天津港航工程有限公司天津300457
摘要：PHC管桩沉桩施工过程中桩身的垂直度及桩顶保护控制一直重难点，本文主要对现场施工过程中遇到的桩身倾斜、桩顶裂缝及桩顶打碎等问题进行分析研究，为同类工程施工提供参考。
关键词：PHC管桩沉桩，垂直度，桩顶碎裂，质量控制
1、桩身垂直度问题及分析
在PHC管桩施工过程中，由于采用冲击锤吊打管桩的施工工艺，桩身垂直度控制一直是重中之重。
为保证PHC管桩沉桩垂直度，焊接制作了简易稳桩架，稳桩架上下设置两个平台，在管桩入稳桩架龙口定位完成后，在上下两个平台通过焊接工字钢将管桩进行限位固定。
整根PHC管桩桩长30m，稳桩架长度15m，船高5m，当管桩沉设入泥10m后由于冲击锤不能通过平台的原因不能继续下沉，需高潮将船移出桩位后继续沉桩。
桩垫
⑶本次沉桩施工桩帽内径为1.6m，而本次沉桩桩体直径为1.2m，加筋后桩帽内径为1.22m，与管桩间间隙约为2cm，经过测量发现每个加筋板的宽度大约有1-2cm的误差，加筋板长度为91cm，在施工过程中，桩顶受力时，由于加筋板可能不是整条贴在桩壁之上，造成加筋板与桩壁形成一定的角度，导致锤体整体倾斜而使桩体倾斜。
经过几次沉桩发现，每根钢管桩的倾斜都是发生在管桩移出稳桩架之后，且都是锤体首先出现倾斜，完后桩体迅速倾斜。经过讨论，对稳桩架进行了改造，将上下两个平台加大，使锤体能够一次性通过稳桩架而不必移船，即整个沉桩过程中桩体都是在稳桩架的限制之中进行，为了保证沉桩效果，在两个平台之间又加设一个平台，在施工过程中，桩体垂直度控制较好，即使在锤体出现倾斜的情况下，由于有稳桩架的限制，桩体垂直度仍然在可控制范围之内。
2、桩身裂缝及桩顶打碎问题及分析
本次沉桩至稳桩架上层平台后（桩入土约12m），均发现桩身有较为密集的横向裂缝，且出现多道纵向裂缝，最大裂缝宽度超过5mm，并且其中一根桩在沉桩过程中突然出现断桩。但沉桩前对桩身进行检查，并未发现桩身有问题。
桩身纵向裂缝桩身横向裂缝桩身断裂
分析发生此种现象的原因，认为有如下几个方面：
（1）沉桩过程中稳桩架上限位工字钢对桩身的影响。锤击过程中，工字钢对桩进行限位，与桩身接触，必然对桩身产生横向剪力，强制矫正桩位桩身受弯。在冲击锤大能量冲击作用下，该横向剪力对桩体影响多大尚难定论。但这应该是桩身产生横向裂缝的原因之一。
（2）偏心锤击的影响。如前所述，锤体自身倾斜造成偏心锤击。另外，桩垫移位造成偏心锤击。本次施工的桩帽在箍桩部分由筋板变径，但在桩垫所在部分仍为1.6m直径，因此桩垫在横向放线不受限制。桩套入桩帽后，替打（重约6.3t）通过桩垫直接压在桩顶，桩垫难以横向移动，但在锤击过程中，受大能量冲击，替打在桩顶会发生上下的振动，此时桩垫即可能发生横向移动，桩垫发生移动后超出桩的外径范围，在冲击下会沿桩外径剪断，因此逐渐造成桩垫在桩顶的不均匀布置，从而发生偏心锤击。偏心锤击造成桩顶受力不均匀，造成桩身出现横向裂缝。另外，其中一根桩桩顶出现打碎的现象，亦是偏心锤击的结果。
（3）桩垫材质及使用的影响。桩垫在替打与桩顶之间，可以起到找平、缓冲、延长冲击时间、保护桩顶和减小桩身应力的作用。
锤击过程中，锤芯反复冲击桩顶，使桩身内产生压应力，由于应力波的作用，桩受压后瞬间受拉，桩身内压应力和拉应力交替出现，沉桩过程中应控制桩身内拉、压应力均不能超过桩身抗拉、抗压强度。预制钢筋混凝土桩的抗压强度一般为30~40MPa。若桩身压应力过大，则桩身易出现纵向裂缝，桩身拉应力过大，则桩身易出现横向裂缝。
根据E=mv2，在一定的打击能量下，锤芯落至桩顶的末速度v是一定的。根据动量公式，D=p×t=m×△v（D—冲量；p—冲击力；t—冲击作用时间；m—锤芯质量；△v—锤芯速度由落至桩顶的v减至0，其值即为v），可见在一定的打击能量下，桩顶得到的冲量是一定的，并且，作用时间t越长，桩得到的锤击力p就越小，桩身压应力就越小，应力波小，则同样桩身拉应力越小。因此，沉桩过程中，选择合适的桩垫材料及桩垫厚度，可以起到缓冲和应力阻尼的作用，对沉桩质量及桩身完整性影响极大。
（4）沉桩贯入度小、落锤末速度大，也是桩身产生裂缝的原因。本次沉桩，尽管桩未至设计标高，但沉桩后半段在大能量打击下（约220KJ），贯入度基本小于10mm/击。并且，本次使用的IHCS280冲击锤为双作用液压冲击锤，在2g重力加速度作用下，落锤末速度大，从而能实现以较小的锤芯重量、较大的加速度，较短的工作时间锤击桩体，获得较大的锤击能量，且击桩时间短，达到“轻锤重打”的效果。双作用液压冲击锤相对更适应于钢桩的沉桩施工。因此，在较大的落锤速度、较小的沉桩贯入度情况下，桩身易出现裂缝。
另外，PHC管桩沉桩前应检查桩顶透气孔是否通透，通气孔如果堵塞，沉桩过程中容易将桩身打爆裂，极其危险。
3、结束语
本文主要对水上PHC桩的沉桩过程出现问题的总结，让大家对PHC桩沉桩有更深入的理解。通过对施工方案的及时调整，确保了本工程沉桩的顺利进行。本文总结出一套比较成熟的在该种施工环境下的PHC桩沉桩工艺，为其他类似工程提供一些参考。