩额定起重量40 t，可打桩长超过48 m水深，俯仰最大角度为18°，满足项目吊桩、取桩及沉桩施工技术要求。

（2）桩锤。配置永安YC30液压桩锤，锤芯重30 t，行程区间为20～150 cm，安装于打桩船桩架上。

（3）桩垫。常用桩垫有两种，即纸垫和木夹板+麻绳组合桩垫。项目经过试打桩及前期近50根PHC桩的沉桩实践，总结出纸垫具有如下优势：①纸质桩垫质量轻，桩工安放、替换速度快；高空作业时间短，安全风险相对小；②纸垫受力均匀，锤击后可重复利用，桩身出现裂缝概率低；纸垫加工速度快，自行加工成本低。

项目最终采用厚度为27 cm、外径800 mm、内径530 mm的自加工纸垫，成桩效果良好。

2.3.2 测量准备

（1）采用桩船上的GPS实时控制船体的位置、方向和姿态，免棱镜测距仪测定实际桩位，并与设计桩位坐标比较，移船就位，直至桩位满足沉桩精度要求。

（2）利用桩架上的量角器和测倾仪控制桩身倾斜度，测量平台全站仪进行辅助校核。

（3）桩架上的测高仪测量直桩桩顶标高，斜桩桩顶标高由测量平台的全站仪测定。

（4）校核桩位及倾斜度。①计算测站与管桩中心坐标两点间距离、与管桩外壁的距离L和方位角α，采用全站仪极坐标法，分别观测得出L和α的值并与设计值进行比较，当两个方向的偏差都满足沉桩精度要求时，进行打桩系统精确定位。② 利用全站仪免棱镜测量技术校核打桩系统控制精度，通过观测管桩外壁一定距离上两点分别到测站的平面距离L1和L2，倾斜角，S为两点之间的距离，β<1.5°。

桩身侧面倾斜度通过全站仪的竖丝与桩身侧线的夹角来校核。同步跟踪观测，并将误差反馈给打桩船控制室，以调整、修正系统参数。

2.3.3 取桩、立桩、稳桩

吊桩严禁捆绑吊带在钢桩靴上，离驳瞬间要迅速，避免拖桩、碰桩等。

立桩前测水深，防止桩尖触及泥面。紧松锚缆，打桩船移离运桩驳，过程中缓缓立桩；桩架后倾，使PHC桩与龙门梃滑道成平行状态，抱桩器合拢抱桩并锁定。立桩完毕后，使用打桩系统粗定位，将打桩船移逐渐移近桩位。

立桩、抱桩后将桩缓慢下放，下放完毕后，检查桩锤和桩身是否在同一轴线上，避免偏心锤击。检查定位精度，套锤稳桩。

2.3.4 锤击沉桩

（1）锤击沉桩之前检查确认锚缆、桩身垂直度（倾斜度）；套替打，压锤、稳桩；（2）再次复核，通过微调压仓水或者桩架倾斜度微调桩位；（3）初始小跳高（20～30 cm）锤击，随时观察沉桩情况，避免偏心锤击；（4）正常锤击沉桩，过程中实时记录锤击数及贯入度；注意锤击贯入度变化，尤其软硬地层相间区域，应及时调整锤击能量；观察桩身是否出现裂缝、桩顶是否破坏、检查桩垫是否需要更换，如有异常情况，立即停止锤击，分析异常原因后方可继续沉桩；（5）锤击过程应连续，不宜中断过久，避免土体恢复、加大沉桩难度；（6）按终锤标准停止锤击； 起锤、移船，沉桩完成。

终锤标准参考英国土木工程师协会沉桩与地连墙规范[2]，采用设计桩尖标高控制为主、贯入度控制为辅；结合前期试桩及试打桩结果，满足以下三个条件之一，可以收锤：①最后三阵，每阵10击，平均贯入度≤7 mm，且达到设计标高，停锤；②未达到设计标高，平均贯入度≤5 mm（最后三阵，每阵10击），且桩尖距设计标高≤1.0 m，继续锤击30击后，停锤；若此时桩尖距1.0 m<设计标高≤2.0 m，应采用高应变检测确认是否可以停锤；③最后10击平均贯入度小于3 mm，应停锤；检查桩身质量，综合评估总锤击数、地质和贯入度的关系，并及时反馈设计。

终锤标准根据现场实际地质情况及时调整和修订，并报工程师和设计师批准后执行。

2.3.5 高低应变检测

沉桩检测采用高应变检测、低应变检测或高低应变检测一并进行。根据咨工及设计要求，高应变检测按照PHC桩总量的10%控制，低应变检测按照PHC桩总量的20%控制。

3 沉桩质量控制措施

3.1 桩身裂缝控制

（1）重锤轻击，先用最小跳高锤击1～3阵，然后合理增大跳高；（2）勤于观察、复核桩身垂直度/倾斜度，减少偏心锤击；（3）实时观测桩垫的耗损情况，以便及时更换桩垫；（4）沉桩之前仔细检查桩身开孔数量，避免出现水锤现象；（5）清除沉桩区域内的抛石层、混凝土块及型钢碎片等影响PHC桩沉桩的杂物，避免由于强行打入导致桩体发生裂缝。

3.2 裂缝封闭、修补

对裂缝两侧10 cm范围内打磨，彻底清理污染物和海生物薄层；采用水下涂刷环氧重防腐涂料，覆盖裂缝及两侧各10 cm范围的区域。涂刷2遍，每遍涂刷厚度250 μm以上，总厚度不小于500 μm。先采用SHJ-UW087-B水下环氧重防腐涂料涂刷，封堵裂缝，再采用SHJ-UW087-C3水下环氧重防腐涂料涂刷[3]。

3.3 偏位及冲突控制

（1）沉桩过程中实时监控桩位，若出现微偏，通过谨慎收放锚缆或者调节桩架纠偏；（2）沉桩后及时割桩、夹桩，防止海浪冲击或意外碰撞等造成桩基偏位、失稳；（3）严禁在已沉桩上带缆，已沉桩区域设置警示锚标灯。

4 应用效果

4.1 节省工期

PHC桩采用国内工厂化预制，周期短、沉桩工艺成熟、桩检效率高。以钻孔灌注桩为例，完成一根长40 m、直径800 mm的钻孔灌注桩施工，平均需要约5～7 d，桩基检测需等待28 d龄期；采用PHC桩沉桩施工，根据地质情况不同，平均一天可完成3～5根，成桩检测仅需7 d，工效大大提高。新建Ro-Ro泊位码头工程成功应用PHC管桩，经过项目周密部署及科学安排，仅三个月时间即完成了全部298根PHC桩的沉桩施工，节省了工期，保障了项目施工进度。

4.2 质量可靠、安全风险低

PHC桩采用工厂化预制，质量稳定可靠，生产过程易于控制；PHC桩沉桩工艺成熟、流程简单，沉桩过程可实时监测桩身质量；沉桩施工机械设备数量少，安全风险源少，且不需搭设辅助施工平台，安全风险较低。

在新建Ro-Ro泊位码头工程PHC管桩沉桩施工中，经高应变、低应变成桩检测，成桩合格率为100%，且安全事故率为零。

4.3 成本低、经济效益高

根据项目前期的考察与分析，采用直径800 mm钻孔灌注桩综合成本估算为3 000 元/延米，不考虑管理费、利润、规费以及税金，以40 m桩长为例，钻孔灌注桩平均每根造价约为12万元人民币。而Ro-Ro泊位码头工程项目采用PHC管桩，每100根PHC桩国内生产成本约340万元，海外运输成本约360万元，机械人工成本约100万元，其他不可预见因素考虑10%，不考虑管理费、利润、规费以及税金，综合成本约为880万元，平均每根PHC桩成本约为8.8万元，相比同直径的钻孔灌注桩成本较低，取得了较好的经济效益。

5 结语

坦桑尼亚达港新建Ro-Ro泊位码头工程项目成功应用了大直径PHC管桩作为结构基础，节省了项目工期，有效缓解了进度压力，降低了工程成本，取得了较好的经济效益，同时也为长、大构件长距离海上运输及类似海外工程建设积累了宝贵的经验。