樹脂錨固劑在預(yù)制管樁樁頭修復(fù)的應(yīng)用研究

陳翔宇 臧潤澤

（淮河能源電力集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000）

樁基施工過程中，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁頭經(jīng)常會(huì)因樁錘的反復(fù)打擊以及后期土方開挖過程使得樁頭部分的混凝土發(fā)生破壞，樁頭的損壞直接影響現(xiàn)場施工進(jìn)度及后期樁基檢測的效率。本文結(jié)合實(shí)際工程案例采用樹脂錨固劑材料對損壞的預(yù)制管樁樁頭進(jìn)行修復(fù)，相較于傳統(tǒng)高強(qiáng)度混凝土修復(fù)工藝節(jié)約了工期，提高了施工效率。

1 研究背景

隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，由于預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁具有施工快、強(qiáng)度高、單樁承載力高的特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于建筑工程、市政工程、道路工程等領(lǐng)域。然而預(yù)制管樁在施工過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生樁頭破損。破損的管樁樁頭在處理的過程中，很容易造成管樁報(bào)廢，這時(shí)就需要在報(bào)廢的管樁附近進(jìn)行重新打樁，此種做法不僅耽誤了工期，也提高了施工成本費(fèi)用，對整個(gè)樁基工程的施工質(zhì)量的也產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。因此，在現(xiàn)階段出現(xiàn)了破損樁修補(bǔ)技術(shù)，目前預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁樁頭修補(bǔ)的主流做法還是采取對樁頭破損部分進(jìn)行修復(fù)然后采取高強(qiáng)度混凝土灌漿的方法。

潘集電廠一期2×660mw機(jī)組工程主廠房、鍋爐房、冷卻塔、煙囪、輸煤棧橋、灰?guī)斓葏^(qū)域的地基基礎(chǔ)處理采用的是樁基基礎(chǔ)，樁型選擇為預(yù)制PHCΦ600-130-B型樁。樁基施工過程中由于部分預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁在施打過程或在后期土方開挖過程中，樁頭已發(fā)生破損，破損后的管樁樁頭，現(xiàn)場實(shí)體表現(xiàn)為鋼箍及端頭板損壞，樁頭混凝土破壞，不能進(jìn)行接樁。而在力學(xué)性能表現(xiàn)上則為整個(gè)管樁樁體的力學(xué)性能喪失。對于現(xiàn)場來說有兩種方法解決，一種是采取補(bǔ)樁的方法，施工方便，但成本較高，不經(jīng)濟(jì)。另外一種是采取樁頭修復(fù)工藝，成本低，但工藝相較復(fù)雜，高強(qiáng)度灌漿料齡期耗時(shí)長。由于現(xiàn)場施工工期緊張，又無定制的抱箍模具，采用傳統(tǒng)樁頭修復(fù)工藝修復(fù)樁頭也變得不可能。如要解決此問題的關(guān)鍵在于尋找到一種齡期短、強(qiáng)度高、與混凝土契合度高的修復(fù)材料及一套簡易立?？刹僮鞯姆椒ā?/p>

淮南地區(qū)作為全國重要的煤炭基地，煤化工發(fā)展較為迅速，體系成熟。其中煤化工產(chǎn)品樹脂錨固劑已被廣泛用在煤礦、隧道的頂板支護(hù)、井筒安設(shè)和建構(gòu)筑物的加固等方面，而且在高速公路修補(bǔ)、水電工程、預(yù)應(yīng)力錨桿加固、基礎(chǔ)生根、設(shè)備基礎(chǔ)及構(gòu)件錨固等領(lǐng)域都有應(yīng)用。由于樹脂錨固劑具有硬化時(shí)間快、穩(wěn)定性高、抗壓強(qiáng)度大，作為樁頭修復(fù)的材料來進(jìn)行使用成為可能。

1.1 預(yù)制樁頭破損的原因分析

以本工程為例，工程選用的是PHCΦ600-130-B型號的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁長18—21m，分為2節(jié)進(jìn)行施工，樁尖設(shè)計(jì)采用開口鋼板樁靴，樁靴長度為300mm，沉樁方式采用的是錘擊沉樁?，F(xiàn)場使用的施工機(jī)械D80筒式錘樁機(jī)和16.0t導(dǎo)桿錘樁機(jī)，送樁器為同一種，最大錘擊力控制在7000KN以下，錘擊能量控制在70—90KJ。工程地層結(jié)構(gòu)如下。

1）填土①素填土，成分以黏性土為主，夾建筑垃圾等。平均厚度0.64m；②淤泥：黑色、灰黑色，流塑，腐殖質(zhì)土。層厚0.20～0.60m，平均厚度0.29m。

2）黏土：主要成份為黏性土。平均厚度0.91m，層頂埋深0.20～1.20m，層頂標(biāo)高22.14～20.60m靜探試驗(yàn)錐尖阻力qc為1.17MPa（平均值，下同），標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為7.7擊（標(biāo)準(zhǔn)值，下同）；②黏土：主要成份為黏性土。平均厚度6.65m，層頂埋深0.50～6.10m，層頂標(biāo)高21.55～15.80m。靜探試驗(yàn)錐尖阻力為2.36MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為12.8擊。

3）粉質(zhì)黏土：主要成分為夾薄層粉質(zhì)黏土。一般層厚0.30～4.90m，平均厚度0.96m，層頂埋深3.40～9.10m，層頂標(biāo)高18.50～12.82m。靜探試驗(yàn)錐尖阻力為1.31MPa標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為7.6擊。

4）粉質(zhì)黏土：主要成分為粉質(zhì)黏土。平均厚度4.93m，層頂埋深8.10～12.20m層頂標(biāo)高14.19～7.5m。靜探試驗(yàn)錐尖阻力qc為1.78MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為9.5擊。

5）粉土：主要成分為夾薄層粉質(zhì)黏土與粉砂。平均厚度3.83m，層頂埋深12.80～21.30m，層頂標(biāo)高8.94～0.65m。靜探試驗(yàn)錐尖阻力為4.07MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為13.8擊。

6）細(xì)中砂：主要成分為長石、石英顆粒，其次為云母碎屑，局部夾薄層粉質(zhì)黏土及少量貝殼碎屑。該層在場地內(nèi)普遍分布層位較穩(wěn)定一般層厚5.40～18.50m平均厚度10.98m，層頂埋深17.00～24.80ms層頂標(biāo)高5.18～-2.85m靜探試驗(yàn)錐尖阻力qc為24.00MPa標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N為43.3擊。

7）粉質(zhì)黏土：主要成分為含云母碎屑和鐵錳質(zhì)結(jié)核夾薄層粉砂級少量貝殼碎屑局部夾姜結(jié)石。一般層厚3.00～12.70m平均厚度8.77m層頂埋深28.20～37.00m。層頂標(biāo)高-6.22～-15.23m。靜探試驗(yàn)錐尖阻力qc為4.74MPa標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)N為23.3擊。

8）粉細(xì)砂：主要成分為長石、石英，其次為云母碎屑、夾薄層粉質(zhì)黏土。一般層厚2.50～7.70m，平均厚度5.18m。層頂埋深41.50～48.70m層頂標(biāo)高-19.60～-26.67m。靜 探 式 驗(yàn) 錐 尖 阻 力q為18.53MPa標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)N為40.1擊。

根據(jù)地質(zhì)描述及現(xiàn)場的施工情況，這樣長度的PHC管樁的樁端進(jìn)入⑥持力層為不少于1.8m。D80筒式錘的總錘擊數(shù)在510擊，16.0t導(dǎo)桿錘的總錘擊數(shù)在380擊。特別在接近持力層最后10cm的左右，貫入度更小，錘擊數(shù)均大于100擊。而此時(shí)采取錘擊硬打工藝時(shí)，又無相關(guān)緩解錘擊能量的舉措，觀察到樁頭開始發(fā)生破損的現(xiàn)象。

通過現(xiàn)場樁的破損比例發(fā)現(xiàn)樁頭破損集中出現(xiàn)在16.0t導(dǎo)桿錘樁機(jī)打樁過程中，而D80筒式錘樁頭破損率低。地形平坦的地方的樁頭破損率要低于地形高低不平的區(qū)域。施工過程中，現(xiàn)場施工加裝樁帽的沉樁破損率低于不加樁帽的沉樁。XX和品牌的樁材的樁頭破損率低于XX華品牌。從而可以推斷本工程預(yù)應(yīng)力PHC管樁樁頭發(fā)生破損的主要原因有。

1）樁身本體質(zhì)量存質(zhì)量隱患，管樁廠家在生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁時(shí)，在澆筑過程、離心過程及養(yǎng)護(hù)過程中存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致樁的端頭部分有縫隙未密實(shí)的現(xiàn)象，當(dāng)錘擊樁頭時(shí)，樁頂很容易會(huì)發(fā)生粉碎性破壞。

2）現(xiàn)場施工人員在送樁的過程未調(diào)正樁機(jī)，重新校核送樁器的垂直度，在擊打的過程中容易造成偏心，導(dǎo)致樁頭端部發(fā)生破壞。

3）打樁機(jī)械選擇不合理，受力不均，導(dǎo)致樁頭發(fā)生破壞。

4）送樁管底端未安裝樁帽，無樁帽的送樁管更難控制樁錘的錘擊應(yīng)力與樁管中心軸線吻合，容易導(dǎo)致樁頭被打碎。

1.2 傳統(tǒng)樁頭修復(fù)工藝的方法

預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁樁頭發(fā)生破損后，傳統(tǒng)的修復(fù)的工藝步驟如下。

1）使用手動(dòng)機(jī)械對樁頭破損位置的抱箍模具進(jìn)行鑿除，露出樁頭鋼筋并用清水將鑿毛位置清理干凈；2）將端頭板與鋼抱箍、預(yù)留管樁鋼筋進(jìn)行焊接；3）鑿毛管樁內(nèi)壁，設(shè)置通氣空并緊固；4）澆筑高強(qiáng)度混凝土，放置7d后成型。

在該方法修復(fù)過程中，鋼抱箍內(nèi)的高強(qiáng)混凝土與受損管樁通過預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固力與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)力和摩擦力相結(jié)合，可以起到共同受力的作用，從而達(dá)到可再次有效沉樁的目的。

2 樹脂錨固劑組成及應(yīng)用樁頭修復(fù)實(shí)施方式

2.1 樹脂錨固劑的組成

樹脂錨固劑是由不飽和樹脂、大理石粉、促進(jìn)劑、固定劑和輔料配置而成的粘稠狀化學(xué)錨固粘接制品。常用的樹脂錨固劑主要由樹脂膠泥和固化劑兩部分組成。樹脂膠泥在樹脂錨固劑占比權(quán)重最大，其主要成分為不飽和樹脂、大理石粉和促進(jìn)劑。

2.2 樹脂錨固劑的特點(diǎn)

1）樹脂錨固劑承載速度快，其錨固性能與鋼筋預(yù)埋件錨固性能相似。具有固化時(shí)間快（速度可調(diào)）、強(qiáng)度增長快、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。安裝后不僅能及時(shí)承受荷載，而且錨固力大。

2）樹脂錨固劑適應(yīng)性強(qiáng)，粘接對象范圍廣?？梢哉辰赢愋?，復(fù)雜的大薄板結(jié)構(gòu)，也可錨固各種木材、金屬、玻璃等剛性物體。

3）具有良好的疲勞強(qiáng)度?？蓮V泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固、巖石支護(hù)、設(shè)備基礎(chǔ)固定、大壩裂縫修補(bǔ)及高層建筑外墻石材干掛、金屬或幕墻框架安裝固定。

4）樹脂錨固劑耐久強(qiáng)度高，容易儲(chǔ)存。樹脂錨固劑由樹脂膠泥與錨固劑兩部分組成，分隔包裝成卷形，使用時(shí)兩部分進(jìn)行攪拌混合，反應(yīng)后固化，可以長期保持強(qiáng)度和外觀不發(fā)生改變。不攪拌時(shí)可儲(chǔ)存3個(gè)月，易儲(chǔ)存，施工較為方便。

2.3 樹脂錨固劑作用機(jī)理

樹脂錨固劑作用機(jī)理實(shí)際是放熱反應(yīng)過程?？偣部梢苑譃?個(gè)階段：1）凝膠階段。固化劑、促進(jìn)劑與樹脂錨固劑拌合開始到錨固劑變成軟膠狀態(tài)，反應(yīng)放熱；2）硬化階段。錨固劑膠泥由軟膠狀態(tài)變成固體狀態(tài)，反應(yīng)速率加快，持續(xù)放熱。完全固化階段。膠泥變硬后，硬度持續(xù)發(fā)展至不再發(fā)生變化；3）樹脂錨固劑會(huì)因不飽和聚酯樹脂發(fā)生了聚合反應(yīng)而固化。

2.4 樁頭修復(fù)工藝與操作流程

工藝流程：樁面整平清潔→安裝柔性鋼圈→拌合樹脂膠泥及固化劑→找平→安裝端頭板→養(yǎng)護(hù)。

1）樁面整平清潔，將已截樁面凹凸部分進(jìn)行清理，并用清水進(jìn)行清潔。

2）安裝鋼圈，如圖1所示，清潔完成后套上已制鋼圈，外圈鋼板厚大于等于2mm，高度不少于200mm。

圖1 鋼圈安裝

內(nèi)圈鋼板已高度為200mm，厚度為0.5mm的彩鋼板，套上后以水平尺找平且鋼圈頂標(biāo)高與樁面高差不少于50mm。

3）拌合樹脂膠泥及固化劑，將高強(qiáng)度不飽和樹脂膠泥和固化劑按比列調(diào)制往找平好的樁面澆筑并且整平，如圖2所示。

圖2 樹脂錨固劑拌合澆筑

4）找平，使用水平尺對樹脂錨固劑修補(bǔ)后的樁面進(jìn)行找平，如圖3所示。

圖3 水準(zhǔn)尺找平

5）安裝端頭板，將端頭板安裝在修補(bǔ)后的樁面上，如圖4所示。

圖4 端頭板安裝及養(yǎng)護(hù)

6）養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間約24h，24h后樹脂錨固劑整體強(qiáng)度達(dá)到60Mpa，最大強(qiáng)度可達(dá)75Mpa。

本工程應(yīng)用的樁頭修復(fù)工藝方法相較于傳統(tǒng)的樁頭修復(fù)方法，就地取材使用柔性鋼圈根據(jù)樁頭的外徑和內(nèi)徑立模，這樣就不用根據(jù)不同樁頭破損的位置制作不同的鋼箍模具大大節(jié)約了模具的制作時(shí)間，由于拌合的樹脂膠泥及錨固劑呈膠體狀可以有效與清潔后的樁頭和端頭板有效契合，不用使用植埋入預(yù)應(yīng)力鋼筋就可以有效的跟破損管樁形成一體，共同受力。

2.5 影響樁頭修復(fù)的施工因素

破損管樁頭部鑿毛清理后混凝土與樹脂膠泥及錨固劑拌合物的黏結(jié)密實(shí)度緊密程度直接影響樁體的整體受力。樁頭下部已受損混凝土與樹脂錨固劑貼合得越緊密，越能避免結(jié)合面上的應(yīng)力集中，從而提高了樁頭的耐擊打性。

因此在對破損樁頭的混凝土面進(jìn)行鑿毛清理時(shí)，越應(yīng)該精耕細(xì)作，避免因?yàn)閿_動(dòng)，造成混凝土清理面裂縫的出現(xiàn)。必要時(shí)，可以使用高壓水槍進(jìn)行黏結(jié)面的處理。

樹脂膠泥及錨固劑必須按照設(shè)計(jì)比例進(jìn)行拌合，施工過程中拌合的比例效果將直接影響樁頭的修復(fù)質(zhì)量。

在端頭板安裝時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注安裝的平整度，使用的水平尺需經(jīng)過校核，對于不平整的方向需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。避免因端頭板不平齊導(dǎo)致樁頭受力不均再次發(fā)生樁頭破損。

2.6 有益效果

傳統(tǒng)的修復(fù)工藝是在破損部分采用高強(qiáng)度混凝土灌漿的施工方法，此種施工方法需經(jīng)7d后，強(qiáng)度才能滿足要求。而膠泥與樹脂錨固劑拌合物具有凝膠時(shí)間短，硬化速度快，抗壓強(qiáng)度高、與混凝土制品易結(jié)合的特點(diǎn)。24h過后強(qiáng)度就可以達(dá)到60Mpa，完全滿足實(shí)驗(yàn)及使用要求，將樹脂錨固劑應(yīng)用在預(yù)制管樁樁頭修復(fù)上，不僅提高了檢測效率，也大大縮短了樁基基礎(chǔ)修復(fù)處理時(shí)間，為下道工序承臺(tái)基礎(chǔ)的施工創(chuàng)造了有利的條件。

在潘集電廠一期2×660mw機(jī)組工程實(shí)際應(yīng)用中鍋爐房樁基工程通過使用樹脂膠泥及錨固劑修補(bǔ)樁頭26個(gè)，24h后現(xiàn)場回彈強(qiáng)度全部大于60Mpa，并經(jīng)高應(yīng)變實(shí)驗(yàn)檢測過后，現(xiàn)場無一樁頭及樁身發(fā)生損壞。

3 結(jié)語

利用樹脂膠泥及錨固劑和柔性鋼圈定模進(jìn)行修復(fù)的破損管樁頭，通過高應(yīng)變實(shí)驗(yàn)證明完全達(dá)到了正常PHC管樁的承載力要求。實(shí)踐證明，樹脂錨固劑的應(yīng)用在預(yù)制管樁樁頭修復(fù)的應(yīng)用大大節(jié)約了修復(fù)時(shí)間，縮短了處理工期，為下道工序承臺(tái)基礎(chǔ)的施工，創(chuàng)造了有利條件。樹脂錨固劑在預(yù)制管樁樁頭修復(fù)處理具有一定的原創(chuàng)性，屬于首次將化工產(chǎn)品材料樹脂錨固劑成功應(yīng)用到預(yù)制管樁的修復(fù)技術(shù)上，為其他同類預(yù)制管樁樁基工程樁頭修復(fù)處理提供了參考借鑒價(jià)值。