PHC管桩桩头缺陷补强或修复加固技术探讨

支铭伟

（江苏为行环境科技有限公司，江苏泰州 214500）

0 引言

PHC管桩由于单桩承载力高、机械化施工程度高、桩径种类多样及地质条件适应性强等优点，被广泛应用于建筑、交通、水利、市政等各个领域。

虽然管桩预制和施工工艺已经相当成熟，但PHC管桩预制质量有好坏、沉桩技术水平良莠不齐及地质条件复杂等原因也经常会发生管桩桩头破损或者局部桩身开裂的情况。在工程施工中遇到此类情况是直接报废，然后通过设计变更进行补桩或者因无合适桩位补桩而改变工程结构或施工工艺等，导致工程成本增加、工期延长、工程使用功能降低，同时也留下一定的安全隐患。因此，科学合理的桩头修复方法不但可以加快施工进度，保证质量，也可各方受益。

1 研究背景及原因分析

1.1 研究背景

泰州港靖江港区地处长江三角洲江苏省靖江市境内，长江下游北岸。靖江港区拥有长江岸线52.3km，区位优势明显，溯江而上，距南京约190km，顺流而下，至上海约100km，北依辽阔的苏北大平原，南与江阴市、张家港市隔江相望，是长江下游一个重要的对外口岸。随着长江岸线的开发，近年来靖江市对内港池的建设尤为重视。

靖江港区内港池多采用高桩梁板式结构，桩基采用B型PHC管桩。根据2007～2015年靖江港区新港作业区码头（一期）内河泊位（320根）、新港作业区码头（二期）内河泊位（320根）、下青龙港港池码头工程东区（357根）、下青龙港港池码头工程西区（400根）和尚港内港池码头工程（753根）等5个码头单位工程共计2150根PHC管桩沉桩汇总情况来看，桩头缺陷主要有二种典型破坏形式，一种是混凝土粉碎性破坏，另一种是裂缝破坏，其中前者占整个破坏比例的90%以上。

1.2 原因分析

造成管桩桩头缺陷的原因有很多，主要分为以下几类：

（1）PHC管桩预制质量问题：出现盆碟状端头板、端板与桩身不垂直、墩头凹出端板面、钢套箍与桩身结合处漏浆、桩头内部有空洞或蜂窝等；在管节生产过程中，已产生纵向微细裂缝的管节未被发现而混入合格品之中。

（2）地质条件：地质条件突变（上软下硬，软硬突变），导致桩身承受的拉应力超过桩的预应力值；

（3）沉桩技术水平：桩锤偏大导致桩锤锤击力过大、锤击速度过快；桩身及桩位倾斜率超过规范要求。

上述几个方面的原因造成在沉桩过程中应力集中，导致PHC管桩桩头破损或者局部桩身开裂。

2 缺陷修复方案选择

桩头出现缺陷后，先分析PHC管桩破损程度、破损桩头所在桩节、沉桩的锤击数，再结合施工区域水文地质情况和桩机、锤型号，最终确定修补方案。缺陷修复方案主要针对于桩头破损而桩身无明显缺陷或局部裂缝的情况，对于桩身大面积破损需要经设计单位重新设计确定补桩方案的不在本文研究范围内。

3 缺陷修复

3.1 环氧树脂混凝土补强

3.1.1 补强思路

对于破损部分考虑截除，由于截桩后的桩长不满足设计桩长要求，需要另配一节短桩进行接长处理，而且下节桩桩头需要满足强度和能提供连接端板二项要求。根据补强思路，决定在截除后的桩头加钢抱箍和连接端面板以满足接桩要求，在钢抱箍内浇高强环氧混凝土以满足强度要求，具体补强方案见图1。

3.1.2 施工流程

桩头处理→桩顶面处理→制作桩芯吊笼→安放法兰盘→钢抱箍安装→桩芯填充→待强度达要求后继续沉桩。

3.1.3 施工方法

图1 管桩桩头补强方案

将桩顶破损部位及有裂纹的桩头利用切割机如切除（见图2），切除桩顶的同时保留原有的桩主筋，主筋长度预留长度约为5cm；用砂轮打磨桩顶面，用水平尺校准桩顶面的水平度；吊笼底板比标准桩孔略小，放置吊笼底板前将桩孔内浮浆清除。吊笼及底板中心预留一个5～10cm的塑料管作为通气孔；将新的法兰盘与桩顶预留主筋进行焊接，法兰盘距离桩顶面约3～5cm，法兰盘安装时用水平尺控制其顶面平整度；法兰盘安放好后，在桩顶上加一个约50cm长的钢抱箍，抱箍厚约5mm，并将抱箍与法兰盘电焊连接；现场用高强环氧树脂、同制桩的水泥和级配的石子拌制（比例为：1:1:2.5）环氧混凝土，再将环氧混凝土填充至桩芯中，并用钢筋捣实，边填充边捣实。

图2 破损桩头截除

3.1.4 注意事项

环氧混凝土填充完毕后，检查法兰盘与混凝土间是否有空隙，发现空隙及漏浆情况后及时处理；待环氧混凝土达到强度，并控制在修补好桩头后36h以后才能后续接桩施打；修补后的桩头施打时要加10cm厚的缓冲垫，先采取重锤低击15～20次后，看到桩身开始活动了，再按常规方法将桩打入。

3.2 化学灌浆+碳纤维布修复加固

3.2.1 修复加固思路

若桩身局部出现裂缝，经小应变检测，桩身完整性检测属Ⅱ类桩。此类桩缺陷如位于水位变动区，必须要先对裂缝进行处理，才能满足耐久性要求。同时利用碳纤维布先进复合材料，强化与原有桩构件协同工作，从而加固补强及改善结构构件受力性能。修复加固方案如下：对桩身裂缝先进行灌浆处理，其次对受损部位涂刷CH环氧混凝土浸渍材料浸渍，再对桩表面进行竖向粘贴二层和横向粘贴碳纤维布一层加固处理，最后在表面喷涂CH高耐候性氟碳防碳化老化涂层材料进行保护处理。

3.2.2 施工流程

裂缝处理→表面处理→粘贴碳纤维→表面防护

3.2.3 施工方法

对缝宽大于或小于0.5mm的裂缝都采取压力注浆处理，对微细裂缝和空隙采用浸渍材料涂刷表面渗透封闭，以恢复混凝土对钢筋的握裹力及混凝土的整体强度。

待混凝土裂缝灌浆材料凝固后，拆除灌浆管并表面打磨，用风将表面打磨留下的灰尘吹干净，配制CH环氧混凝土浸渍材料，配比为A:B=4:1（重量比）。搅拌均匀后对其受损混凝土部位均匀喷涂或涂刷，覆盖整个混凝土表面。

4 工程实例应用

实例1：靖江港区新港作业区码头（一期）内河泊位，桩型φ800B型PHC管桩，桩编号20E，设计桩长40m（分15+15+10三节），设计桩顶标高+2.13。桩头破损发生在中节桩，贯入度为18mm，总锤击数785。处理方案：将破损段截除1.3m，采用环氧树脂混凝土补强对接头进行处理，待环氧混凝土达到强度后继续接桩施打。最终桩长39.2m，贯入度为5mm，总锤击数1485，单桩极限承载力4875kN，桩身完整性Ⅰ类。虽然桩长短了0.80m，但桩身完整性和单桩极限承载力均满足要求。

实例2：下青龙港港池码头工程东区，桩型φ800B型PHC管桩，桩编号J12B，设计桩长39m（分15+14+10三节），设计桩顶标高+2.25。沉桩过程中未出现异常，在小变应变检测时发现桩顶向下1m处存在缺陷，桩身完整性判定为Ⅱ类桩。虽然Ⅱ类桩对桩的使用没有影响，但考虑到缺陷位于水位变动区，仍考虑对此桩按化学灌浆+碳纤维布修复加固，见图3。修复完使用至今，码头未出现异常。

图3 桩身包裹碳纤维布

5 结论与建议

通过分析和工程实例使用，形成PHC管桩桩头缺陷补强或修复加固行之有效而且可靠的处理方案，解决PHC管桩因桩头缺陷而导致重新进行补桩而引发的技术和经济难题。在施工中遇到桩头缺陷可借鉴使用，在保证质量、降低成本、加快进度和确保安全等问题上均具有良好效果。