海上PHC桩施工工法

1 前言

预应力混凝土桩（简称PHC桩）基础具有承载力高、沉降量小且均匀等特点， 它能承受较大的垂直荷载、 水平荷载、 上拔力及机器的振动或动力作用， 已经广 泛用于于工业与民用建筑、 桥梁、港口等工程中。****公司经过STX海洋重工海 洋船台及岸壁工程的海上PHC桩施工实践总结，并根据国家《港口工程桩基规范》 JTJ254-

98 和《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》 JTJ/T261-97 行业标

准，形成本工法，以加强对海上 PHC桩施工的质量控制。

2 特点

2.0.1海上PHC桩沉桩施工受风浪影响较大，打桩船只能在 5级风、4级浪以下 打桩

和托航，施工中的机械设备防护及施工人员的安全保证措施尤为重要。

2.0.2 海上 PHC 桩施工需要专业的施工船舶， 运桩需要专业的运桩方驳， 施工过

程中需要起锚挺进行调锚施工， 打桩船调配托运时需要拖轮进行托航， 施工船舶 资源庞大。

2.0.3 海上 PHC 桩打桩时需要打桩船进行吊桩、 喂桩等施工， 需要专业的起重人

员和起重材料，船与船之间、施工人员与施工人员需要紧密配合。

2.0.4 海上 PHC 进行定位较陆上复杂，需要不定期的进行桩位校核。

3 适用范围

浅层土质不良，天然地基浅基础无法满足建筑物对地基变形和强度两方面要 求，使用桩基础作为高桩码头基础。 由于预应力钢筋混凝土桩可以节约材料， 而 且抗裂性能好， 所以普遍采用。 随着全国各地的预应力管桩厂的建立及配套码头 的建设，采用海上运输管桩也大大节约了桩式码头的建设成本。 本工法适用于水 深大、持力层较深的高桩码头工程。

4 工艺原理

预制桩通过柴油锤的锤击冲力加之桩身自重， 穿透各个不同土层， 对于粘土 桩身下沉量在70cm/击，残积土桩身下沉量在10cm/击。随着土质的密实度和坚 硬度逐

渐增大，桩端阻力也随之增大，此时为获得更大的锤击能量需加大桩锤的 油门从而提高锤跳。对于以风化岩为桩端持力层的本工程， 选择柴油锤取得的效 果比较理想。由于沉桩过程中对桩周土体产生较大的振动， 所以打桩本身对桩周 土体也有一定的挤密作用，能够稳定桩周土体。

5工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

海上PHC施工较陆上施工工艺复杂，投入的船舶和人员相对比较多，其施 工工艺可以简单的描述为：施工准备f桩的驳运f船舶驻位f打桩船吊桩f测量 定位f打桩f验收，施工工艺流程图如下:

图5-1海上PHCK施工工艺流程图

5.2施工操作要点 5.2.1施工准备：

⑴根据进度情况和现场实际情况，需准备打桩船

1艘，运桩方驳2艘。

⑵ 检查所有参与此施工的船机、设备状态是否良好，各船机、设备试运行，备 好易损配件；

⑶ 检查吊索具是否坚固，锚缆、钢丝绳等是否有断丝，有损坏的器具不能使用； ⑷装船前，PHC桩的防腐验收和桩身质量要达到设计要求和质量标准；

⑸每根桩在起吊前都要检查桩身是否有裂纹，桩身质量必须符合规范要求，确 认完好后方可吊运。

522桩的驳运

⑴ 根据施工时的沉桩顺序和吊桩的可能性，按装桩图分层装桩，分层次数不大 于3层且装桩总吨位严禁超出驳船的最大载重量；例如，运桩驳烟驳

16的最大

载重量为1000t，PHCtt重0.6t/m，按平均桩长35.0m考虑，可以装桩46根； 方驳

105最大载重400t，可以装桩19根。

⑵为防止桩在装船时发生滚动，在方驳两侧牢固焊接防止桩滚落的牛腿作为支 撑，必要时采用绳系绑进行同时在装桩时每根桩的两侧都要垫上木楔， 在有防腐 涂层处的垫桩木上铺上胶皮以保护涂层；

⑶驳船装桩应采用多支垫堆放，垫木均匀放置（1根桩对称设置3排垫木），垫 木顶面应在同一平面上，垫木取 20cmX 15cm的木方。

桩装驳完毕后，由拖轮将方驳拖至沉桩现场驻位。

5.2.3船舶驻位

⑴ 打桩船布八口锚，其中两口缆绳需系在岸上的地笼上，后锚长度不小于250m 打桩船和运桩方驳驻位布锚详见下图；

⑵ 运桩方驳驻位于打桩船的左侧或者右侧。驳船驻位于打桩船左侧时，桩尖朝 向打桩船，驳船驻位于打桩船右侧时，防腐端朝向打桩船；

⑶ 运桩方驳的右前（或者右后）锚与打桩船的左前锚（或者右前锚）有交错时， 打桩船的前锚布于驳船的下方。

524打桩船吊桩

⑴ 运桩方驳平稳后，打桩船缓慢移动至驳船处，操作手应小心操作使吊索具缓 慢下落至待吊运的桩前；

⑵ 打桩船吊桩前，起重人员再次检查桩及吊索具是否完好，钢丝绳选用直径为 30mm公称抗拉强度 M=1400MRa6X 37纤维芯钢丝绳，配套卡环选用单个吊重 为25t的卡环；

⑶PHC桩采用三点式捆绑起吊，三点的捆绑位置为距桩顶 4m距桩顶13m和距 桩尖5m在桩壁有防腐涂层的位置捆绑时，应采用专用的吊桩软带进行捆绑；

⑷ 主副钩同时起吊，将PHCffi水平吊起后，向沉桩位置缓慢移动，当距驳船有 5m以上的安全距离后，副钩缓缓放松，主钩收紧，使桩成为竖直状态。

⑸ 本工程37m以下桩采用三点吊，37m以上的桩采用四点吊，吊桩示意图如下：

图5-3打桩时桩的起吊情况示意图

5.2.5沉桩

⑴打桩采用GPS系统将船只精准定位，同时打开抱桩器，桩进入龙口（在桩顶 要垫上

10cm纸壳垫），向桩顶套替打（抱桩器内壁要有保护桩防腐涂层的橡胶 垫）；

⑵GPS将桩定位后，陆上采用全站仪校核桩位。校核无误后，靠桩自重下桩， 桩透过泥层后，再次校核桩位，如发生溜桩现象则将桩提起重新定位；

⑶ 确定桩位未发生变动后，继续靠桩自重下桩，待桩停止下沉后，压锤下桩。 保持船体平衡，保证桩锤、替打、桩轴线在同一直线上，直桩保证竖直，斜桩保 证扭角（靠船舶驻位的准确性） 、斜角（靠调整打桩架的仰俯角）的准确性； ⑷ 确定桩

位准确后，完全放松吊索，桩锤挂一档小油门打桩，而后逐渐加大； ⑸ 沉桩过程中如发生桩破损、贯入度骤增、桩周大量气泡涌出等异常状况立即 与项目部技术人员联系，问题解决后放可继续施工；

⑹ 沉桩过程中，记录人员要记好沉桩记录；

⑺ 沉桩采用高程及贯入度双控，以贯入度控制为主： 当贯入度达到要求而设计标高

未达到要求时， 请设计部门、 监理工程师等有

关单位研究后方可停止锤击，根据设计部门提出的要求进行相应施工。 出设计标高部分进行海上截桩处理。

PHC桩高

5.3海上PHCffi沉桩质量控制要点

与陆地沉桩相似， 海上沉桩应严格进行承载力控制、 桩位控制和桩身的裂损 控制。

5.3.1 承载力控制 桩的极限承载力必须符合设计要求，除了通过高应变检测来判断

桩的承载力 是否符合设计要求外，通过实际打桩的施工桩长与最终贯入度也可以作为达到设 计要求的标志，即所谓的双控。本工程设计要求为最终10击的贯入度在3〜

5cm 打入强风化岩2.0m。《港口工程桩基规范》中规定：

⑴ 设计桩端土层为一般粘性土时，应以标高控制。

⑵ 设计桩端土层为硬塑状的粘性土或粉细砂时，应以标高控制为主，当桩端达 不到设计标高时应以贯入度校核。

当桩端已达到设计标高而贯入度仍较大时，应继续锤击使其贯入度接近控制 贯入度。

⑶ 设计桩端土层为砾石、密实砂土或风化岩时，应以贯入度控制，标高作为校 核。当贯入度已达到控制贯入度， 而桩端未达到设计标高时， 应继续锤击贯入 10cm 或继续锤击 30〜 50 击，其平均贯入度为超过设计控制贯入度，且桩端标高距设 计桩底标高不宜超过 1m〜 3m。

本工程打桩采用⑶的控制方法对承载力进行控制，实际打桩过程中并未发生 施工桩长与设计桩长差异较大的情况， 且使用#100柴油锤完全可以满足施工与设 计要求，实际最后10击的平均贯入度在2mnrr5mm击之间。

5.3.2偏位控制

实际桩位的偏差将影响预制梁的安装，若采用现浇结构，较大的桩位偏差会 对后期上部结构施工产生影响，对梁的受力条件也将产生影响。

水上沉桩允许偏差（mrj）

桩型 混凝土方桩 大直径管桩 沉桩区域'、 内河和有掩护近 直桩 斜桩 直桩 斜桩 直桩 预应力混凝土 表5.1 钢管桩 斜桩 100 岸水域 近岸无掩护水域 离岸无掩护水域 150 200 250 150 200 250 200 250 300 100 150 250 150 200 300 150 200 本工程位于STX海洋重工有限公司厂内，施工水域四周有山阻挡，天然掩护 条件较好且位于近岸施工，所以直桩的偏差为 150mm斜桩允许偏差200mm

影响桩产生偏位的原因很多，主要有：斜坡对桩产生偏位的影响，风浪水流 对桩偏位的影响，测量定位工作的误差产生的桩偏位，打桩操作不善引起的偏位。 结合本工程特点，影响桩产生偏位的主要因素有：斜坡、斜桩施工时桩身自重以 及测量定位的误差。

⑴斜坡产生的桩位偏差：

本工程主要排架共有5排桩，在设计图纸中分为 A B CD E5个轴，其 中A、B、D和E轴桩为直桩，C轴为一对叉桩，见下图

«rn j. c 1 W1 [■ ■ 'L ri-i/i IE i 电：：1 | |H 二1 i冷 图5-4 PHC桩码头断面图

从码头设计剖面图中可以看出，E轴桩位于斜坡上，如果按照设计桩位进行 下桩、沉桩，那么由于土体本身的自重和沉桩时对土体产生的震动，在周围土体 的带动下，桩有向海侧滑动的趋势，根据对同一排架的实际桩位测量，发现在相 同的沉桩条件下，E轴桩产生的偏位较大。

控制措施：沉桩定位时，应使桩中心向岸侧预留一定的正偏差（本工程预留 5cm抵消一部分由于土体滑动对桩体产生的负偏差，减小实际桩位与设计桩位 的偏差。 ⑵ 桩体自重产生的桩位偏差

C轴桩为一对叉桩，分为俯桩和仰桩，见下图：

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图5-5海上PHC桩施工上料示意图

无论是俯桩还是仰桩都属于斜桩，即桩的重心和桩轴线不在同一条直线上。 受桩自

身重力的影响，桩体有向倾斜方向偏移的趋势且本工程使用的最大桩长为 41m在压锤的过程中靠桩本身的自重桩身只有 2叶3m在土层中，尚有38m在原 泥面以上，但由于有打桩船抱桩器和上部龙口的，桩体受自重影响产生的偏 位较小；沉桩过程中，特别是首次锤击时已经没有抱桩器和上部龙口的约束，在 桩身自重影响下桩身上部有向外偏离的趋势，桩顶将产生向倾倒方向的偏差。

控制措施：

① 在桩身倾斜（俯桩和仰桩）的反方向（即俯桩的反方向为仰桩，仰桩的反方

向为俯桩）预留一定偏移量，用于抵消沉桩过程中产生的偏位。 ② 打桩之前，打桩船的所有锚位布置应尽量远离打桩船，尾锚

250m以上，边锚

在150m以上，陆上系缆的钢丝绳必须带劲，使打桩船在打设斜桩时保持船体 平稳，减小因为桩架倾斜对桩位的影响。 ⑶测量定位产生的桩位偏差

现有的打桩船沉桩施工时全部使用厘米级 GPS进行定位，为保证设计桩位的 准确性，打桩船通常设2套GPS或者3套GPS通过与卫星的链接实现定位。

海上PHC桩施工受风浪的影响比较明显，当浪涌比较大时，即使 GPS定位 误差在几厘米以内，受涌浪的影响，实际沉桩后的桩位比

GPS定位时的桩位的

偏位要大的很多

控制措施：

① 在进行试桩、斜桩以及中间施工时，采用陆上架设经纬仪或者全站仪使用前 方交会法对桩位进行校核，打桩船测量人员根据偏差情况对 量减少由于测量产生的偏差。

② 为使打桩准确，减少桩位偏差，当风级在 5级以上、浪级大于4级时应停止 打桩施工作业。

GPS进行修正，尽

533桩身裂损的控制

锤击沉桩过程中，桩身产生很大的锤击压应力，锤击压应力超过了混凝土的 极限抗压强度，混凝土就产生破坏。本工程共计打设

796根PHC桩，桩身损坏

3根，主要的损坏形式有：桩顶发生破损、桩身发生从裂。除了和桩身质量有关 系外，主

要与锤击应力有关。

图5-6 PHC桩桩顶裂损照片

控制措施：

①采用重锤抵挡施工有节省燃油、提高沉桩施工效率的优点，但采用过重的桩 锤就对桩身产生过大的压应力，提高了桩身裂损的概率。所以桩锤选择应根据试 桩结果和沉桩效益综合考虑，选择合适的桩锤，本工程采用的 满足设计与施工效率的要求。

② 锤的落距越大，产生的能量就越大，对桩身的应力也越大，所以打桩过程中 应注意控

100#柴油锤完全

制打桩的档位。为防止溜桩，打桩开始时应采用抵挡位锤击。

③ 桩垫材料是影响桩身锤击应力的重要因素。合适的桩垫材料能有效地控制桩 身锤击应力，采用弹性模量低，厚度大的桩垫能得到较小的打桩应力。 桩所用桩垫有两个，一个为使用废旧钢丝绳制作的厚约 用废旧纸壳堆叠成的厚10cm的桩垫。

④ 为避免桩身损坏，还应使锤、桩帽、桩三者的重心在同一直线上，以避免桩 受偏心锤击。

本工程打

30cm的桩垫，一个为使

5.4劳动力组织

劳动力组织见劳动力组织表 5.1,另外项目应设置专业施工分部：船舶分公 司、物资采购部。

劳动力组织表（每条打桩船）

工 种 人数 表5.2

船长 大副 轮机长 机修人员 架子工 电工 测量员 电器操作工 指挥 拖船机组人员 辅助人员 合计

1 1 1 4 4 2 1 3 1 8 3 29 6材料与设备

6.1材料要求

6.1.1使用硬纸壳制作的厚10c m的桩垫。

6.1.2配备足够数量的钢丝绳、吊带和卡环 6.1.3钢丝绳、吊带和卡环使用前必须经过

计算；钢丝绳应完好不应有破损、断 丝。

6.1.4进行PHC桩运输时，每根桩之间、桩与甲板之前必须加木方支垫。 6.2机具设备

打桩船1艘、运桩方驳2艘、起锚挺1艘、拖轮2艘、交通船1艘。

水上沉桩船机设备配备表

船机设备名称 打桩船 运桩方驳 拖轮 起锚挺 表6.1

数量 规格型号 桩架75.3m 单位 艘 艘 艘 艘 艘 备注 1 1200t 700Hp 500Hp 2 2 1 1 共用 共用 共用 交通艇

7质量控制

7.1打桩前的质量控制及准备工作

⑴ 沉桩前测量沉桩区的泥面标高，探摸并清除水下障碍物，编制打桩顺序图。 ⑵ 调查沉桩区附近的建筑物和地下障碍物情况，分析沉桩施工是否受影响。

⑶ 在地质剖面图上标出桩位，施打时对照地质剖面图，确认桩尖已进入持力层后， 根据持力层的性质，按设计的沉桩要求，严格控制停锤标准。

⑷施工前应对设计桩位进行校核，进行碰桩验算或绘制CADE维空间立体图判定桩 与桩（斜桩与斜桩、斜桩与直桩）是否在某一处发生碰桩，若果判定碰桩应及时与 设计单位沟通。

⑸ 在打桩过程中须加强沉降、位移观测，保证工程的安全。

⑹ 未经检查和没有“合格”标示的桩严禁装船，吊桩前对桩身仔细检查，确认桩 身无损坏方可吊桩。对己装船桩的规格、种类、型号要按打桩顺序认真核对，严禁 装错桩。

7.2打桩过程中的质量控制

⑴ 注意对桩身的保护。吊桩的钢丝扣下端，每根附一根棕绳，由人手牵拉，吊钩徐 徐起落，使其慢慢趋近、离开桩身，严禁钩头、卡环等硬物磕碰桩体。钢丝扣在吊 桩过程中与桩边角有接触的部位，将钢丝绳用麻袋或压橡胶管外裹，减轻摩擦损害 桩棱角。 ⑵ 在自沉、压锤过程中， 要观察桩位的变化情况， 当变化较大时， 应及时进行调整， 必要时应拔出重新下桩。

⑶ 根据当时的水流、 潮汐情况， 准确判断沉桩过程中桩位可能产生的偏移， 确定下

桩的提前量，以保证最终桩位的正位。

⑷ 沉桩过程要随时观察桩身变化及锚缆情况， 根据水流及潮位及时调整锚缆， 勿使 桩身在锤击过程中受扭，如果出现异常情况要立即停锤，并及时报告监理工程师和 设计单位，经分析研究，采取有效措施后，方可继续施工。

⑸ 锤击沉桩应确保桩锤、 替打和桩处于同一直线上， 替打应保持平整， 避免产生偏 心锤击，锤击应连续，锤芯冲程控制在 3m范围内，沉桩过程应加强观察，并严格按 技术规范要求控制停锤标准。

⑼ 桩基施工过程中及时整理打桩原始记录， 对未达到设计要求的桩基经现场监理工 程师确认后进行动测以便确定桩基的承载力情况，报请设计单位审定处理意见。

⑽ 施工员在接到正式施工蓝图后，应对设计桩位尤其应对叉桩与直桩、叉桩与 斜桩进行校核，避免在施工中发生碰桩事故；

(11) 进行装桩时，应采用扁担或者桁架进行水平吊运桩，扁担下采用三点吊，长

桩应采用四点吊；

(12) 吊桩时应按照已经排好的打桩顺序进行装桩，后打的桩放在最底层，最先打

的桩放在最上层；

8 安全措施

8.1 总则

⑴各施工作业机械及人员必须持证上岗并严格按照各自的安全操作规程施工；

⑵ 施工人员进入施工现场必须佩戴安全帽，水上施工人员必须穿救生衣，作业 船只必须配救生圈；

⑶ 所有施工人员严禁酒后作业； ⑷ 夜间施工要有足够照明。

8.2 装船施工

⑴PHC桩起吊前，起重人员检查索具及卡环是否完好；

⑵ 严格按照设计吊点位置起吊，起吊过程中应采用扁担或者桁架进行吊装，保 证桩在起吊和运输过程中的稳定，避免与他物相碰；

⑶ PHC 桩吊运必须有专业起重工指挥，指挥人员应站在明显的安全位置，按规 定使用统一信号指挥，门机周围及吊运桩下严禁站人；

⑷ PHC 桩在落地（落船）后，立即用木楔将桩两侧楔牢，两侧所有的支垫位置 都要楔

入木楔，防止桩在运输、存放中发生滚动；

⑸ 方驳装桩不应超过三层， 起重人员在吊装最上层桩时， 周围一定要有人看护， 避免滑落造成伤人事故。

8.3 船机施工

⑴ 现场作业水域狭小，作业船只多，运桩方驳在拖运过程中注意海面浮鼓，避 免挂到其他船只锚缆；

⑵ 施工船舶要悬挂工作标志旗，夜间设置信号灯，各船配备统一频度的通信工 具，保证船舶通讯系统畅通；

⑶ 打桩船在作业期间要每天收听气象预报，风力大于 6 级时必须停止施工，避 风锚泊；

⑷ 打桩船和运桩方驳在下锚、绞锚和收锚时要相互协调，听从船舶调度的统一 安排，避免出现锚缆相互绞在一起的现象；

⑸ 打桩船和运桩方驳在绞锚前，作业人员必须提前检查锚缆是否完好，有损伤 的要及时更换；绞锚时，非作业人员必须远离锚缆，避免被锚缆伤害；

⑹运桩方驳驻位时，应注意已经打好的 PHCffi和钢管桩，严禁方驳驻位时靠在 已经打好的PHC桩或钢管桩。

8.4 打桩施工

⑴ 打桩船吊桩前，起重人员需再次检查吊桩的钢丝绳、卡环是否完好，吊带是 否有破损；

⑵ PHC 桩采用三点吊，在防腐涂层段应使用吊带代替钢丝绳，以免钢丝绳破坏 防腐涂层；

⑶ 打桩船吊桩定位过程中，操作架子人员必须统一听从专人指挥，严禁多人指 挥；

⑷ 严禁作业人员在起吊的桩或者桩锤下穿行或站立，桩锤开打，所有作业人员 应站在安全的地方；

⑸ 打桩作业时必须专人指挥，指挥人员应按照规定的手势和信号进行指挥，严 禁多人指挥；

⑹ 高处作业递送工具时，应用绳索系送，不得从高处往低处抛送工具；

⑺ 桩架上严禁摆放可移动工具，防止桩架倾斜或振动而掉落伤人。当桩入土深 度适合

时， 操作人员应系好安全带， 调节升降机解开吊索。 解开的吊索下严禁站 人。 ⑻ 当打桩锤出现故障进行检查时时，作业人员严禁将头部伸进龙口，不得把手 伸进桩顶或替打之上，防止落锤伤人；

⑼ 桩锤油门绳由专人负责，随时注意指挥人员的指挥命令，遇有障碍物或异常 情况，应立即停锤，尤其防止桩突然下沉而造成打“空锤”现象； ⑽ 打桩作业结束后，将桩锤放下，严禁将桩锤悬空；

(11)当海面处于高水位时，对没于水面以下的桩应设置警示标志，避免过往船只 误撞；

9 环境保护

9.0.1 在施工过程中严格遵守国家和地方下发的有关环境保护的法律、法规 和规

章，加强对施工材料、废水、生活垃圾、废渣的控制和治理，遵守废弃物处 理的规章制度。

9.0.2 施工场地和作业在工程建设允许的范围内，施工场地要整洁文明。 9.0.3 设立专用排水沟、集水坑，对废水、污水进行集中无害化处理。 9.0.4 柴油锤施工过程容易漏油，发现漏油时及时清理和修理桩锤。 9.0.5 当发现桩船漏油时，应对海面的油污及时清理并停止施工进行检修。

10 效益分析

10.1海上PHC桩用来作为码头桩基础较为适宜。

10.2 PHC桩全部为海上运输，从管桩制作厂到施工现场只 2.1海里，海上运输需

约 25 分钟，采用水运的方式大大减少了运输成本，效益明显。

11应用实例

11.1 STX（大连）海洋重工海洋船台及岸壁组成工程

STX（大连）海洋重工海洋船台及岸壁组成工程全长 716.5m,共计24个结构 段，其

中2〜17结构段为PHC桩基础。PHCffi外径800mm壁厚110mm分AB型 和C型两种,最前排A轴桩和最后排E轴桩为AB型，其余为C型桩，桩长在30m 到41m之间，共计沉桩

796根，每个工作日施工13小时，平均沉桩15根，最 高峰日沉桩17根。

STX（大连）海洋重工海洋船台及岸壁组成工程海上 PHC桩施工自2010年4

月19日正式施工，至2010年8月6日施工完毕，工程应用状况良好。

12施工照片及附件

12.1海上PHCB施工照片

图12-1 海上PHC桩吊桩

图12-2运桩方驳船体加固及支垫

图12-3 海上PHC桩高应变检测