PHC管樁裂縫分析及處理辦法

PHC管樁裂縫分析及處理辦法劉忠友【摘要】在總結(jié)多個建筑物管樁裂縫的基礎(chǔ)上，分析大直徑PHC管樁出現(xiàn)豎向裂縫的機理，提出整改建議,同時給出修補裂縫的辦法.【期刊名稱】《水運工程》【年(卷)，期】2008(000)006【總頁數(shù)】4頁(P133-136)【關(guān)鍵詞】PHC樁;裂縫;打樁;修補【作者】劉忠友【作者單位】中交第二航務(wù)工程局有限公司第三工程公司，江蘇鎮(zhèn)江,212003【正文語種】中文【中圖分類】U655.54+4.1在多個大直徑PHC管樁作基礎(chǔ)的樁基碼頭、橋梁工程施工中，發(fā)現(xiàn)一個比較普遍的問題，即管樁豎向裂縫問題，而且隨著管徑的增大，PHC管樁出現(xiàn)裂縫的概率也相應(yīng)增加。這一問題的存在嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量，處理起來傷財勞心，而且效果不是很理想。由于管樁在理論計算方面牽涉到很多的未知方面，下面主要定性分析一下大直徑PHC管樁產(chǎn)生豎向裂縫的原因。近年來，結(jié)構(gòu)中采用的大直徑PHC管樁普遍存在管壁豎向裂縫問題，裂縫樁的出現(xiàn)概率占全部樁基的5%~30%，最大的超過40%。裂縫基本與樁軸線平行，有的為表面裂縫，有的為貫穿性裂縫，裂縫的寬度小的在0.2mm以下，最大的達50余mm。裂縫的長度一般在2000mm以上，最長的逾10000mm。2.1結(jié)構(gòu)方面的原因1987年交通部三航局預(yù)制廠第一個從日本“休謨制管（株）”公司引進全套設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)軟件和預(yù)應(yīng)力鋼筋，生產(chǎn)中600mm,中800mm,長度10-15m的PHC管樁；同時，廣東省有的廠家參照英國BS標(biāo)準(zhǔn)和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，主要生產(chǎn)裝備從國外引進，軟件以國內(nèi)開發(fā)為主開發(fā)了PHC管樁。后來，國內(nèi)預(yù)制廠出于國內(nèi)碼頭建設(shè)的需要，先后開發(fā)生產(chǎn)了中1000mm,中1200mm的管樁樁節(jié)，管節(jié)長度由原來的15m發(fā)展為30m,50m。管樁長度、直徑都增大了，但管樁的理論研究工作并沒有跟上，開發(fā)出來的管樁主要在管的壁厚與主筋上有所增加，但管樁的環(huán)向應(yīng)力筋或者說構(gòu)造筋并沒有改變，構(gòu)造筋的間距與直徑仍維持了中800mmPHC管樁的形式。構(gòu)造筋配筋率由中800mm—1000mm—中1200mm,呈0.26%—0.22%—0.19%遞減趨勢。配筋率的遞減及管徑的加大減弱了管樁環(huán)向抗裂能力。隨著管樁樁徑的加大，其壁厚也相應(yīng)增加，壁厚的增加使得管內(nèi)壁的水泥漿厚度也相應(yīng)增加。因水泥漿的水灰比較大，干縮性大，又處于表面，水份很容易揮發(fā)，出現(xiàn)干縮裂縫；厚度的增加會造成裂縫的深度增加；由于浮漿是與管壁混凝土有機結(jié)合在一起的，浮漿的裂縫會影響到管壁的混凝土，浮漿的裂縫愈大，管壁混凝土出現(xiàn)裂縫的幾率愈高。由于大直徑的PHC樁壁厚大、浮漿厚，因而PHC樁的管徑愈大，其內(nèi)表壁出現(xiàn)裂縫的幾率就愈高。管徑的增大，也就是關(guān)節(jié)內(nèi)壁的曲率減小，內(nèi)壁的拱度變緩，其管壁內(nèi)新澆筑的混凝土的抗坍塌能力也就變小，在旋轉(zhuǎn)停止后，其靠自身頂托穩(wěn)定的能力不足，尚未凝固的高性能混凝土有下垂的趨勢，從而產(chǎn)生后期不可能彌合的極細(xì)微裂縫。從部分樁外表的質(zhì)量可以驗證這一問題的存在，樁外表有掛漿的麻面，說明了PHC樁部分混凝土在未硬化前就脫離了模板。PHC管樁的強度大都在90MPa左右，其高強度雖然增加了管樁的工作能力，但強度的提高也有不利的一面，那就是高強度面臨混凝土的脆性增加，愈來愈玻璃化，抗擊打能力降低。隨著管節(jié)的加長，管節(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼筋長度跟著增加，旋制過程中預(yù)應(yīng)力筋在離心力的作用下向夕卜歪曲的程度隨著管節(jié)長度的變大呈幾何級增長，但在停止旋制后，預(yù)應(yīng)力鋼筋由于失去了向心力，鋼筋會逐漸回到原位，但這時管節(jié)的混凝土已經(jīng)澆筑完成，預(yù)應(yīng)力筋的微小變形會把澆筑密實的混凝土撕裂，留下細(xì)微裂縫。在保持旋制角速度不變的情況下，根據(jù)向心力公式，可知：管的直徑愈大，其鋼筋所受的向心力愈大，鋼筋的變形也就愈大，對混凝土的影響也就愈大。2.2生產(chǎn)加工方面的原因弓I進的管節(jié)結(jié)構(gòu)長度是15m，中國逐漸發(fā)展成30m乃至50m。PHC管樁是旋制成型的，管節(jié)長度增加，對工藝的要求就更加嚴(yán)格，對模板及旋制生產(chǎn)線的要求就更高。實際生產(chǎn)過程中，工藝水平還難以完全滿足其要求，致使管節(jié)旋制生產(chǎn)中有振顫和抖動現(xiàn)象，這些會影響到管節(jié)的預(yù)制質(zhì)量，給管節(jié)留下質(zhì)量隱患。管節(jié)在旋制成型后，需要吊離旋制生產(chǎn)線，運至養(yǎng)護槽，在這個吊運過程中不可避免地會出現(xiàn)2個問題：1）吊索的長度不可能完全一致，其受力狀態(tài)不可能與旋制機上完全相同，吊運過程中的任何較小的變形，都會對尚未凝固的混凝土產(chǎn)生永久性的影響。2）調(diào)離過程中，特別是放落在養(yǎng)護槽的過程中，碰撞不可避免，碰撞的結(jié)果會使管節(jié)上壁尚未凝固的混凝土產(chǎn)生輕微的下落變形，而產(chǎn)生不可恢復(fù)的細(xì)微裂縫。隨著管徑的增大，這種現(xiàn)象會出現(xiàn)的幾率呈幾何級增長。高壓、高溫養(yǎng)護后出釜、降溫的環(huán)境及速率也會對管節(jié)產(chǎn)生影響：降溫速率過快，會造成管壁混凝土內(nèi)外溫差過大，夕卜表收縮過快而產(chǎn)生表面裂縫，但在內(nèi)外溫差消除后，表面的裂縫已不可見。在管樁剛出釜時遇到雨水的淋洗，更會對樁產(chǎn)生不良影響。2.3打樁方面的原因打樁工藝相對來說比較穩(wěn)定、成熟，前面提到的管樁生產(chǎn)過程中形成的裂縫會在錘擊應(yīng)力作用下，首先在裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成裂縫擴展，加上管樁環(huán)向配筋稀少，抗裂能力低下，從而使管樁產(chǎn)生裂縫。打樁方面的原因主要還是體現(xiàn)在地基土層上，如果樁尖阻力大，如遇貫入擊數(shù)較大的砂層、巖層，則錘擊貫入作用時間短，樁尖的反彈力大，特別是覆蓋層淺的地區(qū)，錘擊能量直接反彈。應(yīng)力波的反彈以及錘擊波的疊加會增大樁的環(huán)向拉應(yīng)力。3.1水面以上的檢查對于位于低潮位以上部分的裂縫，可以通過直接觀察檢查裂縫，并進行標(biāo)注，而且可以用刻度放大鏡精確檢查裂縫的寬度。3.2水下樁裂縫檢測水下裂縫的檢測相對難度較大，采用潛水檢測耗時耗力而且具有危險性?？梢约庸ざ嗵筋^檢測器對水下樁外壁進行系統(tǒng)的裂縫檢測，該檢測方法只能定性地檢測管樁的外壁裂縫，對于裂縫的寬度不太容易界定。最為簡便的辦法是：先用混凝土對管樁進行封底處理，然后將管樁內(nèi)的水全部抽出，觀測管壁是否有漏水現(xiàn)象，有漏水則說明有裂縫存在。但此法只能檢測貫穿性的裂縫，而且裂縫寬度要在0.3mm以上。由于管樁內(nèi)設(shè)計有混凝土，使得完工后的管樁變?yōu)橐粋€實心結(jié)構(gòu)的圓柱樁。考慮到管壁的厚度只有130mm，相對于中1000mm的圓柱，其影響是很小的，對于圓柱的慣性截面矩的影響很小，因而對管樁的軸向承載能力及抗水平力的影響可以說非常小。主要的問題是隨著時間的推移，裂縫處的箍筋會逐漸銹斷，以致影響到裂縫附近的管壁。對于細(xì)小的裂縫，由于混凝土的后期水化反應(yīng)，裂縫會被水化產(chǎn)物填塞，起到阻斷作用。水位變動區(qū)及以上部位裂縫的存在對樁的影響比較大，泥面以下基本沒有不良影響，水下區(qū)的影響較小。針對不同的部位可以采取不同的處理措施。5.1水位變動區(qū)以上部分的裂縫修補1）表面封閉。清理裂縫表面，最好能用人工沿裂縫打鑿出一條深度10mm左右的修補溝，在表面清洗、風(fēng)干后用調(diào)制好的環(huán)氧樹脂水泥漿封閉裂縫，在封閉時沿裂縫每間隔500mm左右埋設(shè)灌漿孔，為保證灌漿孔的暢通，埋設(shè)灌漿孔處應(yīng)適當(dāng)鑿深。2）壓漿補縫。對大于0.2mm以上的裂縫都須進行壓漿補縫處理，小于0.2mm的裂縫須進行表面封閉。壓漿時由下端開始，待上一個壓漿孔冒出漿液時再適當(dāng)壓漿1min，堵塞下部壓漿孔，改用上一個壓漿孔壓漿。如此逐個遞升，直至壓漿完畢，并堵塞全部壓漿孔。3）玻璃纖維包裹。待壓漿完成后，對裂縫區(qū)段內(nèi)的PHC樁進行表面清理，清理后，在樁表面涂刷一層環(huán)氧樹脂膠，然后包裹一層玻璃纖維布，纖維布包好后再涂刷一層環(huán)氧樹脂膠，然后再包一層纖維布，直至最后不少于3層的玻璃纖維布和4層環(huán)氧樹脂膠。5.2水下裂縫的修補1）鋼套筒加工及安裝。鋼套筒采用8mm厚度的鋼板加工而成，套筒為2個半圓結(jié)構(gòu)，套筒的圓直徑比PHC管樁樁徑大140~200mm,套筒與半圓模板結(jié)構(gòu)相同。2個半圓套筒之間通過螺栓連接，每節(jié)套筒的長度預(yù)定為3m，具體長度需根據(jù)墩底到水面的高度來控制，滿足兩節(jié)套筒之間的連接空間即可。為保證套筒與管樁同心，套筒內(nèi)壁需設(shè)置限位鋼筋，限位鋼筋可采用半圓形，直接焊在套筒內(nèi)壁。同時，為了確保筒內(nèi)灌漿密實，應(yīng)在套筒上設(shè)置灌漿孔道，灌漿孔間距以每節(jié)一孔為宜，但第一節(jié)管下部應(yīng)設(shè)有兩個壓漿孔，孔道附著在套筒的外側(cè)。為確保套筒正常下放，限位鋼筋的高度應(yīng)小于套筒與管樁間的距離。安裝時需用吊車或其他起重設(shè)備配合，先將兩個半圓套筒用吊車吊起就位，掛梯，由人工用螺栓將兩個半圓套筒連接。第一節(jié)套筒連接后下落，但頂部應(yīng)高于水面，用細(xì)鋼筋將套筒懸掛好。然后拼接第二節(jié)套筒，第二節(jié)套筒拼好后需跟第一節(jié)套筒相連，為確保套筒不滲漏，套筒間需加止水橡膠墊。待兩節(jié)套筒連接好后，兩節(jié)套筒一起下落，但頂部應(yīng)高于水面，以方便跟第三、第四……節(jié)套筒連接。直到套筒底部接觸到泥面。2）筒內(nèi)壓漿。壓漿材料采用水泥凈漿，為確保水泥漿的質(zhì)量，水泥凈漿在拌制時需摻加減水劑及微膨脹劑，水泥漿要經(jīng)過網(wǎng)篩過濾。水泥凈漿應(yīng)通過實驗確定配合比。壓漿機械可采用水泥凈漿壓漿泵。壓漿前應(yīng)先進行封底壓漿，待封底壓漿強度達到5MPa以上時，才可進行正式壓漿。封底壓漿厚度宜為500mm。壓漿時應(yīng)先從底部開始，待管道接通后用壓漿泵向筒內(nèi)注漿，待筒內(nèi)漿液面高于上部壓漿孔1m以上時，封閉下面的壓漿孔，改用上面的壓漿孔進行壓漿，逐次遞升，直至筒內(nèi)完成壓漿工作。壓漿管采用橡膠加布壓力膠管或鋼管，在壓漿完成后根據(jù)具體情況考慮是否取下。5.3陰極保護法適合于采用犧牲陽極法。管節(jié)出現(xiàn)問題后再修復(fù)已不能改變管節(jié)被修補的事實，質(zhì)量不能完全保證，而且修補的費用較高。因而如何避免管樁出現(xiàn)裂縫才是問題的關(guān)鍵?；谏厦娴姆治觯谥谱?、施工過程中應(yīng)注意以下問題：6.1管節(jié)制作時應(yīng)注意的問題1）管節(jié)環(huán)向鋼筋必須隨著管徑的增大適當(dāng)加密，同時宜采用刻痕高強鋼絲。2）適當(dāng)減小混凝土的坍落度，增加旋制時間。3）長度超過15m的管節(jié)其主筋在中點處應(yīng)加設(shè)高強熟料保護層支架，減小預(yù)應(yīng)力筋在向心力作用下的變形，支架間距不應(yīng)大于15m。4）經(jīng)常檢查、調(diào)整旋制臺座的線性，使其與管節(jié)鋼模平穩(wěn)結(jié)合，有變形的模板要及時修整，該報廢的要及時報廢。5）吊運過程、特別是下落過程中要輕放，墊點處應(yīng)設(shè)置橡膠緩沖墊，避免管節(jié)受到?jīng)_擊。6）高壓養(yǎng)護完成后降壓、降溫過程要緩慢，在雨天出釜后不宜暴露于雨水中。7）加強對出廠管樁的檢查力度，避免有裂縫的樁出廠。6.2沉樁過程中應(yīng)注意的問題1）選用合適的錘型、錘重，控制落錘高度，重