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摘 要：PHC桩是在近代高性能混凝土和预应力技术基础上发展起来的预制混凝土构件。本文通过复杂地质条件下的PHC桩沉桩的施工实践，分别对PHC桩在复杂地质条件下的设备选型、施工方法和最终承载力复核进行了分析和探讨。
关键词：PHC桩；复杂地质；沉桩；施工
Abstract:PHC pile is the prefabricated concrete structures on the basis of modern high-performance concrete and pre-stressed technology. This article, taken FAP Project in Pakistan as an example, sheds light on the selection of construction equipment, method statement of construction and checking of the ultimate bearing capacity for the PHC piles installed through complicated geological conditions.
Key words: PHC piles; Complicated geological condition; Piling; Construction
中圖分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
问题提出的背景
1.1 工程概况
巴基斯坦卡西姆港粮食化肥码头位于巴基斯坦南部城市卡拉奇市，一期需建成6个粮食筒仓，总储存能力为74,000t，筒仓为PHC桩群桩基础，筒仓基础直径约30米，每个筒仓基础下布置84~86根PHC桩，6个筒仓基础设计用桩共计512根，设计桩长分别为20m、24m、26m，桩径800mm，壁厚110mm，由两根短桩对接而成。
图1筒仓PHC桩布置示意图
1.2 地质条件[1]
工程区域的地质由粘土层和砂层组成，累积厚度达14.8~20.4m。
根据地层的成因时代、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，将场区内地基土划分为12个工程地质层组：①1粉质粘土、粉质砂土；②1、②2粉质细砂；②3中粗砂；②4粘土；②5砂质粉土、砂质粘土；③1中粗砂；③2粉质细砂；③3粘土、淤泥质粘土；③4粉质粘土、砂质粉土；③5中粗砂、砂砾；③7淤泥质粘土、砂质粘土、砂质粉土。该区域钻探资料显示该区域地层复杂，地质特点为软硬层交替，在-10m左右的软夹层SPT为4/300mm~7/300mm。在-17m左右有硬夹层SPT为52/150mm。
1.3问题的提出
PHC桩作为一种常用的桩基结构，但由于其混凝土结构形式，在设计中一般避免用于孤石和障碍物多的地层及不宜用于有坚硬隔层的地质条件[2]。
在设计中，在对比了多种桩基结构后，综合工期、费用及技术可行性等方面的分析提出了在复杂地质条件下采用PHC桩的方案，对沉桩施工控制提措施出了要求。
施工方法
由于筒仓的桩为群桩，沉桩施工顺序采用先长桩后短桩，自中间分两边对称前进及自中间向四周进行。
测放的桩位经复测无误后方可进行沉桩，并且每天施工前要检查即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确。为便于沉桩高度控制，在沉桩区域周边设置4~6个水准点。
检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。
桩机就位后，用35 吨吊车将第一节桩送至桩机前。首先插桩，用桩机上的吊勾喂桩，采用一点绑扎，吊点选在四分之一处，将桩吊起后，缓缓地将桩一端送入桩帽中，桩位可事先用短钢筋钉出，对位准确后，再用两台经纬仪或全站仪（其中1 台位于桩机前方、1 台位于桩机侧方，两台经纬仪或全站仪轴线互相垂直）双向调整桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。
沉桩过程问题处理
3.1土质密实沉桩过程中贯入度过小
最初施工的闭口桩因土体处理完好后沉桩阻力过大，锤击数过高破损率较高。而且很多桩都只打至-16m ，不能打至设计标高-22m ，沉桩效率也非常低。根据正常沉桩情况，现场桩的锤击数需在1000 ~1500 锤之间为宜，最多不超过2500 锤，否则容易发生疲劳损坏。部分桩锤击数达到了4000 多锤。为避免大面积的补桩，现场对沉桩中出现的情况做了分类，并针对各类沉桩问题进行统一处理：
一、 修改桩尖
设计的桩尖为闭口桩尖，根据单桩承载力公式,在同样地质条件下桩端承载力和桩端承载面积成正比。常用规格的预应力管桩桩尖对端阻力的影影响如下[3]：
桩径
（mm） 壁厚
（mm） 加桩尖开口面积A2（mm2） 不加桩尖开口面积A1（mm2） 理论端阻力降低百分率%
800 110 502400 238326 0.526
本工程中的PHC桩是以桩侧摩阻力为主的端承摩擦桩，根据公式理论计算可知降低端桩阻力是减少沉桩阻力的有效手段之一。修改后证明，沉桩锤击数由以前的4000多锤降到3000多锤。
二、 水冲法配合施工[4]
在减少了桩端阻力的情况下，还存在难以施打的桩，现场采用了水冲法配合施工。为避免破坏桩的外摩擦力，导致桩的承载力无法达到设计要求，现场采用内冲内排的施工方法。
施工注意事项：水冲完成后必须采用污泥泵将桩内的积水抽排干净，否则将会出现沉桩时积水过多无法外排的情况下将桩憋裂的情况。
三、旋挖法配合施工
对于连续几根桩贯入度均较小的区域，采用预先破坏上层土层密实度，减少桩侧摩阻力的方法进行施工。破坏土层的方法现场采用了旋挖取土发进行。
预先在桩位处采用采用ZR22O 旋挖钻机配Ф600 螺旋钻头挖孔植桩的处理方案，旋挖取土后沉桩阻力及锤击数大大减少，通过高应变检测，所沉桩承载力均满足设计要求，也相应的提高了沉桩效率。
3.2土层中有硬质夹层
在含有硬夹层的区域沉桩时，必须认真研究地质报告，按照贯入度的变化严格控制锤击能量，即控制锤落距，在穿夹层时可以适当增加锤击能量，但锤高在任何情况下不得大于1.5m ，避免产生过大的压应力将桩打坏，因穿夹层时贯入度变化比较明显，是一个由大变小再变大的过程，这就要求打桩人员必须认真观测记录锤击数和贯入度，在即将穿过硬层时，及时减少锤击能量，避免穿过硬层后锤击能量过高，贯入度过大产生较大的拉应力将桩拉裂，产生不必要的损失，一般情况下在穿过硬层在降低锤高后贯入度仍继续增大则桩已经破坏。
PHC桩承载力分析
为验证所用施工方法的效果，现场选取了两根非工程桩进行承载力实验，同时对工程桩按10%的频率进行高应变检测。
4.1 实验数据与设计承载力比较：
在PHC桩计算书中，正常条件下的单桩承载力为F1=2593.3kN。地震条件下的单桩承载力F2=3209.5kN。根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的规定。正常条件下单桩承载力安全系数为2.0。地震条件下的单桩承载力安全系数为1.5。
TP1初打总承载力FTP1C=5821.7kN
FTP1C>2F1=5186.6kN
FTP1C>1.5F2=4814.25kN
符合设计要求。
TP2初打总承载力FTP2C=5943.1kN
FTP1C>2F1=5186.6kN
FTP1C>1.5F2=4814.25kN
符合设计要求。
4.2 实验数据与静载实验比较：
静载实验的最大荷载L=5858kN。
复打后测得的的桩的极限承载力分别为：
FTP1=5979kN>5858kN
FTP2=6524.9kN>5858kN
高应变所测的桩的承载力稍大于静载实验的荷载要求，高应变检测中预设的实验参数符合实际情况，能反应出桩的承载力。
结语
通过采用多种辅助施工方法，现场克服了PHC桩在复杂地质条件下的沉桩困难，并对采用辅助沉桩措施的桩进行了低应变及高应变检测，在保证了桩的完整性的同时确保了桩的承载力满足设计要求。
参考文献和资料：
[1] [FAP 项目地质钻探图] 中交第四航务工程勘察设计院2008年10月于广州出版
[2] 伊左林慎重使用PHC桩的几种情况 [A] 山西建筑 2008年第12期:118-119
[3] 王国辉, 周文龙 PHC 管桩穿越软弱夹层桩身破损及施工对策 [A] 施工技术 2009年第9期:95-97
[4] 张保国 水冲气举静压沉桩法在漳州江滨工程的应用 福建建设科技 2008年第4期:7-8
关键词：PHC桩；复杂地质；沉桩；施工
Abstract:PHC pile is the prefabricated concrete structures on the basis of modern high-performance concrete and pre-stressed technology. This article, taken FAP Project in Pakistan as an example, sheds light on the selection of construction equipment, method statement of construction and checking of the ultimate bearing capacity for the PHC piles installed through complicated geological conditions.
Key words: PHC piles; Complicated geological condition; Piling; Construction
中圖分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：
问题提出的背景
1.1 工程概况
巴基斯坦卡西姆港粮食化肥码头位于巴基斯坦南部城市卡拉奇市，一期需建成6个粮食筒仓，总储存能力为74,000t，筒仓为PHC桩群桩基础，筒仓基础直径约30米，每个筒仓基础下布置84~86根PHC桩，6个筒仓基础设计用桩共计512根，设计桩长分别为20m、24m、26m，桩径800mm，壁厚110mm，由两根短桩对接而成。
图1筒仓PHC桩布置示意图
1.2 地质条件[1]
工程区域的地质由粘土层和砂层组成，累积厚度达14.8~20.4m。
根据地层的成因时代、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，将场区内地基土划分为12个工程地质层组：①1粉质粘土、粉质砂土；②1、②2粉质细砂；②3中粗砂；②4粘土；②5砂质粉土、砂质粘土；③1中粗砂；③2粉质细砂；③3粘土、淤泥质粘土；③4粉质粘土、砂质粉土；③5中粗砂、砂砾；③7淤泥质粘土、砂质粘土、砂质粉土。该区域钻探资料显示该区域地层复杂，地质特点为软硬层交替，在-10m左右的软夹层SPT为4/300mm~7/300mm。在-17m左右有硬夹层SPT为52/150mm。
1.3问题的提出
PHC桩作为一种常用的桩基结构，但由于其混凝土结构形式，在设计中一般避免用于孤石和障碍物多的地层及不宜用于有坚硬隔层的地质条件[2]。
在设计中，在对比了多种桩基结构后，综合工期、费用及技术可行性等方面的分析提出了在复杂地质条件下采用PHC桩的方案，对沉桩施工控制提措施出了要求。
施工方法
由于筒仓的桩为群桩，沉桩施工顺序采用先长桩后短桩，自中间分两边对称前进及自中间向四周进行。
测放的桩位经复测无误后方可进行沉桩，并且每天施工前要检查即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确。为便于沉桩高度控制，在沉桩区域周边设置4~6个水准点。
检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。
桩机就位后，用35 吨吊车将第一节桩送至桩机前。首先插桩，用桩机上的吊勾喂桩，采用一点绑扎，吊点选在四分之一处，将桩吊起后，缓缓地将桩一端送入桩帽中，桩位可事先用短钢筋钉出，对位准确后，再用两台经纬仪或全站仪（其中1 台位于桩机前方、1 台位于桩机侧方，两台经纬仪或全站仪轴线互相垂直）双向调整桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。
沉桩过程问题处理
3.1土质密实沉桩过程中贯入度过小
最初施工的闭口桩因土体处理完好后沉桩阻力过大，锤击数过高破损率较高。而且很多桩都只打至-16m ，不能打至设计标高-22m ，沉桩效率也非常低。根据正常沉桩情况，现场桩的锤击数需在1000 ~1500 锤之间为宜，最多不超过2500 锤，否则容易发生疲劳损坏。部分桩锤击数达到了4000 多锤。为避免大面积的补桩，现场对沉桩中出现的情况做了分类，并针对各类沉桩问题进行统一处理：
一、 修改桩尖
设计的桩尖为闭口桩尖，根据单桩承载力公式,在同样地质条件下桩端承载力和桩端承载面积成正比。常用规格的预应力管桩桩尖对端阻力的影影响如下[3]：
桩径
（mm） 壁厚
（mm） 加桩尖开口面积A2（mm2） 不加桩尖开口面积A1（mm2） 理论端阻力降低百分率%
800 110 502400 238326 0.526
本工程中的PHC桩是以桩侧摩阻力为主的端承摩擦桩，根据公式理论计算可知降低端桩阻力是减少沉桩阻力的有效手段之一。修改后证明，沉桩锤击数由以前的4000多锤降到3000多锤。
二、 水冲法配合施工[4]
在减少了桩端阻力的情况下，还存在难以施打的桩，现场采用了水冲法配合施工。为避免破坏桩的外摩擦力，导致桩的承载力无法达到设计要求，现场采用内冲内排的施工方法。
施工注意事项：水冲完成后必须采用污泥泵将桩内的积水抽排干净，否则将会出现沉桩时积水过多无法外排的情况下将桩憋裂的情况。
三、旋挖法配合施工
对于连续几根桩贯入度均较小的区域，采用预先破坏上层土层密实度，减少桩侧摩阻力的方法进行施工。破坏土层的方法现场采用了旋挖取土发进行。
预先在桩位处采用采用ZR22O 旋挖钻机配Ф600 螺旋钻头挖孔植桩的处理方案，旋挖取土后沉桩阻力及锤击数大大减少，通过高应变检测，所沉桩承载力均满足设计要求，也相应的提高了沉桩效率。
3.2土层中有硬质夹层
在含有硬夹层的区域沉桩时，必须认真研究地质报告，按照贯入度的变化严格控制锤击能量，即控制锤落距，在穿夹层时可以适当增加锤击能量，但锤高在任何情况下不得大于1.5m ，避免产生过大的压应力将桩打坏，因穿夹层时贯入度变化比较明显，是一个由大变小再变大的过程，这就要求打桩人员必须认真观测记录锤击数和贯入度，在即将穿过硬层时，及时减少锤击能量，避免穿过硬层后锤击能量过高，贯入度过大产生较大的拉应力将桩拉裂，产生不必要的损失，一般情况下在穿过硬层在降低锤高后贯入度仍继续增大则桩已经破坏。
PHC桩承载力分析
为验证所用施工方法的效果，现场选取了两根非工程桩进行承载力实验，同时对工程桩按10%的频率进行高应变检测。
4.1 实验数据与设计承载力比较：
在PHC桩计算书中，正常条件下的单桩承载力为F1=2593.3kN。地震条件下的单桩承载力F2=3209.5kN。根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的规定。正常条件下单桩承载力安全系数为2.0。地震条件下的单桩承载力安全系数为1.5。
TP1初打总承载力FTP1C=5821.7kN
FTP1C>2F1=5186.6kN
FTP1C>1.5F2=4814.25kN
符合设计要求。
TP2初打总承载力FTP2C=5943.1kN
FTP1C>2F1=5186.6kN
FTP1C>1.5F2=4814.25kN
符合设计要求。
4.2 实验数据与静载实验比较：
静载实验的最大荷载L=5858kN。
复打后测得的的桩的极限承载力分别为：
FTP1=5979kN>5858kN
FTP2=6524.9kN>5858kN
高应变所测的桩的承载力稍大于静载实验的荷载要求，高应变检测中预设的实验参数符合实际情况，能反应出桩的承载力。
结语
通过采用多种辅助施工方法，现场克服了PHC桩在复杂地质条件下的沉桩困难，并对采用辅助沉桩措施的桩进行了低应变及高应变检测，在保证了桩的完整性的同时确保了桩的承载力满足设计要求。
参考文献和资料：
[1] [FAP 项目地质钻探图] 中交第四航务工程勘察设计院2008年10月于广州出版
[2] 伊左林慎重使用PHC桩的几种情况 [A] 山西建筑 2008年第12期:118-119
[3] 王国辉, 周文龙 PHC 管桩穿越软弱夹层桩身破损及施工对策 [A] 施工技术 2009年第9期:95-97
[4] 张保国 水冲气举静压沉桩法在漳州江滨工程的应用 福建建设科技 2008年第4期:7-8