碼頭預應力管樁裂縫檢測及修補加固工藝探討

魏小明

摘 要：預應力高強混凝土管樁具有明顯的優點，在碼頭工程得到廣泛使用。然而在制造、施工及服役使用中，管壁極易產生裂縫，對大直徑PHC管樁而言，其裂縫樁的出現概率5%～30%，較大的裂縫會降低管樁的承載力和耐久性，本文以長江中游某碼頭的管樁裂縫檢測和修補加固工藝為例，進行了實踐和探討。

關鍵詞：預應力管樁；裂縫；檢測；修補加固

中圖分類號：U655.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）2-0058-02

預應力高強度混凝土管樁（簡稱PHC樁）是預應力技術與離心制管技術相結合的產物，自上世紀80年代引入中國以來，在碼頭工程建設領域得到廣泛的應用，成為高樁碼頭結構最主要的樁基型式。然而PHC管樁在工程使用中仍然發現存在一些質量技術問題，其中最突出的問題即為樁身的裂縫。因為PHC管樁為環狀薄壁結構且是碼頭結構主要的受力單元，裂縫的存在對高樁碼頭結構的安全運營或使用壽命存在一定的影響，因此有必要對裂縫產生的管樁進行修補，避免建設碼頭投資效益的損傷和浪費。

1 工程概況

某5000DWT件雜泊位碼頭，結構形式為高樁梁板式。樁基前沿方向布置Φ1000鋼管直樁，后沿方向布置叉樁（斜樁為Φ1000-B型PHC管樁+Φ800δ16鋼管樁的組合樁）。組合樁碼頭部分設計管節長度為43.5～50m，其中鋼管節部分長為6m。

樁基工程在中水位經打樁船沉樁完工后，發現PHC管樁出現了較多的豎向裂縫。為查實PHC樁出現裂縫的具體數量和相關參數，委托有資質的檢測單位對碼頭樁基水面以上部分裂縫進行了檢測。

2 樁基裂縫檢測情況及處理原則

經檢測，該工程PHC樁無橫向裂縫，均為豎向裂縫。發現豎向裂縫的有114根樁，累計裂縫長度677.94m。現場實測裂縫寬度最大為0.23mm；其中0.2mm寬度以上的裂縫6條，累計長度約34.07m；0.15mm～0.2mm寬度的15條，累計長度62.58m；其余均在0.15mm以下。PHC樁出現1條豎向裂縫的樁有79根，出現2條豎向裂縫的樁有28根，出現3條和3條以上豎向裂縫的樁有7根。

對沉樁施工工藝、沉樁記錄及裂縫出現的位置綜合分析，PHC管樁豎向裂縫出現的主要原因是錘擊應力造成的疲勞損傷，由于條件限制，未做高應變檢測及裂縫深度檢測，查看全部PHC管樁低應變完整性樁基檢測，未發現斷樁。

PHC管樁空心構造減少了混凝土之間的有效粘結面積，裂縫恢復能力較低，表面裂縫恢復值隨裂縫寬度增大而增大，但裂縫恢復率隨裂縫寬度增大而減小，PHC樁外表面裂縫恢復率一般在50%以下。裂縫出現的位置位于長江歷年水位變動區，對碼頭的耐久性產生不利影響，為了提高碼頭的耐久性，確保結構安全，對裂縫進行修補十分必要。

3 修補依據

（1）《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）。

（2）《港口水工建筑物修補加固技術規范》（JTS311-2011）。

（3）《水運工程混凝土結構設計規范》（JTS151-2011）。

4 修補總體思路及施工工藝

裂縫寬度≥0.2mm：化學灌膠法先對裂縫進行處理，然后繞樁周以螺旋狀全裂縫長度粘貼兩層碳纖維布進行加固，最后采用防腐涂裝防護；裂縫寬度<0.2mm：封閉法修復，對裂縫切“U”型槽封閉，然后間隔1m繞樁周間斷粘貼兩層碳纖維布進行加固，最后采用防腐涂裝防護；修補時機為最低水位時，逐根對最低水位以上PHC管樁樁基范圍內的裂縫補充檢測，然后按照實際裂縫長度進行修補。

4.1 封閉法修復

施工工藝如下：①采用機械或人工方法， 沿裂縫走向騎縫鑿深度不小于30mm 和寬度不小于 20mm 的 U 型凹槽；②清除槽內松散層、 油污、 浮灰及其它不牢附著物；③在槽內的混凝土表面刷涂界面粘結材料；④刷涂界面粘結材料后，2小時內用聚合物砂漿對待修復面進行填充修復；⑤聚合物砂漿填充完，在砂漿表面灑水養護；⑥對裂縫處理部位進行打磨修整；⑦裂縫封閉法修復工藝流程如下：施工準備→沿裂縫走向鑿U型槽→清洗U型槽→U型槽內涂刷界面劑→聚合物砂漿填充修補→裂縫修補表面打磨修平→養護；⑧施工質量要求：“U”形槽的寬不小于 2cm、深度不小于 3cm；涂刷膠液前，應保證”U”形槽干凈；聚合物砂漿的固化時間保持在 2 個小時內。

4.2 化學灌膠法修復

施工工藝如下：①清除混凝土裂縫表面松散物和縫內異物；②按 200～500mm 間距設置灌漿嘴。裂縫的端部和裂縫交叉處均應埋設灌漿嘴；③埋設灌漿嘴采用結構膠粘貼法；④對裂縫進行封縫處理后，進行壓氣檢查灌漿嘴的連通和密封效果；⑤按試驗配比準確稱量配置灌漿液，根據灌漿液的固化時間和灌漿速度隨配隨用；⑥按豎向縫自下而上、水平縫自一端向另一端的順序進行壓力灌漿，灌漿壓力為0.2～0.4MPa；⑦待漿液固化后，拆除灌漿嘴，并對混凝土表面進行修整，打磨平整。⑧壓力灌膠工藝流程如下：施工準備→清除裂縫松散物和異物→埋設灌漿嘴→封縫處理并進行密封效果→配置灌漿膠液→壓力灌入結構膠液→膠液固化后拆除灌漿嘴→修補后的裂縫表面修平。

4.3 碳纖維布加固

在裂縫部位修復完成后，采用粘貼碳纖維布的方法進行維修加固處理，樁周粘貼兩層碳纖維布。

4.3.1 施工準備

對所使用碳纖維片材、配套樹脂、機具等作好施工前的準備工作。

4.3.2 混凝土表面處理

將PHC樁表面打磨平整，清除表面浮灰并保持干燥。

4.3.3 涂刷底膠

按照產品生產廠提供的工藝規定配制底膠，然后采用滾筒刷將底膠均勻涂抹于混凝土表面，底膠表面指觸干燥后，立即進行下一道工序的施工。若當天未粘貼碳纖維布時，第二日應用干布擦拭已固化的底膠表面，并讓其自然風干后才可進行下一道工序，底膠涂刷面邊界應不小于所粘貼的碳纖維布范圍。endprint

4.3.4 找平處理

對混凝土表面凹陷部位用修補膠填補平整，不留棱角。待找平材料指觸干燥后進行下一道工序的施工。

4.3.5 粘貼碳纖維布

（1）按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。碳纖維布須避免在運輸、放置、裁剪及粘貼過程中受彎折或浸水。

（2）按工藝規定配制膠材，根據粘接膠的標準用量，計算出所涂布面積的需用量，視現場氣溫等實際情況，確保在使用期內一次用完，按粘接膠使用說明規定的比例把粘接膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻。

（3）用干燥的滾筒將浸漬膠均勻涂刷于構件表面，進行下層樹脂作業。300g/m2的纖維片，用量約500～600g/m2，作業方式同涂刷底膠。

（4）粘貼碳纖維布于下層樹脂上，用專用的滾筒在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復碾壓，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接。及時檢查有無未密合現象，若有，則以美工刀順纖維方向剪開，充分注滿樹脂后壓平。最后采用氣囊頂壓法對碳纖維布表面進行處理，保證碳纖維布粘貼牢固。

（5）碳纖維片材與混凝土之間的粘結質量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面方法來判斷，總有效粘結面積不應低于95%。如有空鼓現象應加以相應處理：用刀片將碳纖維布劃開，然后采用注射器針管將調制好的粘接膠注入空鼓或氣泡內填充至密實。

（6）養護。粘貼碳纖維布后需自然養護24小時，以達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

（7）粘貼碳纖維布施工工藝流程如下。施工準備→混凝土表面處理→涂底膠→用修補膠對構件表面殘缺修補→貼碳纖維布→養護固化→工程驗收。

4.4 表面防護

在粘貼碳纖維并形成復合材料凝膠固化后，在復合層表面施加防腐涂層，厚度為390μm。

5 修補后檢查

碼頭PHC管樁檢測列明的裂縫按修補加固工藝施工完成后，經現場初步驗收后委托專業檢測單位進行裂縫檢查，并出具修補報告，報告顯示修補前后對比照片，修補效果比較理想。

6 體會及建議

低應變檢測因輕便、快捷在碼頭PHC管樁質量檢測中廣泛使用，但靠單一的波形特征，難以對豎向裂縫的判斷和缺陷的定量分析，并對管樁結構型深長的樁基部位缺陷難以識別，可以利用小波分析法識別裂縫缺陷的準確性進行進一步的判斷，避免難以水下目測的管樁裂縫等缺陷發現的難題。

PHC管樁裂縫的控制在于預防，大面積沉樁完成后再進行處理，修補方案選擇性小，技術難度增加，處理效果難以全面檢測，因此，管樁在進場驗收和沉樁施工過程，應該對表面仔細觀察，因為水位、潮汐等外界影響暫時無法查看，等待低水位，一定應及時查看管樁表面是否有裂縫等破損，做到早發現早防止早處理。

建議每年低水位時期，或水下采用CCTV攝像，觀測管樁完成加固處理的表面變化，檢查樁周是否有新的裂縫出現，對新出現的裂縫必要時進行再次檢測評估，防止管樁施工遺留的混凝土裂縫造成對碼頭正常使用的較大影響。

7 結論

以本工程為例，對PHC管樁裂縫工后的修補加固，在檢測和工藝方法方面逐漸成熟，滿足了管樁耐久性使用的要求，為類似碼頭施工出現的裂縫質量問題提供了解決的思路和實踐，亦為老舊碼頭項目改造和升級，提供了可借鑒的方案。

參考文獻：

[1] 湯渭淸.高樁碼頭PHC管樁裂縫原因分析及防治措施[J].中國水運，2015，06.

[2] 岳著文、李鏡培、邵偉著.PHC管樁劈裂試驗裂縫開展特征[J].哈爾濱工業大學學報，2014，10.

[3] 郭楊等.應用小波分析法檢測預應力管樁裂縫的研究與實踐[J].巖土工程學報，2013，10.endprint