PHC管樁樁頭缺陷補強或修復(fù)加固技術(shù)探討

支銘偉

（江蘇為行環(huán)境科技有限公司，江蘇泰州 214500）

0 引言

PHC管樁由于單樁承載力高、機械化施工程度高、樁徑種類多樣及地質(zhì)條件適應(yīng)性強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利、市政等各個領(lǐng)域。

雖然管樁預(yù)制和施工工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，但PHC管樁預(yù)制質(zhì)量有好壞、沉樁技術(shù)水平良莠不齊及地質(zhì)條件復(fù)雜等原因也經(jīng)常會發(fā)生管樁樁頭破損或者局部樁身開裂的情況。在工程施工中遇到此類情況是直接報廢，然后通過設(shè)計變更進行補樁或者因無合適樁位補樁而改變工程結(jié)構(gòu)或施工工藝等，導(dǎo)致工程成本增加、工期延長、工程使用功能降低，同時也留下一定的安全隱患。因此，科學(xué)合理的樁頭修復(fù)方法不但可以加快施工進度，保證質(zhì)量，也可各方受益。

1 研究背景及原因分析

1.1 研究背景

泰州港靖江港區(qū)地處長江三角洲江蘇省靖江市境內(nèi)，長江下游北岸。靖江港區(qū)擁有長江岸線52.3km，區(qū)位優(yōu)勢明顯，溯江而上，距南京約190km，順流而下，至上海約100km，北依遼闊的蘇北大平原，南與江陰市、張家港市隔江相望，是長江下游一個重要的對外口岸。隨著長江岸線的開發(fā)，近年來靖江市對內(nèi)港池的建設(shè)尤為重視。

靖江港區(qū)內(nèi)港池多采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，樁基采用B型PHC管樁。根據(jù)2007～2015年靖江港區(qū)新港作業(yè)區(qū)碼頭（一期）內(nèi)河泊位（320根）、新港作業(yè)區(qū)碼頭（二期）內(nèi)河泊位（320根）、下青龍港港池碼頭工程東區(qū)（357根）、下青龍港港池碼頭工程西區(qū)（400根）和尚港內(nèi)港池碼頭工程（753根）等5個碼頭單位工程共計2150根PHC管樁沉樁匯總情況來看，樁頭缺陷主要有二種典型破壞形式，一種是混凝土粉碎性破壞，另一種是裂縫破壞，其中前者占整個破壞比例的90%以上。

1.2 原因分析

造成管樁樁頭缺陷的原因有很多，主要分為以下幾類：

（1）PHC管樁預(yù)制質(zhì)量問題：出現(xiàn)盆碟狀端頭板、端板與樁身不垂直、墩頭凹出端板面、鋼套箍與樁身結(jié)合處漏漿、樁頭內(nèi)部有空洞或蜂窩等；在管節(jié)生產(chǎn)過程中，已產(chǎn)生縱向微細裂縫的管節(jié)未被發(fā)現(xiàn)而混入合格品之中。

（2）地質(zhì)條件：地質(zhì)條件突變（上軟下硬，軟硬突變），導(dǎo)致樁身承受的拉應(yīng)力超過樁的預(yù)應(yīng)力值；

（3）沉樁技術(shù)水平：樁錘偏大導(dǎo)致樁錘錘擊力過大、錘擊速度過快；樁身及樁位傾斜率超過規(guī)范要求。

上述幾個方面的原因造成在沉樁過程中應(yīng)力集中，導(dǎo)致PHC管樁樁頭破損或者局部樁身開裂。

2 缺陷修復(fù)方案選擇

樁頭出現(xiàn)缺陷后，先分析PHC管樁破損程度、破損樁頭所在樁節(jié)、沉樁的錘擊數(shù)，再結(jié)合施工區(qū)域水文地質(zhì)情況和樁機、錘型號，最終確定修補方案。缺陷修復(fù)方案主要針對于樁頭破損而樁身無明顯缺陷或局部裂縫的情況，對于樁身大面積破損需要經(jīng)設(shè)計單位重新設(shè)計確定補樁方案的不在本文研究范圍內(nèi)。

3 缺陷修復(fù)

3.1 環(huán)氧樹脂混凝土補強

3.1.1 補強思路

對于破損部分考慮截除，由于截樁后的樁長不滿足設(shè)計樁長要求，需要另配一節(jié)短樁進行接長處理，而且下節(jié)樁樁頭需要滿足強度和能提供連接端板二項要求。根據(jù)補強思路，決定在截除后的樁頭加鋼抱箍和連接端面板以滿足接樁要求，在鋼抱箍內(nèi)澆高強環(huán)氧混凝土以滿足強度要求，具體補強方案見圖1。

3.1.2 施工流程

樁頭處理→樁頂面處理→制作樁芯吊籠→安放法蘭盤→鋼抱箍安裝→樁芯填充→待強度達要求后繼續(xù)沉樁。

3.1.3 施工方法

圖1 管樁樁頭補強方案

將樁頂破損部位及有裂紋的樁頭利用切割機如切除（見圖2），切除樁頂?shù)耐瑫r保留原有的樁主筋，主筋長度預(yù)留長度約為5cm；用砂輪打磨樁頂面，用水平尺校準樁頂面的水平度；吊籠底板比標(biāo)準樁孔略小，放置吊籠底板前將樁孔內(nèi)浮漿清除。吊籠及底板中心預(yù)留一個5～10cm的塑料管作為通氣孔；將新的法蘭盤與樁頂預(yù)留主筋進行焊接，法蘭盤距離樁頂面約3～5cm，法蘭盤安裝時用水平尺控制其頂面平整度；法蘭盤安放好后，在樁頂上加一個約50cm長的鋼抱箍，抱箍厚約5mm，并將抱箍與法蘭盤電焊連接；現(xiàn)場用高強環(huán)氧樹脂、同制樁的水泥和級配的石子拌制（比例為：1:1:2.5）環(huán)氧混凝土，再將環(huán)氧混凝土填充至樁芯中，并用鋼筋搗實，邊填充邊搗實。

圖2 破損樁頭截除

3.1.4 注意事項

環(huán)氧混凝土填充完畢后，檢查法蘭盤與混凝土間是否有空隙，發(fā)現(xiàn)空隙及漏漿情況后及時處理；待環(huán)氧混凝土達到強度，并控制在修補好樁頭后36h以后才能后續(xù)接樁施打；修補后的樁頭施打時要加10cm厚的緩沖墊，先采取重錘低擊15～20次后，看到樁身開始活動了，再按常規(guī)方法將樁打入。

3.2 化學(xué)灌漿+碳纖維布修復(fù)加固

3.2.1 修復(fù)加固思路

若樁身局部出現(xiàn)裂縫，經(jīng)小應(yīng)變檢測，樁身完整性檢測屬Ⅱ類樁。此類樁缺陷如位于水位變動區(qū)，必須要先對裂縫進行處理，才能滿足耐久性要求。同時利用碳纖維布先進復(fù)合材料，強化與原有樁構(gòu)件協(xié)同工作，從而加固補強及改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能。修復(fù)加固方案如下：對樁身裂縫先進行灌漿處理，其次對受損部位涂刷CH環(huán)氧混凝土浸漬材料浸漬，再對樁表面進行豎向粘貼二層和橫向粘貼碳纖維布一層加固處理，最后在表面噴涂CH高耐候性氟碳防碳化老化涂層材料進行保護處理。

3.2.2 施工流程

裂縫處理→表面處理→粘貼碳纖維→表面防護

3.2.3 施工方法

對縫寬大于或小于0.5mm的裂縫都采取壓力注漿處理，對微細裂縫和空隙采用浸漬材料涂刷表面滲透封閉，以恢復(fù)混凝土對鋼筋的握裹力及混凝土的整體強度。

待混凝土裂縫灌漿材料凝固后，拆除灌漿管并表面打磨，用風(fēng)將表面打磨留下的灰塵吹干凈，配制CH環(huán)氧混凝土浸漬材料，配比為A:B=4:1（重量比）。攪拌均勻后對其受損混凝土部位均勻噴涂或涂刷，覆蓋整個混凝土表面。

4 工程實例應(yīng)用

實例1：靖江港區(qū)新港作業(yè)區(qū)碼頭（一期）內(nèi)河泊位，樁型φ800B型PHC管樁，樁編號20E，設(shè)計樁長40m（分15+15+10三節(jié)），設(shè)計樁頂標(biāo)高+2.13。樁頭破損發(fā)生在中節(jié)樁，貫入度為18mm，總錘擊數(shù)785。處理方案：將破損段截除1.3m，采用環(huán)氧樹脂混凝土補強對接頭進行處理，待環(huán)氧混凝土達到強度后繼續(xù)接樁施打。最終樁長39.2m，貫入度為5mm，總錘擊數(shù)1485，單樁極限承載力4875kN，樁身完整性Ⅰ類。雖然樁長短了0.80m，但樁身完整性和單樁極限承載力均滿足要求。

實例2：下青龍港港池碼頭工程東區(qū)，樁型φ800B型PHC管樁，樁編號J12B，設(shè)計樁長39m（分15+14+10三節(jié)），設(shè)計樁頂標(biāo)高+2.25。沉樁過程中未出現(xiàn)異常，在小變應(yīng)變檢測時發(fā)現(xiàn)樁頂向下1m處存在缺陷，樁身完整性判定為Ⅱ類樁。雖然Ⅱ類樁對樁的使用沒有影響，但考慮到缺陷位于水位變動區(qū)，仍考慮對此樁按化學(xué)灌漿+碳纖維布修復(fù)加固，見圖3。修復(fù)完使用至今，碼頭未出現(xiàn)異常。

圖3 樁身包裹碳纖維布

5 結(jié)論與建議

通過分析和工程實例使用，形成PHC管樁樁頭缺陷補強或修復(fù)加固行之有效而且可靠的處理方案，解決PHC管樁因樁頭缺陷而導(dǎo)致重新進行補樁而引發(fā)的技術(shù)和經(jīng)濟難題。在施工中遇到樁頭缺陷可借鑒使用，在保證質(zhì)量、降低成本、加快進度和確保安全等問題上均具有良好效果。