PHC 管樁焊接接樁處缺陷綜合檢測及處理

陳小川，柯宅邦，高坤

（1.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031 ；2.綠色建筑與裝配式建造安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年來，PHC 管樁憑借其承載力高、造價低、工期短等優勢在建筑工程項目中得到越來越廣泛的運用。PHC 管樁是在工廠中預制完成的，單節樁長度一般小于15m，當遇到樁端持力層埋深超過20m 的工況時，需要將兩根管樁連接才能達到設計樁長。現行行業標準《預應力混凝土管樁技術標準》（JGJ/T 406- 2017）中規定管樁連接可采用焊接、法蘭連接或機械連接。其中焊接法由于操作簡便，在實際工程中應用最為廣泛。但在實際施工過程中，受到工期等多項因素的影響，現場施工人員往往不能嚴格按照規范中的規定進行施工，使得焊接部位易出現虛焊、脫焊、開裂等質量缺陷。且隨著樁基應用領域的不斷擴大，管樁近年來常被用作抗拔樁或支護樁，在上拔荷載或水平荷載作用下，焊接處易出現脫焊現象，給建設工程的質量埋下隱患。因此，準確判斷管樁焊接接頭質量缺陷并采取合適手段進行修復處理是極為有必要的，可以有效消除工程安全隱患，確保工程質量。

本文結合某實際工程，主要討論了低應變法和孔內攝像法在管樁焊接接樁處完整性檢測中的聯合運用，并根據檢測結果分析了管樁焊接接樁處出現缺陷的具體原因，最后采取合理的修復處理方案對缺陷樁進行修復處理。

2 工程案例

2.1 工程概況

某工程基礎采用PHC 管樁（型號為PHC- 500- 125AB），設計樁長為26m，為雙節樁（13m+13m），樁徑為500mm，兩節樁之間采用焊接連接。樁端持力層為中粗砂混卵礫石，樁身混凝土強度等級為C80，總樁數為426 根。工程場地巖土層自上而下如表1 所示。

2.2 檢測結果

低應變檢測法可以快速檢測PHC管樁是否存在缺陷，通過分析低應變曲線，可以獲得缺陷的大致位置，但低應變法是以一維彈性桿平面應力波波動理論為基礎的，在實際檢測中易受到檢測樁樁身參數、現場激振位置等外界因素的干擾，存在一定的局限性。因此，當低應變曲線顯示檢測樁樁身存在明顯缺陷時，應結合其他檢測方法（如鉆芯法、孔內攝像法、靜載試驗）對檢測結果來進行印證，來保證檢測結果的準確。

孔內攝像法能夠直觀地對管樁孔內壁形狀及接樁處的完整性進行定性及定量地拍攝，可以直接觀察到缺陷的位置、大小及類型，能夠與低應變檢測的結果互相印證。

2.2.1 低應變檢測結果

本次共檢測124 根管樁，低應變檢測結果顯示：其中78 根Ⅰ類樁、10 根Ⅱ類樁、18 根Ⅲ類樁、18 根Ⅳ類樁。典型缺陷樁（130# 和152#）的低應變檢測結果如下（圖1 和圖2）。

工程場地巖土層分布情況 表1

圖1 130#樁低應變曲線

圖2 152#樁低應變曲線

130# 樁和152# 樁的低應變曲線均出現了多次反射，屬于嚴重缺陷樁，為了保證檢測結果的準確，還需要結合其他檢測手段對低應變檢測結果進行印證和補充，本次檢測考慮使用孔內攝像法對結果進行印證。

2.2.2 孔內攝像法

對130# 樁和152# 樁進行孔內攝像法檢測，結果如下（圖3 和圖4）。

130# 樁：清孔深度約為9.0m，探測深度約8.05m，在8.05m 處接頭部位脫開，可見樁身四周淤泥不斷往樁內擠入，且速度較快；

152# 樁：清孔深度約7.2m，探測深度約6.94m，在6.94m 處接頭部位脫開，可見樁身四周淤泥不斷往樁內擠入，且速度較快。

3 檢測結果分析

低應變法和孔內攝像法的檢測結果均表明管樁在焊接處存在脫焊的情況，在實際工程中，管樁焊接處脫焊的原因主要有兩方面，一方面是管樁焊縫自身施工質量不過關，另一方面是管樁現場靜壓施工操作不當。

圖3 130#樁孔內攝像照片

圖4 152#樁孔內攝像照片

從焊縫質量來考慮，可能有以下4點原因：

①焊接前端板表面未進行平整處理，焊接后連接樁的樁端不平整；

②焊接施工過程中操作不當，焊縫不連續、不飽滿、焊縫中夾有焊渣等雜物；

③兩節樁截面中心不在同一條直線上，靜壓施工時接樁處出現應力集中現象，造成連接處破壞；

④焊接施工完畢后未到規定的自然冷卻時間就開始沉樁，熱焊縫遇地下水后出現脆裂。

從現場管樁靜壓施工角度來考慮，可能有以下3 點原因：

①基坑開挖支護時未進行卸荷，旁邊堆放著建筑材料等重載設備，管樁焊接處在水平力作用下彎裂；

②設計樁位過于密集，擠土效應顯著，管樁靜壓施工過程時樁身上浮，在上拔荷載下焊接處被拉開；

③根據地勘結果，土體第三層為淤泥質粘土，第二層和第四層均為硬土，管樁焊接處可能正好處于軟硬交界處，在水平力作用下極易彎裂。

結合上述分析并對現場情況進行了解后，對本次事故發生的原因判斷如下：本次的施工場地屬于老黏土區域，老黏土的滲透性低，土體流動性差，預制樁在沉樁過程中產生較大的孔隙水壓力，擠土效應顯著，容易產生浮樁、樁體偏位等問題，焊接部位在水平荷載或上拔荷載作用下極易破壞；同時，管樁靜壓施工現場還發現一旁堆放有開挖的土和建筑材料、機械等重載物體，管樁焊接處在水平力作用下易脫焊。

4 修復處理手段

4.1 處理措施

通過對PHC 管樁綜合檢測及判定，確定其接樁處存在明顯缺陷且樁身質量等級判定為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁后，本工程采用了填芯法對缺陷樁進行修復處理，具體流程如下。

4.1.1 清孔施工

對所有Ⅲ類樁和Ⅳ類樁樁孔先進行清孔作業，沖孔深應至少達到焊接接頭位置下方5m 的位置。清孔分兩次進行，第一次清孔后將泥漿用泵抽出后，第二次用高壓水槍對管樁內壁進行沖洗后將水用泵抽出，確保管樁內壁無留土，保證管壁與灌芯混凝土之間能夠充分粘結。

4.1.2 灌芯施工

灌芯施工的主要流程包括鋼筋籠制作、鋼筋籠下放和混凝土澆灌。首先根據焊縫位置確定用于灌芯施工的鋼筋籠長度并在其底部設置厚度為4mm 鋼板作為托盤；然后利用吊車將鋼筋籠吊入管樁孔內，待鋼筋籠下放完畢后采用微膨脹C45 水下混凝土進行灌芯澆筑，澆筑用混凝土內應摻入8%微膨脹劑及適量早強劑。

4.2 處理后復檢

待混凝土強度達到設計強度后，對填芯處理后的PHC 管樁再次進行低應變檢測，結果表明處理后的PHC 管樁低應變曲線基本正常，接頭部位由強烈的同向反射轉變為輕微反射，表明焊接部位的完整性得到很大提高。同時，對填芯處理后的管樁進行靜載荷試驗或高應變檢測，結果表明其承載力能夠滿足設計要求。目前，該工程已基本建設完畢，場地內沉降監測數據無異常，表明采用填芯法進行處理加固的措施是有效的。

5 結論

本文以某實際工程為例，介紹了低應變法和孔內攝像法在管樁焊接接頭完整性檢測中的聯合運用，得出的結論如下：

①當低應變曲線顯示管樁接樁處存在明顯缺陷反射時，可以結合孔內攝像法對低應變檢測結果進行印證，使得檢測結果更加準確；

②焊接部位是管樁的力學性能薄弱部位，其出現質量缺陷的因素較為復雜，應根據具體工程案例進行分析；

③對接樁部位存在明顯缺陷的管樁，使用填芯法對其進行加固修復能夠取得良好的效果；

④對于修復加固后的管樁，還應進行復測來確保加固修復措施有效。