碼頭預(yù)應(yīng)力管樁裂縫檢測(cè)及修補(bǔ)加固工藝探討

魏小明

摘 要：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，在碼頭工程得到廣泛使用。然而在制造、施工及服役使用中，管壁極易產(chǎn)生裂縫，對(duì)大直徑PHC管樁而言，其裂縫樁的出現(xiàn)概率5%～30%，較大的裂縫會(huì)降低管樁的承載力和耐久性，本文以長(zhǎng)江中游某碼頭的管樁裂縫檢測(cè)和修補(bǔ)加固工藝為例，進(jìn)行了實(shí)踐和探討。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力管樁；裂縫；檢測(cè)；修補(bǔ)加固

中圖分類號(hào)：U655.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）2-0058-02

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（簡(jiǎn)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，自上世紀(jì)80年代引入中國(guó)以來，在碼頭工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為高樁碼頭結(jié)構(gòu)最主要的樁基型式。然而PHC管樁在工程使用中仍然發(fā)現(xiàn)存在一些質(zhì)量技術(shù)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(duì)高樁碼頭結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)或使用壽命存在一定的影響，因此有必要對(duì)裂縫產(chǎn)生的管樁進(jìn)行修補(bǔ)，避免建設(shè)碼頭投資效益的損傷和浪費(fèi)。

1 工程概況

某5000DWT件雜泊位碼頭，結(jié)構(gòu)形式為高樁梁板式。樁基前沿方向布置Φ1000鋼管直樁，后沿方向布置叉樁（斜樁為Φ1000-B型PHC管樁+Φ800δ16鋼管樁的組合樁）。組合樁碼頭部分設(shè)計(jì)管節(jié)長(zhǎng)度為43.5～50m，其中鋼管節(jié)部分長(zhǎng)為6m。

樁基工程在中水位經(jīng)打樁船沉樁完工后，發(fā)現(xiàn)PHC管樁出現(xiàn)了較多的豎向裂縫。為查實(shí)PHC樁出現(xiàn)裂縫的具體數(shù)量和相關(guān)參數(shù)，委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)碼頭樁基水面以上部分裂縫進(jìn)行了檢測(cè)。

2 樁基裂縫檢測(cè)情況及處理原則

經(jīng)檢測(cè)，該工程PHC樁無橫向裂縫，均為豎向裂縫。發(fā)現(xiàn)豎向裂縫的有114根樁，累計(jì)裂縫長(zhǎng)度677.94m。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)裂縫寬度最大為0.23mm；其中0.2mm寬度以上的裂縫6條，累計(jì)長(zhǎng)度約34.07m；0.15mm～0.2mm寬度的15條，累計(jì)長(zhǎng)度62.58m；其余均在0.15mm以下。PHC樁出現(xiàn)1條豎向裂縫的樁有79根，出現(xiàn)2條豎向裂縫的樁有28根，出現(xiàn)3條和3條以上豎向裂縫的樁有7根。

對(duì)沉樁施工工藝、沉樁記錄及裂縫出現(xiàn)的位置綜合分析，PHC管樁豎向裂縫出現(xiàn)的主要原因是錘擊應(yīng)力造成的疲勞損傷，由于條件限制，未做高應(yīng)變檢測(cè)及裂縫深度檢測(cè)，查看全部PHC管樁低應(yīng)變完整性樁基檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)斷樁。

PHC管樁空心構(gòu)造減少了混凝土之間的有效粘結(jié)面積，裂縫恢復(fù)能力較低，表面裂縫恢復(fù)值隨裂縫寬度增大而增大，但裂縫恢復(fù)率隨裂縫寬度增大而減小，PHC樁外表面裂縫恢復(fù)率一般在50%以下。裂縫出現(xiàn)的位置位于長(zhǎng)江歷年水位變動(dòng)區(qū)，對(duì)碼頭的耐久性產(chǎn)生不利影響，為了提高碼頭的耐久性，確保結(jié)構(gòu)安全，對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)十分必要。

3 修補(bǔ)依據(jù)

（1）《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）。

（2）《港口水工建筑物修補(bǔ)加固技術(shù)規(guī)范》（JTS311-2011）。

（3）《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS151-2011）。

4 修補(bǔ)總體思路及施工工藝

裂縫寬度≥0.2mm：化學(xué)灌膠法先對(duì)裂縫進(jìn)行處理，然后繞樁周以螺旋狀全裂縫長(zhǎng)度粘貼兩層碳纖維布進(jìn)行加固，最后采用防腐涂裝防護(hù)；裂縫寬度<0.2mm：封閉法修復(fù)，對(duì)裂縫切“U”型槽封閉，然后間隔1m繞樁周間斷粘貼兩層碳纖維布進(jìn)行加固，最后采用防腐涂裝防護(hù)；修補(bǔ)時(shí)機(jī)為最低水位時(shí)，逐根對(duì)最低水位以上PHC管樁樁基范圍內(nèi)的裂縫補(bǔ)充檢測(cè)，然后按照實(shí)際裂縫長(zhǎng)度進(jìn)行修補(bǔ)。

4.1 封閉法修復(fù)

施工工藝如下：①采用機(jī)械或人工方法， 沿裂縫走向騎縫鑿深度不小于30mm 和寬度不小于 20mm 的 U 型凹槽；②清除槽內(nèi)松散層、 油污、 浮灰及其它不牢附著物；③在槽內(nèi)的混凝土表面刷涂界面粘結(jié)材料；④刷涂界面粘結(jié)材料后，2小時(shí)內(nèi)用聚合物砂漿對(duì)待修復(fù)面進(jìn)行填充修復(fù)；⑤聚合物砂漿填充完，在砂漿表面灑水養(yǎng)護(hù)；⑥對(duì)裂縫處理部位進(jìn)行打磨修整；⑦裂縫封閉法修復(fù)工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→沿裂縫走向鑿U型槽→清洗U型槽→U型槽內(nèi)涂刷界面劑→聚合物砂漿填充修補(bǔ)→裂縫修補(bǔ)表面打磨修平→養(yǎng)護(hù)；⑧施工質(zhì)量要求：“U”形槽的寬不小于 2cm、深度不小于 3cm；涂刷膠液前，應(yīng)保證”U”形槽干凈；聚合物砂漿的固化時(shí)間保持在 2 個(gè)小時(shí)內(nèi)。

4.2 化學(xué)灌膠法修復(fù)

施工工藝如下：①清除混凝土裂縫表面松散物和縫內(nèi)異物；②按 200～500mm 間距設(shè)置灌漿嘴。裂縫的端部和裂縫交叉處均應(yīng)埋設(shè)灌漿嘴；③埋設(shè)灌漿嘴采用結(jié)構(gòu)膠粘貼法；④對(duì)裂縫進(jìn)行封縫處理后，進(jìn)行壓氣檢查灌漿嘴的連通和密封效果；⑤按試驗(yàn)配比準(zhǔn)確稱量配置灌漿液，根據(jù)灌漿液的固化時(shí)間和灌漿速度隨配隨用；⑥按豎向縫自下而上、水平縫自一端向另一端的順序進(jìn)行壓力灌漿，灌漿壓力為0.2～0.4MPa；⑦待漿液固化后，拆除灌漿嘴，并對(duì)混凝土表面進(jìn)行修整，打磨平整。⑧壓力灌膠工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→清除裂縫松散物和異物→埋設(shè)灌漿嘴→封縫處理并進(jìn)行密封效果→配置灌漿膠液→壓力灌入結(jié)構(gòu)膠液→膠液固化后拆除灌漿嘴→修補(bǔ)后的裂縫表面修平。

4.3 碳纖維布加固

在裂縫部位修復(fù)完成后，采用粘貼碳纖維布的方法進(jìn)行維修加固處理，樁周粘貼兩層碳纖維布。

4.3.1 施工準(zhǔn)備

對(duì)所使用碳纖維片材、配套樹脂、機(jī)具等作好施工前的準(zhǔn)備工作。

4.3.2 混凝土表面處理

將PHC樁表面打磨平整，清除表面浮灰并保持干燥。

4.3.3 涂刷底膠

按照產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制底膠，然后采用滾筒刷將底膠均勻涂抹于混凝土表面，底膠表面指觸干燥后，立即進(jìn)行下一道工序的施工。若當(dāng)天未粘貼碳纖維布時(shí)，第二日應(yīng)用干布擦拭已固化的底膠表面，并讓其自然風(fēng)干后才可進(jìn)行下一道工序，底膠涂刷面邊界應(yīng)不小于所粘貼的碳纖維布范圍。endprint

4.3.4 找平處理

對(duì)混凝土表面凹陷部位用修補(bǔ)膠填補(bǔ)平整，不留棱角。待找平材料指觸干燥后進(jìn)行下一道工序的施工。

4.3.5 粘貼碳纖維布

（1）按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布。碳纖維布須避免在運(yùn)輸、放置、裁剪及粘貼過程中受彎折或浸水。

（2）按工藝規(guī)定配制膠材，根據(jù)粘接膠的標(biāo)準(zhǔn)用量，計(jì)算出所涂布面積的需用量，視現(xiàn)場(chǎng)氣溫等實(shí)際情況，確保在使用期內(nèi)一次用完，按粘接膠使用說明規(guī)定的比例把粘接膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動(dòng)攪拌器攪拌均勻。

（3）用干燥的滾筒將浸漬膠均勻涂刷于構(gòu)件表面，進(jìn)行下層樹脂作業(yè)。300g/m2的纖維片，用量約500～600g/m2，作業(yè)方式同涂刷底膠。

（4）粘貼碳纖維布于下層樹脂上，用專用的滾筒在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復(fù)碾壓，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接。及時(shí)檢查有無未密合現(xiàn)象，若有，則以美工刀順纖維方向剪開，充分注滿樹脂后壓平。最后采用氣囊頂壓法對(duì)碳纖維布表面進(jìn)行處理，保證碳纖維布粘貼牢固。

（5）碳纖維片材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面方法來判斷，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)低于95%。如有空鼓現(xiàn)象應(yīng)加以相應(yīng)處理：用刀片將碳纖維布劃開，然后采用注射器針管將調(diào)制好的粘接膠注入空鼓或氣泡內(nèi)填充至密實(shí)。

（6）養(yǎng)護(hù)。粘貼碳纖維布后需自然養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，以達(dá)到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

（7）粘貼碳纖維布施工工藝流程如下。施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→涂底膠→用修補(bǔ)膠對(duì)構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)→貼碳纖維布→養(yǎng)護(hù)固化→工程驗(yàn)收。

4.4 表面防護(hù)

在粘貼碳纖維并形成復(fù)合材料凝膠固化后，在復(fù)合層表面施加防腐涂層，厚度為390μm。

5 修補(bǔ)后檢查

碼頭PHC管樁檢測(cè)列明的裂縫按修補(bǔ)加固工藝施工完成后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步驗(yàn)收后委托專業(yè)檢測(cè)單位進(jìn)行裂縫檢查，并出具修補(bǔ)報(bào)告，報(bào)告顯示修補(bǔ)前后對(duì)比照片，修補(bǔ)效果比較理想。

6 體會(huì)及建議

低應(yīng)變檢測(cè)因輕便、快捷在碼頭PHC管樁質(zhì)量檢測(cè)中廣泛使用，但靠單一的波形特征，難以對(duì)豎向裂縫的判斷和缺陷的定量分析，并對(duì)管樁結(jié)構(gòu)型深長(zhǎng)的樁基部位缺陷難以識(shí)別，可以利用小波分析法識(shí)別裂縫缺陷的準(zhǔn)確性進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，避免難以水下目測(cè)的管樁裂縫等缺陷發(fā)現(xiàn)的難題。

PHC管樁裂縫的控制在于預(yù)防，大面積沉樁完成后再進(jìn)行處理，修補(bǔ)方案選擇性小，技術(shù)難度增加，處理效果難以全面檢測(cè)，因此，管樁在進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收和沉樁施工過程，應(yīng)該對(duì)表面仔細(xì)觀察，因?yàn)樗?、潮汐等外界影響暫時(shí)無法查看，等待低水位，一定應(yīng)及時(shí)查看管樁表面是否有裂縫等破損，做到早發(fā)現(xiàn)早防止早處理。

建議每年低水位時(shí)期，或水下采用CCTV攝像，觀測(cè)管樁完成加固處理的表面變化，檢查樁周是否有新的裂縫出現(xiàn)，對(duì)新出現(xiàn)的裂縫必要時(shí)進(jìn)行再次檢測(cè)評(píng)估，防止管樁施工遺留的混凝土裂縫造成對(duì)碼頭正常使用的較大影響。

7 結(jié)論

以本工程為例，對(duì)PHC管樁裂縫工后的修補(bǔ)加固，在檢測(cè)和工藝方法方面逐漸成熟，滿足了管樁耐久性使用的要求，為類似碼頭施工出現(xiàn)的裂縫質(zhì)量問題提供了解決的思路和實(shí)踐，亦為老舊碼頭項(xiàng)目改造和升級(jí)，提供了可借鑒的方案。

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