高樁碼頭PHC管樁裂縫原因分析及防治措施

湯渭清

摘 要：從PHC管樁制作、沉樁及使用等階段詳細(xì)分析了易導(dǎo)致該樁型出現(xiàn)裂縫的原因，同時對裂縫的檢測方法進(jìn)行了探討，最后提出了PHC管樁裂縫的具體防治措施，對高樁碼頭PHC管樁的裂縫防治工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭 PHC管樁 裂縫 防治措施

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（簡稱PHC樁）是預(yù)應(yīng)力技術(shù)與離心制管技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 在沿江沿海港口工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為高樁碼頭結(jié)構(gòu)最主要的樁基型式。然而PHC管樁在工程實(shí)踐中仍然發(fā)現(xiàn)會存在一些質(zhì)量通病問題，其中最突出的問題即為樁身的裂縫，因?yàn)镻HC管樁為環(huán)狀薄壁結(jié)構(gòu)且是碼頭結(jié)構(gòu)主要的受力單元，裂縫的存在對高樁碼頭結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營或使用壽命均存在一定的影響，因此有必要對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行探討，以便采取合理的應(yīng)對措施，提出防治辦法。

裂縫產(chǎn)生原因分析

1、生產(chǎn)工藝方面

PHC管樁是采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝，其工廠工藝流程一般為鋼筋切斷、墩頭→鋼筋籠編織→混凝土攪拌→混凝土喂料→預(yù)應(yīng)力張拉→離心成型→常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)→脫模及標(biāo)識→高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)→管節(jié)拼接。從PHC管樁整個生產(chǎn)工藝流程分析看，在這階段樁身裂縫產(chǎn)生的可能原因主要反映在以下幾個方面：①從離心成型機(jī)理可以看出，離心成型后的管樁管壁斷面是一種分層結(jié)構(gòu)，由混凝土層、砂漿層和凈漿層組成，因凈漿層的水灰比較大，干縮性大，又處于內(nèi)表面，很容易產(chǎn)生干縮裂縫，隨著管樁直徑和壁厚的增加，而凈漿層厚度隨之增加，干縮裂縫的深度也會加大，凈漿層存在的這種干縮裂縫在后期吊樁或沉樁過程中，可能會影響到管壁混凝土。②目前單根樁管節(jié)長度已能做到50米甚至更長，這對模板和離心旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)線的要求甚高，如工藝水平不高，很容易在管節(jié)離心成型過程中受到抖動，導(dǎo)致離心成型后的管節(jié)表面有裂縫產(chǎn)生。③離心成型后，在吊運(yùn)至養(yǎng)護(hù)槽的過程中，可能因受力不均勻或微小碰撞等問題導(dǎo)致尚未凝固的混凝土產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致裂縫及破損的產(chǎn)生。④高溫高壓蒸養(yǎng)后的混凝土管節(jié)出釜后的卸壓制度和降溫制度控制不當(dāng)，會造成管樁管壁內(nèi)外溫差過大，外表收縮過快而產(chǎn)生表面裂縫。

2、施工工藝方面

高樁碼頭PHC管樁多采用錘擊法沉樁，其原理是利用樁錘自由下落時的沖擊力錘擊樁頭，其所產(chǎn)生的能量克服土體對樁的側(cè)阻力和端阻力，導(dǎo)致樁土之間原有的靜力平衡體系失效，樁體隨之下沉，直到樁土之間達(dá)到一新的平衡，因此錘擊法沉樁過程也是樁土靜力平衡體系不斷被打破又不斷達(dá)到一新的平衡的過程。從錘擊沉樁裂縫產(chǎn)生機(jī)理可見，樁身裂縫的產(chǎn)生主要是錘擊過程中樁身應(yīng)力過大引起的，若樁體較長，樁尖土質(zhì)較差，最大拉應(yīng)力大多發(fā)生在打樁初期樁身中部一定范圍，約（0.3～0.7）倍樁長位置；當(dāng)樁尖土質(zhì)較硬時最大拉應(yīng)力一般發(fā)生在樁的上部，因此錘擊沉樁過程中的裂縫控制其實(shí)就是樁身錘擊應(yīng)力的合理控制。

裂縫檢測技術(shù)分析

PHC管樁裂縫檢測的方法主要有低應(yīng)變反射波法和高應(yīng)變測試法，對水上可見裂縫則直接采用目測法結(jié)合儀器設(shè)備檢測，對水下部分裂縫的檢測則多采用潛水探摸結(jié)合攝像開展。同時由于PHC 管樁特有的內(nèi)腔，使孔內(nèi)攝像技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到管樁裂縫檢測中。

1、動測法

低應(yīng)變法。目前，低應(yīng)變法已成為應(yīng)用最為廣泛的基樁裂縫檢測手段，其測樁輕便、速度快、操作簡單；相比高應(yīng)變，可以檢測到距樁頂較近部位的缺陷及輕微缺陷。但在碼頭PHC管樁裂縫檢測中也存在以下一些問題：①由于PHC 管樁獨(dú)特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)力波傳播途徑會多樣化，因此，當(dāng)出現(xiàn)平行于樁軸線的縱向裂縫時，應(yīng)力波極易繞射過去而無法檢測到。②由于應(yīng)力波反射法靠單一的波形特征來判斷樁的缺陷，但缺乏對缺陷程度的定量分析，因此不能定量給出裂縫寬度的準(zhǔn)確值。③當(dāng)?shù)? 裂縫缺陷較大時，會阻斷信號的上行與下達(dá)，增加深部裂縫缺陷的識別困難，特別是當(dāng)?shù)?缺陷為第1 缺陷的2 倍時更難以識別。④由于港口工程中應(yīng)用的PHC 管樁樁長與樁徑比值較大，且為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而低應(yīng)變反射波的錘擊能量較小，因此很難識別深部缺陷。

高應(yīng)變法。高應(yīng)變動力測試采用重錘錘擊，和低應(yīng)變法相比錘擊能量大，使得應(yīng)力波所能傳達(dá)的深度增大，可反映出樁身深部裂縫缺陷；高應(yīng)變測試時在PHC 管樁兩側(cè)對稱安裝1 對加速度傳感器和1 對力傳感器，不僅使測點(diǎn)布置合理、測試參數(shù)較多，而且使得樁身完整性檢測更加可靠。特別在判定樁身水平整合型裂縫、多道裂縫缺陷等情況時，能夠在查明缺陷是否影響豎向抗壓承載力的基礎(chǔ)上，合理判定裂縫缺陷程度。由于高應(yīng)變法動力測試數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量直接關(guān)系計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，正確采集信號是良好結(jié)果的前提條件。但影響采集信號的因素很多，如，樁頭處理好壞、錘擊位置及能量大小、傳感器安裝、外界干擾、儀器本身性質(zhì)等，都會影響數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量。此外由于高應(yīng)測試涉及錘擊系統(tǒng)，高應(yīng)變測試大都采用打樁船上的打樁錘錘擊，因此，對沉樁施工進(jìn)度有一定的影響，不可能大面積使用。

2、外觀調(diào)查檢測

外觀調(diào)查檢測只能對泥面以上PHC管樁的裂縫開展相關(guān)調(diào)查檢測工作，對于水面以上的裂縫可直接采用肉眼觀察，結(jié)合裂縫放大鏡、非金屬超聲波檢測儀等儀器檢測的方法進(jìn)行，可準(zhǔn)確讀取裂縫的寬度和深度情況。對于泥面以上水面以下PHC的管樁裂縫則可以采用水下探摸結(jié)合水下攝像的方法探明裂縫位置和缺陷程度，但水下探摸也受樁基所處河段的水文及水質(zhì)情況制約。

3、孔內(nèi)攝像法

孔內(nèi)攝像是一種較為直觀的基樁檢測方法，以空孔為觀察行進(jìn)通道，采用防水?dāng)z像頭、定位裝置及其配套設(shè)備按一定的速度對整根樁或樁身局部的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行觀察或拍攝，并記錄拍攝過程。通過對攝取圖像的現(xiàn)場觀察及后期逐幀觀察、分析，可識別樁身的缺陷位置、形式及大小，據(jù)此定量分析樁身的完整性并能準(zhǔn)確判定缺陷位置。該法能較為全面地觀察到低應(yīng)變檢測不能反映或難以判別的缺陷問題。具有檢測技術(shù)直觀、精確確定缺陷位置、定量分析缺陷等優(yōu)點(diǎn)?？梢?，這一方法對以上檢測方法而言也是一種很好的補(bǔ)充和驗(yàn)證，但同時也存在一些不足之處：對檢測環(huán)境要求較高、孔內(nèi)攝像支架較難固定、檢測速度較慢等。endprint

從以上各檢測技術(shù)的分析可以看出，各種裂縫檢測技術(shù)均有各自優(yōu)勢及適用范圍，單一的運(yùn)用某種檢測方法很難準(zhǔn)確識別PHC管樁的裂縫缺陷，甚至?xí)鹫`判，進(jìn)而影響工程的質(zhì)量。因此在對PHC管樁進(jìn)行裂縫檢測時，建議首先對樁身水面以上部位進(jìn)行全數(shù)外觀調(diào)查，并按照規(guī)范要求抽取一定比例的管樁進(jìn)行動測，對外觀調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的裂縫問題，如有必要對基樁水下部位進(jìn)行探摸檢測，以全面考察裂縫出現(xiàn)的范圍及其形態(tài)。對于沉樁過程中出現(xiàn)異常的樁，如低應(yīng)變檢測未能明確為完整樁或?qū)Φ蛻?yīng)變結(jié)果有懷疑時，則應(yīng)進(jìn)一步采用高應(yīng)變動測法予以驗(yàn)證，以防誤判，必要時可采用孔內(nèi)攝像等檢測技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步佐證。

裂縫防治措施

從以上分析PHC管樁裂縫產(chǎn)生的主要原因看，要預(yù)防PHC管樁裂縫的產(chǎn)生，可主要從以下幾個方面入手：①嚴(yán)格控制混凝土配合比，認(rèn)真選擇原材料，保證熟料混凝土生產(chǎn)的均勻性。②PHC管樁離心成型工藝已日趨成熟，制樁過程中主要預(yù)防的裂縫首先應(yīng)是溫差引起的收縮裂縫，這種溫差最可能發(fā)生在管樁常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后的脫模階段以及高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的降壓降溫階段，因此管樁經(jīng)常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后不應(yīng)立即拆模，而應(yīng)等混凝土溫度降至與室溫大致相當(dāng)后再拆模，經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后，應(yīng)建立合理的降壓降溫制度，逐級降溫降壓。③PHC管樁成品出廠前應(yīng)對樁身混凝土觀感進(jìn)行全數(shù)檢查，管樁運(yùn)至碼頭現(xiàn)場時還應(yīng)進(jìn)一步檢查，確保存在明顯裂縫的管樁不能用于碼頭建設(shè)工程中。④PHC管樁施打前要對區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行充分分析，搜集臨近碼頭的試樁資料，如地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是存在軟硬突變土層或預(yù)計貫入難度較大時，應(yīng)先行試樁，通過試樁確定合理的錘擊參數(shù)和停錘標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的樁墊錘墊。⑤當(dāng)錘擊沉樁過程中樁端未達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，但貫入度已滿足設(shè)計要求或樁端已達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，但貫入度仍較大等異常情況時不應(yīng)繼續(xù)盲目錘擊，而應(yīng)仔細(xì)分析地質(zhì)資料，并會同設(shè)計單位協(xié)商解決。⑥為加強(qiáng)PHC管樁的耐打性，可根據(jù)管節(jié)直徑大小適當(dāng)加密箍筋，同時在樁頂以下3-5m范圍每隔1-1.5m外加鋼抱箍，以預(yù)防縱向裂縫的發(fā)生，此外還可以在管樁混凝土中產(chǎn)摻加鋼纖維，也可起到很好的抗裂效果。⑦PHC管樁沉樁全部結(jié)束后，在橫梁現(xiàn)澆前對水面以上PHC管樁的裂縫情況開展一次全面普查，如存在裂縫，應(yīng)視裂縫開展的程度采用合適的檢測方法予以檢測，并視檢測情況給出具體修補(bǔ)措施，確保碼頭PHC管樁最終的使用質(zhì)量。

結(jié)語

在總結(jié)高樁碼頭PHC管樁制樁及施工工藝的基礎(chǔ)上，本文對PHC管樁在制樁及錘擊沉樁過程中可能產(chǎn)生裂縫的原因或機(jī)理進(jìn)行了初步的分析，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施。

PHC管樁裂縫檢測手段較多，但每種檢測方法均有其適用范圍，如單一的運(yùn)用某種檢測方法很難準(zhǔn)確識別PHC管樁的裂縫缺陷，甚至?xí)鹫`判，因此實(shí)際檢測過程中應(yīng)視裂縫的情況采取多種檢測手段聯(lián)合檢測，以掌握裂縫的程度，便于采取合理的處治措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王勇昌，李洪.PHC 樁在海港工程中的應(yīng)用[J].港工技術(shù).2005（9）：27-28.

[2] 劉翔，趙鵬.PHC 樁在天津港碼頭工程中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2005（12）：53-55

[3] 史佩棟.樁基工程手冊[M].人民交通出版社，2008

[4] 黃陽.孔內(nèi)攝像技術(shù)在PHC 管樁完整性檢測中的應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2005（9）：17-21

[5] 金舜，匡紅杰，周杰.我國預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的發(fā)展近況和方向[J].混凝土與水泥制品，2004（2）：27-29

（作者單位：江蘇省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局）endprint