论文部分内容阅读
预应力砼大直径管桩在现阶段是一项比较成熟的技术，按照国家现行的有关施工规范进行施工和质量控制就可以达到设计的要求，然而受各种因素的影响，预应力砼大直径管桩的质量未能得到充分的保证。现结合深圳西部港区MCT7#七万吨级多用途泊位工程预应力砼大直径管桩的施工，浅谈预应力砼大直径管桩的质量控制及缺陷处理。
一、 工程概况
该工程泊位总长度348.75米，宽39米。桩基采用ф1400mm后张预应力混凝土大管桩，前后轨道梁下均采用C2双直桩，其余节点单根直桩。基桩垂直极限承载力标准值为11000KN（轨道下）和8000KN（非轨道下）。本次施工的管桩总数263根。根据地质资料，该工程所在处土层起伏变化剧烈，设计基桩以端承力为主，持力层选择在残积土底层、风化岩表面，桩长根据N≥100击的理论岩面标高来确定。
二、 质量控制
2.1 管桩制作质量控制（管桩制作包括管节生产、养护、张拉拼接等环节。）
2.1.1 材料质量控制
序号 材料名称 指标控制 质控方法
1 水泥 C525、质量稳定 按批、按期抽检、送检
2 砂 氯离子含量、含盐量、级配 按批、按期抽检
3 碎石 压碎指标、含泥量、粒径规格 按批、按期抽检
4 钢筋 焊接、冷拉、鋼绞线力学性能 按型号规格检查出厂质保书，按批、按期抽检、送检
5 外加挤 性能指标 按批抽检
2.1.2 检查混凝土配合比、计量和试验记录；
2.1.3控制混凝土塌落度、搅拌时间，确保混凝土密实，浇注必须连续进行；
2.1.4 保证蒸汽养护时间，充分养护。
2.2 管节质量控制
2.2.1 检查管节，外壁不应有裂缝，内壁由干缩产生的细微裂缝，其裂缝不得超过0.2mm、深度不应大于10mm、长度不宜超过60mm。
2.2.2 管节混凝土表面密实，不得出现露筋、空洞和缝隙夹渣等缺陷。
2.2.3 管节表面蜂窝、麻面、砂线等缺陷满足规范要求。
2.2.4 管节允许偏差满足规范要求。
2.3 管节拼接质量控制
2.3.1 混凝土强度应达到设计强度，且龄期大于14天；
2.3.2 管节端面的浮浆应清除并磨平，表面缺陷应采用环氧砂浆修补；预留孔内的浮物杂质应清洗干净，孔内积水应予排除；
2.3.3 管节拼接时，对称的二束钢绞线应同时张拉，张拉过程中应分组同步。桩长超过40米的，应两端同时张拉。张拉过程中应按要求记录，张拉预应力的实测值与设计规定值的偏差不应超过±5%；
2.3.4孔道灌浆应密实饱满，浆体面积弧度必须符合规范要求；
2.3.5管节拼接后允许偏差，检验数据和方法
序号 检验项目 允许偏差 检验单元 检验方法
1 长度 ±10mm 每根桩 钢尺丈量
2 桩顶倾斜 ≤150 每根桩 钢尺丈量
3 拼缝处弯曲 8mm 每根桩 钢尺丈量
4 拼缝处 6mm 每根桩 钢尺丈量
2.2 沉桩质量控制
2.1.偏位控制
沉桩前，对测量控制基线和控制点进行测量复核，检查其精度是否符合规范要求。每月做好测量基线的核对工作。
该工程影响沉桩偏位的因素主要是涨落潮水流、基槽边坡和地质情况的突变等。
在实施过程中，要求测量和船上操作人员严格按规定程序认真对待每一根桩外，有针对性地采取三条措施：①桩船施打每根桩时，起锚位布置必须合理；②若下桩过程中发生跑位，必须拔桩重新定位，作业人员应根据基槽情况和水流条件，合理选择提前量；③锤击过程中，观测水流潮位和土层变化对桩身垂直度、桩位影响，发现问题在现场及时商议处理并总结经验，为沉好下一根桩做好准备。
由于对各个环节的严格要求，使偏位得到了有效的控制。偏位大于15cm的桩11根，正位率95%，给后续工程创造了有利的条件。
2.2 沉桩控制
工程桩基承载力以端承力为主，设计要求桩尖打至强风化岩面，采用D125锤沉桩。
管桩沉桩控制标准： 采用D125锤三挡能量进行连续沉桩，最后一阵的100mm的平均贯入击数不大于4mm/击，可以停锤；如果桩顶标高超过设计标高2m，且锤击总数小于1500锤，则要求最后一阵的平均贯入击数不大于3mm/击。
沉桩过程中为了确保每根桩的停锤标准达到设计要求，监理工程师对每根桩进行旁站监理，监督其锤击能量是否达到锤能要求，沉桩记录是否真实、可靠，终锤时必须经监理工程师确认后方可下达停锤指令，有疑问的桩与设计人员商议做高低应变检测，确保每根沉桩满足设计要求。
三、 质量检查
3.1 未施打的管桩质量检查
本工程2005年7、8月份生产的一批管桩共90根，质量不稳定，经委托广州港湾工程质量检测中心进行质量检测，管桩强度均合格，有50根发现管桩内壁有细微裂缝。为纵向裂缝、多出在桩顶和桩尖连接处。
通过调查分析，桩顶部位内壁出现裂缝是由于钢抱箍加工尺寸精度和钢模内壁尺寸精度有差异，有一定的间隙，引起对桩顶部位激振力的减小，桩顶部位的混凝土强度不如桩身部位混凝土的强度。目前桩型均为C2加强型管桩，张拉应力值增加18%，在施工中稍有张拉应力不均匀，易在管节断面薄弱处产生应力集中，致使产生纵向裂缝。
桩尖连接处内壁出现的裂缝，产生的原因主要是钢桩靴法兰板平面平整度与管节端面的平整度有一定误差，在张拉工程中引起局部应力集中。施工中只注意管节端面的平整度，忽视了应力传递板的精度，致使产生纵向裂缝。
3.2 已施打的管桩质量检查
发现上述裂缝问题后，对先期已经施打的管桩进行抽水检查，发现5根桩有内壁细微裂缝，特点均为对称纵向裂缝、处在管节接头端面沿预留孔位置。8根桩顶外测有细微裂缝，长度小于400mm。
通过调查分析，由以下因素造成此类裂缝的产生：
3.2.1水上作业，受风浪影响，可能存在有较严重的偏心锤击情况，造成局部应力偏大，在管桩结构薄弱的部位，管节预留孔处开裂，尤其是桩顶拼接工程中产生的裂缝随着长时期高能量锤击而扩展延长下去；
3.2.2锤型选择过大，一味追求承载力，超规范提高沉桩标准也是使管桩在沉桩工程中产生裂缝的主要原因；桩锤锤型选择，应根据地质条件和单桩极限承载力等情况来选择合适的锤型和能量档次，使沉桩即能满足设计承载力、上拔力的要求，又要考虑到锤击沉桩工程中产生的拉压应力值不能超过混凝土的控制值。
根据同地区同类工程ф1400mm大管桩沉桩采用D100锤三挡能量达到预期的沉桩效果，而本工程采用D125锤三挡能量比D100锤三挡能量大24%。根据四航科研所测试中心动测检测采用D125锤三挡锤击力最大可达2200T，最大压应力值大37.4Mpa，这种能量值已超过管桩的技术性能要求，因此锤击能量过大也可能导致裂缝的出现。
3.3 裂缝的处理方法及改进措施
按《港口工程预应力砼大直径管桩设计与施工规程》JTJ261-97和《港口工程混凝土粘接修补技术规程》JTJ/T271-99等规程标准处理。
3.3.1对未施工的管桩裂缝的处理
序号 裂缝宽度（主控项） 裂缝深度（参考项） 修复方案 检查验收方法
1 B≤0.2mm H≤10mm 采用赛柏斯拌合物进行裂缝表面封闭和渗透空隙，填充纵向裂缝加强混凝土粘接。 对修复表面用放大镜观察
2 0.2mm＜B≤0.5mm 10mm＜H≤40mm 切凿深45mm的V型槽，清除表面，用丙酮擦洗混凝土切凿断面，填充环氧砂浆 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；每工班做一组试件，48小时试压，抗压度不小于60Mpa 。
如H＞40mm，采用注漿法。打磨裂缝表面，用细毛刷清理干净；沿裂缝走向埋设注浆嘴@200mm；封闭裂缝；注浆（浆液按100环氧树脂：30比利时DENEPOX40注浆材料配制）；铲除注浆嘴。 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；
3 0.5mm＜B≤0.8mm 40mm＜H≤50mm 采用注浆法。打磨裂缝表面，用细毛刷清理干净；沿裂缝走向埋设注浆嘴@200mm；封闭裂缝；注浆（浆液按100环氧树脂：30比利时DENEPOX40注浆材料配制）；铲除注浆嘴。再在裂缝区管桩外壁粘贴一层碳纤维布。 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；
4 B＞0.8mm 报废处理
3.3.2对已经施工的桩A、F列设计大管桩嵌入桩帽119cm，B、C、D、E列设计大管桩嵌入桩帽130cm。对内壁裂缝位置高于桩芯混凝土底标高0.21m，则不需做处理；对内壁裂缝位置低于桩芯混凝土底标高0.21m，则需降低桩芯混凝土底标高；对桩顶外壁裂缝位置高于桩帽混凝土底标高1.61m，则不需做处理；对桩顶外壁裂缝位置低于桩帽混凝土底标高1.61m，则需降低桩帽混凝土底标高。
3.3.3建议取消钢箍，采用混凝土掺钢纤维或者在普通管节两端面30cm范围内，包裹2层碳纤维布提高桩顶节的耐锤击性能。但在设计修改之前，严格控制钢箍外型尺寸和钢模内侧尺寸的配合，保证砼的激振力符合成型工艺的要求。
3.3.4建议修正沉桩标准停锤标准。
3.3.5对剩余的管节，生产时掺用聚丙烯网状纤维，以抵抗和减少管节或管桩的内壁产生干缩裂缝；
3.3.6加强对管桩拼接端夹板的坚持控制，特别是钢桩靴进入场地，对法兰板平整度的检查标准要和管节端面一致，避免拼接过程中应力集中而产生纵向裂缝；
3.3.7编制裂缝检查表，指定专人负责检查管桩拼接前后及装船前的裂缝检查，杜绝不合格桩出厂。
3.3.8全面检查管桩生产的质量保证体系。
四、质量检测
该工程的桩基委托广州港湾工程质量检测中心进行质量检测。
4.1该工程选21根桩做了高应变动测试验，占总桩数7.9%。测试桩主要选择贯入度大、锤击数少、入土较浅和修补处理过的管桩。其中5根桩检测了恢复系数，其恢复系数的平均值为1.32，由此推算所有桩动测试验的承载力均满足设计承载力的要求；
4.2分批次共对60根桩进行了低应变动测，占总桩数22.8%。测试桩主要选择锤击数高和修补处理过的管桩，均匀分布在各个结构段中。结果13-C6为Ⅱ类合格桩，其余为Ⅰ类合格桩。没发现桩身裂缝，桩头破损现象。
4.3该工程抽水进行桩内壁检查47根桩，重点抽查有缺陷修复过的管桩，除3.2条的8根桩以外，其他管桩未发现异常。
五、 结论
预应力砼大直径管桩从制作到施打，环节多，每一个环节都存在很多可能影响管桩质量的因素，建立各层次的质量保证体系，业主、设计、施工和监理各负其责，预应力砼大直径管桩的质量是可以得到保证的。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
一、 工程概况
该工程泊位总长度348.75米，宽39米。桩基采用ф1400mm后张预应力混凝土大管桩，前后轨道梁下均采用C2双直桩，其余节点单根直桩。基桩垂直极限承载力标准值为11000KN（轨道下）和8000KN（非轨道下）。本次施工的管桩总数263根。根据地质资料，该工程所在处土层起伏变化剧烈，设计基桩以端承力为主，持力层选择在残积土底层、风化岩表面，桩长根据N≥100击的理论岩面标高来确定。
二、 质量控制
2.1 管桩制作质量控制（管桩制作包括管节生产、养护、张拉拼接等环节。）
2.1.1 材料质量控制
序号 材料名称 指标控制 质控方法
1 水泥 C525、质量稳定 按批、按期抽检、送检
2 砂 氯离子含量、含盐量、级配 按批、按期抽检
3 碎石 压碎指标、含泥量、粒径规格 按批、按期抽检
4 钢筋 焊接、冷拉、鋼绞线力学性能 按型号规格检查出厂质保书，按批、按期抽检、送检
5 外加挤 性能指标 按批抽检
2.1.2 检查混凝土配合比、计量和试验记录；
2.1.3控制混凝土塌落度、搅拌时间，确保混凝土密实，浇注必须连续进行；
2.1.4 保证蒸汽养护时间，充分养护。
2.2 管节质量控制
2.2.1 检查管节，外壁不应有裂缝，内壁由干缩产生的细微裂缝，其裂缝不得超过0.2mm、深度不应大于10mm、长度不宜超过60mm。
2.2.2 管节混凝土表面密实，不得出现露筋、空洞和缝隙夹渣等缺陷。
2.2.3 管节表面蜂窝、麻面、砂线等缺陷满足规范要求。
2.2.4 管节允许偏差满足规范要求。
2.3 管节拼接质量控制
2.3.1 混凝土强度应达到设计强度，且龄期大于14天；
2.3.2 管节端面的浮浆应清除并磨平，表面缺陷应采用环氧砂浆修补；预留孔内的浮物杂质应清洗干净，孔内积水应予排除；
2.3.3 管节拼接时，对称的二束钢绞线应同时张拉，张拉过程中应分组同步。桩长超过40米的，应两端同时张拉。张拉过程中应按要求记录，张拉预应力的实测值与设计规定值的偏差不应超过±5%；
2.3.4孔道灌浆应密实饱满，浆体面积弧度必须符合规范要求；
2.3.5管节拼接后允许偏差，检验数据和方法
序号 检验项目 允许偏差 检验单元 检验方法
1 长度 ±10mm 每根桩 钢尺丈量
2 桩顶倾斜 ≤150 每根桩 钢尺丈量
3 拼缝处弯曲 8mm 每根桩 钢尺丈量
4 拼缝处 6mm 每根桩 钢尺丈量
2.2 沉桩质量控制
2.1.偏位控制
沉桩前，对测量控制基线和控制点进行测量复核，检查其精度是否符合规范要求。每月做好测量基线的核对工作。
该工程影响沉桩偏位的因素主要是涨落潮水流、基槽边坡和地质情况的突变等。
在实施过程中，要求测量和船上操作人员严格按规定程序认真对待每一根桩外，有针对性地采取三条措施：①桩船施打每根桩时，起锚位布置必须合理；②若下桩过程中发生跑位，必须拔桩重新定位，作业人员应根据基槽情况和水流条件，合理选择提前量；③锤击过程中，观测水流潮位和土层变化对桩身垂直度、桩位影响，发现问题在现场及时商议处理并总结经验，为沉好下一根桩做好准备。
由于对各个环节的严格要求，使偏位得到了有效的控制。偏位大于15cm的桩11根，正位率95%，给后续工程创造了有利的条件。
2.2 沉桩控制
工程桩基承载力以端承力为主，设计要求桩尖打至强风化岩面，采用D125锤沉桩。
管桩沉桩控制标准： 采用D125锤三挡能量进行连续沉桩，最后一阵的100mm的平均贯入击数不大于4mm/击，可以停锤；如果桩顶标高超过设计标高2m，且锤击总数小于1500锤，则要求最后一阵的平均贯入击数不大于3mm/击。
沉桩过程中为了确保每根桩的停锤标准达到设计要求，监理工程师对每根桩进行旁站监理，监督其锤击能量是否达到锤能要求，沉桩记录是否真实、可靠，终锤时必须经监理工程师确认后方可下达停锤指令，有疑问的桩与设计人员商议做高低应变检测，确保每根沉桩满足设计要求。
三、 质量检查
3.1 未施打的管桩质量检查
本工程2005年7、8月份生产的一批管桩共90根，质量不稳定，经委托广州港湾工程质量检测中心进行质量检测，管桩强度均合格，有50根发现管桩内壁有细微裂缝。为纵向裂缝、多出在桩顶和桩尖连接处。
通过调查分析，桩顶部位内壁出现裂缝是由于钢抱箍加工尺寸精度和钢模内壁尺寸精度有差异，有一定的间隙，引起对桩顶部位激振力的减小，桩顶部位的混凝土强度不如桩身部位混凝土的强度。目前桩型均为C2加强型管桩，张拉应力值增加18%，在施工中稍有张拉应力不均匀，易在管节断面薄弱处产生应力集中，致使产生纵向裂缝。
桩尖连接处内壁出现的裂缝，产生的原因主要是钢桩靴法兰板平面平整度与管节端面的平整度有一定误差，在张拉工程中引起局部应力集中。施工中只注意管节端面的平整度，忽视了应力传递板的精度，致使产生纵向裂缝。
3.2 已施打的管桩质量检查
发现上述裂缝问题后，对先期已经施打的管桩进行抽水检查，发现5根桩有内壁细微裂缝，特点均为对称纵向裂缝、处在管节接头端面沿预留孔位置。8根桩顶外测有细微裂缝，长度小于400mm。
通过调查分析，由以下因素造成此类裂缝的产生：
3.2.1水上作业，受风浪影响，可能存在有较严重的偏心锤击情况，造成局部应力偏大，在管桩结构薄弱的部位，管节预留孔处开裂，尤其是桩顶拼接工程中产生的裂缝随着长时期高能量锤击而扩展延长下去；
3.2.2锤型选择过大，一味追求承载力，超规范提高沉桩标准也是使管桩在沉桩工程中产生裂缝的主要原因；桩锤锤型选择，应根据地质条件和单桩极限承载力等情况来选择合适的锤型和能量档次，使沉桩即能满足设计承载力、上拔力的要求，又要考虑到锤击沉桩工程中产生的拉压应力值不能超过混凝土的控制值。
根据同地区同类工程ф1400mm大管桩沉桩采用D100锤三挡能量达到预期的沉桩效果，而本工程采用D125锤三挡能量比D100锤三挡能量大24%。根据四航科研所测试中心动测检测采用D125锤三挡锤击力最大可达2200T，最大压应力值大37.4Mpa，这种能量值已超过管桩的技术性能要求，因此锤击能量过大也可能导致裂缝的出现。
3.3 裂缝的处理方法及改进措施
按《港口工程预应力砼大直径管桩设计与施工规程》JTJ261-97和《港口工程混凝土粘接修补技术规程》JTJ/T271-99等规程标准处理。
3.3.1对未施工的管桩裂缝的处理
序号 裂缝宽度（主控项） 裂缝深度（参考项） 修复方案 检查验收方法
1 B≤0.2mm H≤10mm 采用赛柏斯拌合物进行裂缝表面封闭和渗透空隙，填充纵向裂缝加强混凝土粘接。 对修复表面用放大镜观察
2 0.2mm＜B≤0.5mm 10mm＜H≤40mm 切凿深45mm的V型槽，清除表面，用丙酮擦洗混凝土切凿断面，填充环氧砂浆 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；每工班做一组试件，48小时试压，抗压度不小于60Mpa 。
如H＞40mm，采用注漿法。打磨裂缝表面，用细毛刷清理干净；沿裂缝走向埋设注浆嘴@200mm；封闭裂缝；注浆（浆液按100环氧树脂：30比利时DENEPOX40注浆材料配制）；铲除注浆嘴。 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；
3 0.5mm＜B≤0.8mm 40mm＜H≤50mm 采用注浆法。打磨裂缝表面，用细毛刷清理干净；沿裂缝走向埋设注浆嘴@200mm；封闭裂缝；注浆（浆液按100环氧树脂：30比利时DENEPOX40注浆材料配制）；铲除注浆嘴。再在裂缝区管桩外壁粘贴一层碳纤维布。 原材料符号要求；工序符合要求；修复后表面无异常，无缝隙；
4 B＞0.8mm 报废处理
3.3.2对已经施工的桩A、F列设计大管桩嵌入桩帽119cm，B、C、D、E列设计大管桩嵌入桩帽130cm。对内壁裂缝位置高于桩芯混凝土底标高0.21m，则不需做处理；对内壁裂缝位置低于桩芯混凝土底标高0.21m，则需降低桩芯混凝土底标高；对桩顶外壁裂缝位置高于桩帽混凝土底标高1.61m，则不需做处理；对桩顶外壁裂缝位置低于桩帽混凝土底标高1.61m，则需降低桩帽混凝土底标高。
3.3.3建议取消钢箍，采用混凝土掺钢纤维或者在普通管节两端面30cm范围内，包裹2层碳纤维布提高桩顶节的耐锤击性能。但在设计修改之前，严格控制钢箍外型尺寸和钢模内侧尺寸的配合，保证砼的激振力符合成型工艺的要求。
3.3.4建议修正沉桩标准停锤标准。
3.3.5对剩余的管节，生产时掺用聚丙烯网状纤维，以抵抗和减少管节或管桩的内壁产生干缩裂缝；
3.3.6加强对管桩拼接端夹板的坚持控制，特别是钢桩靴进入场地，对法兰板平整度的检查标准要和管节端面一致，避免拼接过程中应力集中而产生纵向裂缝；
3.3.7编制裂缝检查表，指定专人负责检查管桩拼接前后及装船前的裂缝检查，杜绝不合格桩出厂。
3.3.8全面检查管桩生产的质量保证体系。
四、质量检测
该工程的桩基委托广州港湾工程质量检测中心进行质量检测。
4.1该工程选21根桩做了高应变动测试验，占总桩数7.9%。测试桩主要选择贯入度大、锤击数少、入土较浅和修补处理过的管桩。其中5根桩检测了恢复系数，其恢复系数的平均值为1.32，由此推算所有桩动测试验的承载力均满足设计承载力的要求；
4.2分批次共对60根桩进行了低应变动测，占总桩数22.8%。测试桩主要选择锤击数高和修补处理过的管桩，均匀分布在各个结构段中。结果13-C6为Ⅱ类合格桩，其余为Ⅰ类合格桩。没发现桩身裂缝，桩头破损现象。
4.3该工程抽水进行桩内壁检查47根桩，重点抽查有缺陷修复过的管桩，除3.2条的8根桩以外，其他管桩未发现异常。
五、 结论
预应力砼大直径管桩从制作到施打，环节多，每一个环节都存在很多可能影响管桩质量的因素，建立各层次的质量保证体系，业主、设计、施工和监理各负其责，预应力砼大直径管桩的质量是可以得到保证的。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。