强腐蚀环境下预应力混凝土管桩的可应用性研究

周 炜

(方兴地产(中国)有限公司，北京 100045)

强腐蚀环境下预应力混凝土管桩的可应用性研究

周 炜

(方兴地产(中国)有限公司，北京 100045)

对预应力混凝土管桩的受腐蚀破坏机理进行了分析与研究，依据管桩的自身特点，提出了提高桩身、预应力钢筋、桩尖以及接桩处耐久性的一些具体措施及方法，以确保建筑物的安全性。

预应力混凝土管桩，腐蚀，耐久性，防腐措施

1 预应力混凝土管桩的发展过程

我国于20世纪60年代开始研制预应力混凝土管桩，并于20世纪80年代末引进、开发了高强度预应力管桩，2009年修订完成了GB 13476—2009先张法预应力混凝土管桩规范，该规范于2010年3月开始执行。

目前预应力混凝土管桩凭借着单桩承载力高，施工速度快，经济性好，工厂集约化生产、成桩质量能够得到保障等多方面的优势，在普通工业及民用建筑的地基处理当中得以广泛应用。但管桩在沉桩过程中以及在后期正常使用情况下，桩体难以进行可视化检测，尤其是在腐蚀环境下，桩的耐久性问题便显得尤为重要。

2 工程概况

2.1 场地地下水腐蚀性概述

青岛市高新区某项目，东至和源路，西至祥源路，南邻高新区主干道火炬大道，北至河东路。从项目地勘报告得知：场区地下水在干湿交替作用下对混凝土结构具有强腐蚀性，在无干湿交替作用下对混凝土结构具有强腐蚀性；场区地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋，在干湿交替情况下具有强腐蚀性，在长期浸水情况下需要专门研究。具体地下水腐蚀性评价以“地块3”为例，引述如表1，表2所示。

表1 对混凝土结构的腐蚀性

在目前这种比较恶劣的地质环境下，不知是否仍然可以采用预应力混凝土管桩。

2.2 规范依据

现行主要规范针对预应力混凝土管桩，在强腐蚀环境下耐久性有如下界定：

GB 13476—2009先张法预应力混凝土管桩(以下简称《管桩规范》)4.2.4条“对于有特殊要求及腐蚀、冻融环境下的管桩，应对其原材料、混凝土配合比和生产工艺等相关技术进行控制，并按设计要求对混凝土保护层等采取相应措施”。

JGJ 94—2008建筑桩基技术规范(以下简称《桩基规范》)3.5.4条“四类、五类环境桩基结构耐久性设计可按国家现行标准JTJ 267港口工程混凝土结构设计规范和GB 50046工业建筑防腐蚀设计规范等执行”。

GB 50010—2010混凝土结构设计规范(以下简称《混凝土规范》)3.5.7条“耐久性环境类别为四类和五类的混凝土结构，其耐久性要求应符合相关标准的规定”。

在强腐蚀环境下，对于预应力混凝土管桩，以上几本规范并没有提供可量化的技术措施或参数用于桩基设计或验收。因此，要想在强腐蚀环境下采用预应力混凝土管桩，就必须先要研究一下钢筋混凝土结构腐蚀破坏的机理。

表2 对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性

3 钢筋混凝土结构腐蚀破坏机理

通常情况下，混凝土中存在着大量的微孔和敞开孔，当混凝土与硫酸盐溶液接触时，硫酸盐溶液通过孔隙的毛细作用渗透到混凝土内部，并与之发生化学反应，产生钙矾石等难溶的盐类矿物。这些难溶的盐类矿物由于吸收了大量的水分子后导致体积较原反应物膨胀许多。据研究，钙矾石在化学结构上结合了大量的结晶水(实际结晶水为30～32)，其体积约为原水化铝酸钙的2.5倍。当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时就会导致混凝土的开裂。

3.2 Cl-离子对混凝土腐蚀破坏机理

混凝土结构当未受到腐蚀作用时，pH值约为12～13即处于碱性环境。钢筋在碱性环境中，其表面会形成一层钝化保护膜，它能对钢筋起到有效的保护作用。但这层保护膜在腐蚀性离子作用下，尤其是Cl-离子作用下，钝化膜破坏。钢筋在水及二氧化碳的作用下发生氧化反应生成铁锈。铁锈层累计的体积可达6倍～7倍，最终导致混凝土保护层胀裂破坏甚至剥落。

4 管桩防腐问题

通过对钢筋混凝土结构受腐蚀机理的研究，针对预应力管桩的特点，着重从桩身、预应力钢筋、桩尖以及接桩处等几方面进行防腐处理。

4.1 桩身防腐

目前PHC桩采用离心成型工艺，工厂化集约生产，使得混凝土密实度大大提高且有质量保障。桩身混凝土具有的良好的密实度能起到高效的抗渗透性，在一定程度上减缓了腐蚀性离子对桩身混凝土侵蚀的进程。

桩身、承台表面涂刷防腐涂层，如有机硅混凝土保护剂、环氧沥青等，能使混凝土表面具有良好的耐渗透和抗腐蚀性，在腐蚀环境下起到对桩身、承台混凝土的防护作用；合理地增大桩身混凝土保护层厚度以及高效能的耐腐蚀混凝土外加剂的采用，同样对混凝土的防腐蚀起到有效防护。

4.2 预应力钢筋的防腐

先张法构件中预应力钢筋的防腐蚀是一个难题。如果因为预应力钢筋发生腐蚀性损坏,预应力混凝土结构将有断裂甚至崩塌的危险。但良好的桩身防腐措施不但能有效地阻止混凝土的腐蚀，钢筋的防腐也相应得到防护。因此，通常在做好桩身防腐的情况下，预应力钢筋的防腐措施可以不必采用。

预应力钢筋的防腐处理并不是简单的进行环氧树脂的涂刷，它必须满足以下几点要求：喷涂前需要对钢筋表面进行除锈处理；不应因防腐涂层的涂刷而导致混凝土强度等级的降低或混凝土碱性环境的改变；涂层不应降低混凝土对钢筋的握裹力，否则容易导致预应力钢筋与混凝土之间产生相对位移，从而带来混凝土构件的安全隐患。有资料显示，钢筋的防腐涂层在自动吸附钢筋表面后形成的保护膜应不小于100 A0(1 A0=10-10m)，否则涂层将对管桩的物理力学性能产生较大的影响。

4.3 桩尖的防腐

采用封闭型桩尖可有效防止地下水进入桩体内部，在管桩的底部及顶部采用灌芯处理可以减少地下水对管桩尤其是管桩接头部分钢构件的侵蚀，增强桩体自身的耐腐蚀性能。通常灌芯混凝土建议采用微膨胀型，其强度等级不小于C30，灌芯长度不小于2 m。

4.4 接桩处防腐

预应力管桩单桩长度一般为12 m左右，当设计桩长大于单根预制桩长时就应考虑接桩。在侵蚀性环境下，接桩处的防腐处理也应引起高度重视。

桩的连接通常可采用焊接、法兰连接或机械快速连接(螺纹式，啮合式)。在腐蚀环境下，通常采用焊接方式或法兰连接。通过采取适当增加机械连接件的厚度以及涂刷防腐蚀耐磨涂层来延缓被腐蚀的时间，增加抗腐蚀能力。一般情况下，钢零件厚度的腐蚀裕量不小于2 mm，有条件时也可采用热收缩聚乙烯套膜保护。

5 项目防腐措施

项目开发公司考虑到场地地质环境较为恶劣，本着安全合理的原则，特聘请工业防腐蚀规范编制组熊威教授与何进源教授作为项目公司的外请专家，对地基处理方案进行技术支持。

熊威教授、何进源教授、青岛当地审图中心专家以及施工图设计单位总工等通过对场地地质环境的细致缜密研究，提出如下措施意见：

1)预应力混凝土管桩的混凝土强度等级不应低于C60，抗渗等级不应低于S10；钢筋的混凝土保护层厚度不应小于35 mm；桩尖采用闭口型。

3)接桩宜选在非污染土层中，建议采用焊接接桩方案或法兰接桩，要求接桩处钢零件涂刷防腐蚀耐磨涂层，并且增加钢零件不小于2 mm的厚度要求，有条件的可以采用热收缩聚乙烯套膜保护。

4)承台表面刷环氧沥青涂层500 μm，耐腐蚀垫层可采用C25掺外加剂的混凝土，厚度为150 mm。

6 结语

随着预应力管桩的广泛使用，尤其是在腐蚀环境中管桩的耐久性问题显得尤为突出。提高管桩自身的混凝土密实性是耐腐蚀措施的第一步也是重要的一步，其次从腐蚀破坏的机理出发，针对管桩的自身特点，加强桩端、桩身、桩尖、预应力钢筋以及接桩部位的防腐措施可有效提高管桩的工作服役周期，保障建筑物的安全。

[1] 邓友生，孙宝俊，邬忠强.预应力混凝土管桩的应用研究及发展前景[J].建筑技术,2003,34(4)：32.

[2] 张季超，唐孟雄.预应力混凝土管桩耐久性问题探讨[J].岩土工程学报，2011，33(S2)：49-51.

[3] GB 50046—2008，工业建筑防腐蚀设计规范[S].

[4] JGJ 94—2008，建筑桩基础技术规范[S].

[5] GB 13476—2009，先张法预应力混凝土管桩[S].

[6] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[7] 顾国荣，张剑锋，桂业琨.装机优化设计与施工新技术[M].北京：人民交通出版社,2011.

Research on the applicability of prestressed concrete pipe pile under strong corrosion environment

Zhou Wei

(FangxingRealEstate(China)Co.,Ltd,Beijing100045,China)

The paper analyzes and studies the corrosion damage mechanism of prestressed concrete pipe pile. According to pipe pile features, it puts forward some specific measures and methods of improving pile, prestessed steel, pipe top and pipe joint durability, with a view to guarantee the building safety.

prestressed concrete pipe pile, corrosion, durability, anti-corrosion measures

1009-6825(2015)02-0046-03

2014-11-03

周 炜，男，身份证号：132402197801121214，工程师

TU473.13

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