一、引言

高桩码头是一种常用的码头结构，它是通过桩基将码头上部荷载传递到地基深处的持力层上。一般为透空结构，其结构轻，减弱波浪的效果好，砂石料用量省，对于挖泥超深的适应性强。高桩码头适用于可以沉桩的各种地基，特别适用软土地基（某港项目地质）。在岩基上，如有适当厚度的覆盖层，也可采用桩基础（大连STX项目地质）。现以某港码头工程为主结合大连STX项目岸壁工程对高桩码头的PHC桩桩基施工做简单的介绍。

二、工程概况

某港沉桩工程位于潍坊港规划西港区内，地处渤海的莱州湾西南端。码头长度2030米，共需沉桩1600根，PHC桩为直径800mmB型和C型桩，壁厚为130mm，长度26~47米不等。码头区钻探深度范围内土层自上而下依次有:粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉砂，平均埋深0~46米。桩基持力层粉砂层，该层标贯击数N不小于35。

大连某码头桩基工程位于大连市长兴岛经济开发区STX有限公司场区内，大连市渤海一侧海岸线中段。码头长度649米，共需沉桩474根PHC桩，直径为800mmC型和AB型桩，壁厚为130mm，长度28~47米不等。码头根据钻探资料，地层由上至下分别为：素填土、粉土、细砂、中砂、粉质粘土、砾卵石、碎石、石英砂岩残积土、强风化辉绿岩、中风化辉绿岩、强风化石英砂岩及中风化石英砂岩。桩基进入强风化石英砂岩1.5米。

三、沉桩工艺

   （一）沉桩前准备工作

PHC桩沉桩施工前应做好以下工作：

1．对建设单位提供的工程控制点进行复核，绘制每根桩的坐标位置点并与设计文件校核；结合基桩允许偏差，校核各桩是否相碰。

2．施工前检查沉桩施工区域有无妨碍沉桩的地下管线、水下管线、沉排或抛石棱体等障碍物，如有要及时处理。

3．选用适当的施工船机设备，在无掩护的开阔水域施工应编制安全应急预案，制定防风、避风措施。

4．根据选用的船机性能、桩长和施工时水位变化情况，检查沉桩区域泥面标高和水深，绘制平面图和断面图，防止泥面标高不足影响施工。

5．根据桩位平面布置图，结合工程要求和施工条件，合理安排沉桩顺序，按沉桩顺序进行桩的预制、运输及沉设工作。

6．结合现场情况，分析沉桩对岸坡稳定和临近建筑物安全的影响，并制定相应的措施。

（二）试桩施工

当地质情况复杂且缺乏沉桩经验时，可在施工前选择有代表性的区域进行试沉桩施工，沉桩数量不宜少于2根桩，以了解桩的贯入度、桩的承载力，施工过程中遇到的各种问题和反常情况等。在没有沉桩经验的区域先进行试桩是十分必要的，通过实践来校核设计方案，确定合理打桩方案。试桩应根据地质勘探钻孔资料，合理选择能代表工程所处的地质条件桩位，沉桩时，要做好详细的施工记录，画出各土层深度，记录打入各土层的锤击次数，精确的测量贯入度。以下情况可通过试沉桩进行检验：

1．能否穿过桩端设计高程以上的硬土层、沉排或抛石棱体；

2．桩端进入持力层的深度和最终贯入度；

3．沉桩设备性能与桩身结构强度是否与沉桩地质情况相互适应。

如果施工过程发现地质情况与勘测报告有较大偏差时，应根据具体情况进行补充。

（三）沉桩施工注意事项

沉桩过程中，还需要做好一些细节工作，这些工作直接影响到沉桩的进度和质量。

1．锤击替打应按照使用要求设计、制作，替打应具有一定的刚度和良好的抗疲劳性能，满足反复锤击要求；替打出龙口长度不应过大，沉斜桩时，不宜超本身长度的1/2；沉直桩时，不宜超过本身的2/3；当替打兼做送桩时，替打留在龙口内的长度可适当减少；替打顶部应设置木垫、钢丝绳等锤垫；用于施打混凝土管桩的替打，应在替打底部或侧面设置排气孔。

2．在桩顶和替打之间应设置具有适当弹性的，能减小锤击应力，保护桩顶作用的硬纸垫、木垫、棕绳或麻绳盘根垫等桩垫

3.替打和锤之间还有个钢丝绳制作的垫子，如果遇到地质较硬的情况，应及时更换钢丝绳垫。锤击数超过2000击，建议30-50根桩更换一次。

4．锤击能：在沉桩过程中，如果以锤击应力控制时，锤击压应力不得大于混凝土抗压强度设计标准值，锤击拉应力不得大于混凝土抗压强度标准值与混凝土有效预应力之和的1.3倍；如果按照总锤击数控制时，在合理选锤的情况下，任一单桩总锤击数不宜超过2500击，最后1米的锤击数不宜超过300击。

（五）沉桩施工工艺

1．吊桩

打桩船吊桩时，桩的吊点应按设计要求布置，采用四点吊时，下吊索长度可取0.5-0.6倍的桩长，桩较长时，吊桩高度不宜小于0.8倍的桩长；采用6点吊时，下吊索长度可取0.45-0.5倍的桩长，吊桩高度不宜小于0.8倍的桩长；打桩船应在吊起桩身至适当高度后再立桩入龙口，打桩船就位时，应掌握水深情况，防止桩尖触及泥面，桩身断裂。长度大于30米或拼接桩，应采用多点吊，吊点位置另行验算。

2．沉桩定位

沉桩平面定位和沉桩高程控制。

沉桩平面定位：

（1）定位前，根据设计的桩位布置图，布置施工基线，计算出基线上控制点与桩连线的方位角；

（2）直桩的平面定位通过2-3台经纬仪的和一台全站仪，用前方任意角或直角交会法进行；

（3）斜桩定位需要2-3台经纬仪和一台水准仪配合；

（4）沉桩时桩的坡度由打桩架来保证。

沉桩高程控制：

桩尖在设计规定的标高上，保证桩基承载力满足设计要求，桩尖标高是通过桩顶的标高测量实现的，沉桩时，在岸上用水准仪高程测量法对桩顶标高进行控制。

除上述传统的方法外，在港口航道工程中已经广泛使用GPS进行沉桩的平面定位和高程控制。

3．下桩

直桩下桩过程中，桩架应保持垂直；斜桩下桩过程中，桩架宜与桩的设计倾斜度保持一致。

4．起锤沉桩

对于直径为800mm的PHC桩，用D-100的锤施工时，建议采用二档施工，高档位产生的能量过大，容易造成桩头破坏；对上层土层较硬（某港项目13#泊位）时，采用一档起锤，在穿过第一次砂层时，再调至二档正常施工；打桩过程中做好数据记录，锤击记录应分阵次，阵次以桩身每下沉1m划分，当桩端穿越硬夹层或进入应土层时，宜取0.1-0.5m为一阵；当桩端接近高程时应取0.1m为一阵；打入硬土层的桩，最后贯入度可取10mm或最后10击的平均每击下沉量。

5．沉桩控制

主要包括偏位控制、承载力控制和桩的裂损控制。

（1）桩的偏位控制

沉桩要保证桩偏位不得超过规定，偏位过大，给上部结构预制构件的安装带来困难，也会是结构受到有害的偏心力，为了减少偏位，应采取以下措施：

① 在安排工程进度时，避开强风盛行季节沉桩，当风、浪、水流超过规定时停止沉桩作业。

② 要防止因施工活动造成定位基线走动，采用有足够定位精度的定位方法，要及时开动平衡装置和松紧锚缆，以维持打桩架坡度，防止打桩船走动。

③ 掌握斜坡上打桩和打斜桩的规律，拟定合理的打桩顺序，采取恰当的偏离桩位下沉，以保证沉桩完毕后的最终位置符合设计规定，并采取削坡和分区跳打桩的方法，防止岸坡滑动。

（2）桩的极限承载力控制

沉桩完成后，应保证满足设计承载力的要求。一般是控制桩尖标高和打桩最终贯入度（即最后连续10击的平均贯入度），即双控。另外在沉桩过程中还要仔细掌握贯入度的变化和及时掌握下沉的标高情况。

在黏性土中沉桩，以标高控制为主，贯入度可作为校核，桩尖在砂性土层或风化岩层时，以贯入度控制为主，标高控制为校核。当出现桩尖已达到并低于设计标高，贯入度仍然较大时或沉桩已达到并小于规定贯入度而桩尖标高仍高出设计标高较多时，宜采用高应变检验桩的极限承载力并同设计研究解决。

6.接桩

当桩的长度较大时，需要分段制作和运输，分段之间需要接头。一般混凝土预制桩接头不宜超过2个，预应力管桩接头不宜超过4个。水上沉桩时，陆上分段拼接成整桩，由运桩船运输至现场进行沉桩。

接桩方法有：法兰连接、焊接连接及浆锚法。前二者适用于各类土层，后者适用于软土层，本工程选用焊接连接。

接桩时上下节桩段应保持对直，错位偏差不宜大于2mm。节点折曲矢高不得大于l‰（一般是8mm）桩长。接桩分段连接处，应对外露铁件，再次补刷防腐漆。

7．夹桩

沉桩结束后应及时夹桩，加强基桩之间的连接，以减少桩身位移，改善施工期受力状态。应根据受力情况进行夹桩设计，必要时做好现场加载试验。当有台风、大浪和洪峰等预报时，必须检查夹桩设施是否可靠，并采取必要的的加固设施。当施工荷载较大时，可采用吊挂式，桩距较大，且桩顶标高距离施工水位较小时，可采用钢梁或上承式桁架结构。并应根据施工荷载，对钢梁、桁架、吊筋螺栓及全部件进行设计。

8．PHC桩质量检测

PHC桩质量检测方法主要有静载荷试验、低应变动力检测和高应变动力检测。静载荷试验与高应变动力检测目的类似，主要确定桩的轴向承载力，评价桩身完整性；低应变动力检测主要检测桩身完整性。本工程根据设计要求，进行了低应变动力检测试验和高应变动力检测试验，其中高应变动力检测数量为总桩数的2%-5%，低应变动力检测数量为总桩数的10%,经检测已施工PHC桩桩身完整、承载力满足设计要求。

9．在沉桩过程中重点控制事项

（1）单根PHC桩沉桩开始后，保持连续施打，锤击间歇时间不要过长。否则由于土的固结作用，使打桩阻力增大，不易打入土中。在某港项目沉桩工程中，由于土质均为粉质粘土和粉砂，土壤的恢复系数大，这种情况经常发生，在PHC桩达到设计标高，在进行高应变检测的钻孔和安装传感器的1个小时后，之前10mm以上的贯入度全部变成3-5mm。此时再进行高档位或长时间锤击，很容易产生桩头破坏。沉桩时如发现锤的回弹较大，且经常发生，则表示桩锤太轻，锤的冲击动能不能使桩下沉，此时应更换较重的桩锤。

（2）打桩时严禁偏打，因偏打会使桩头某一侧产生应力集中，造成压弯联合作用，易将桩打坏，为此必须使桩锤、替打和桩身轴线重合，衬垫要平整均匀，构造合适。第一节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0.3%；沉桩过程中，经常观察桩身垂直度，桩身垂直度偏差不得超过0.5%，当桩尖进入较硬土层后，严禁使用移动船架的方法强行纠正。

（3）沉桩过程中，出现贯入度反常、桩身倾斜、位移、桩身或桩顶破损等情况时，应停止沉桩，待查明原因并进行必要的处理后，方可继续进行沉桩施工。

（4）若发现桩已打斜，应将桩拔出，探明原因，排除障碍，用砂石填孔后，重新插入施打。若拔桩有困难，应在原桩附近再补打一桩。

四、沉桩施工易出现的质量问题及分析

1．某港项目散货码头沉桩施工时，同样出现桩头破碎情况。监理部组织施工单位、业主单位以及中交集团专家进行工艺研讨。经讨论，与会人员基本认同，造成桩头破坏的原因有二：

（1）根据某港项目地质资料显示，8#泊位区域表层区域存在粉砂，标贯值大，沉桩困难，工程用桩长细比大（长度44-47m、直径为800mm），容易产生桩体抖动，当打桩锤打桩频率与桩体自身抖动频率不一致时，就容易出现偏心造成桩头破坏；

（2）开始施工时，施工单位根据类似工程经验，沉桩时采用3档施工，过大的锤击能也是造成PHC桩桩顶破坏的因素。后续沉桩过程中，采用木质桩垫与纸质桩垫组合材料，沉桩档位控制在2档以内，沉桩基本正常。

2．某港项目在进行件杂货码头PHC桩沉桩初始，出现大范围桩头破裂情况，监理部建议采用1档、木垫上缠绕棕绳等方式仍未能有效解决桩头破碎情况。经与业主沟通，在4月11日，组织设计单位、勘察单位、检测单位、施工单位、业主单位、管桩生产单位、监理单位及相关专业召开工艺研讨会。会议确定，让管桩生产厂家将PHC桩桩靴由原来的800mm改为2000mm（见下图）增强PHC桩穿过硬土层能力，此次改进有效解决了桩头破坏的问题。

3．某港项目沉桩初期，在PHC桩标高达到设计标高时，贯入度仍为20mm-30mm，始终无法达到设计要求8mm。出现这样的情况，监理部将情况报送业主，业主联系检测单位进场进行高应变检测。经检测此种情况的桩的极限承载力为6000KN-7500KN，高于设计要求的5600KN。后来将现场施工及检测情况报送设计单位，设计单位同意以标高控制施工，贯入度为20-30mm正常使用。

七、结束语

某港项目工程经过将近8个月时间完成了8#-13#泊位沉桩施工，期间遇到了较多的沉桩困难，但参建各单位共同努力，出谋划策，共同研究和解决了沉桩过程中的一系列难题，取得了较好的效果。同时在此项目的监理经历也为我们以后的类似工程监理工作提供了宝贵的经验，使我们对桩基施工有了更深层次的认识和理解。

参考文献：

[1] 高桩码头设计与施工规范《JTS 167-1-2010》

[2] 港口工程桩基规范《JTJ 167-4-2012》

[3] 港口工程桩基动力检测规程《JTJ 249-2001》

[4] 预应力混凝土管桩图集《GBT 1134-10G409》