湯渭清

摘 要：從PHC管樁制作、沉樁及使用等階段詳細分析了易導(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，因為PHC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→脫模及標(biāo)識→高壓蒸汽養(yǎng)護→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，在吊運至養(yǎng)護槽的過程中，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到一新的平衡的過程。從錘擊沉樁裂縫產(chǎn)生機理可見，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確值。③當(dāng)?shù)? 裂縫缺陷較大時，會阻斷信號的上行與下達，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行，可準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?？梢?，這一方法對以上檢測方法而言也是一種很好的補充和驗證，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，單一的運用某種檢測方法很難準確識別PHC管樁的裂縫缺陷，甚至?xí)鹫`判，進而影響工程的質(zhì)量。因此在對PHC管樁進行裂縫檢測時，建議首先對樁身水面以上部位進行全數(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)進一步采用高應(yīng)變動測法予以驗證，以防誤判，必要時可采用孔內(nèi)攝像等檢測技術(shù)進行進一步佐證。

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嚴格控制混凝土配合比，認真選擇原材料，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)護后的脫模階段以及高壓蒸汽養(yǎng)護結(jié)束后的降壓降溫階段，因此管樁經(jīng)常壓蒸汽養(yǎng)護后不應(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行全數(shù)檢查，管樁運至碼頭現(xiàn)場時還應(yīng)進一步檢查，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，選擇合適的樁墊錘墊。⑤當(dāng)錘擊沉樁過程中樁端未達到設(shè)計標(biāo)高，但貫入度已滿足設(shè)計要求或樁端已達到設(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)仔細分析地質(zhì)資料，并會同設(shè)計單位協(xié)商解決。⑥為加強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)生裂縫的原因或機理進行了初步的分析，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，如單一的運用某種檢測方法很難準確識別PHC管樁的裂縫缺陷，甚至?xí)鹫`判，因此實際檢測過程中應(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。

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