樹脂錨固劑在預制管樁樁頭修復的應用研究

陳翔宇 臧潤澤

（淮河能源電力集團有限責任公司，安徽 淮南 232000）

樁基施工過程中，預應力混凝土管樁樁頭經常會因樁錘的反復打擊以及后期土方開挖過程使得樁頭部分的混凝土發生破壞，樁頭的損壞直接影響現場施工進度及后期樁基檢測的效率。本文結合實際工程案例采用樹脂錨固劑材料對損壞的預制管樁樁頭進行修復，相較于傳統高強度混凝土修復工藝節約了工期，提高了施工效率。

1 研究背景

隨著中國經濟建設的發展，由于預應力混凝土PHC管樁具有施工快、強度高、單樁承載力高的特點，現已被廣泛應用于建筑工程、市政工程、道路工程等領域。然而預制管樁在施工過程中，經常會發生樁頭破損。破損的管樁樁頭在處理的過程中，很容易造成管樁報廢，這時就需要在報廢的管樁附近進行重新打樁，此種做法不僅耽誤了工期，也提高了施工成本費用，對整個樁基工程的施工質量的也產生了一定的負面影響。因此，在現階段出現了破損樁修補技術，目前預應力混凝土PHC管樁樁頭修補的主流做法還是采取對樁頭破損部分進行修復然后采取高強度混凝土灌漿的方法。

潘集電廠一期2×660mw機組工程主廠房、鍋爐房、冷卻塔、煙囪、輸煤棧橋、灰庫等區域的地基基礎處理采用的是樁基基礎，樁型選擇為預制PHCΦ600-130-B型樁。樁基施工過程中由于部分預應力混凝土PHC管樁在施打過程或在后期土方開挖過程中，樁頭已發生破損，破損后的管樁樁頭，現場實體表現為鋼箍及端頭板損壞，樁頭混凝土破壞，不能進行接樁。而在力學性能表現上則為整個管樁樁體的力學性能喪失。對于現場來說有兩種方法解決，一種是采取補樁的方法，施工方便，但成本較高，不經濟。另外一種是采取樁頭修復工藝，成本低，但工藝相較復雜，高強度灌漿料齡期耗時長。由于現場施工工期緊張，又無定制的抱箍模具，采用傳統樁頭修復工藝修復樁頭也變得不可能。如要解決此問題的關鍵在于尋找到一種齡期短、強度高、與混凝土契合度高的修復材料及一套簡易立模可操作的方法。

淮南地區作為全國重要的煤炭基地，煤化工發展較為迅速，體系成熟。其中煤化工產品樹脂錨固劑已被廣泛用在煤礦、隧道的頂板支護、井筒安設和建構筑物的加固等方面，而且在高速公路修補、水電工程、預應力錨桿加固、基礎生根、設備基礎及構件錨固等領域都有應用。由于樹脂錨固劑具有硬化時間快、穩定性高、抗壓強度大，作為樁頭修復的材料來進行使用成為可能。

1.1 預制樁頭破損的原因分析

以本工程為例，工程選用的是PHCΦ600-130-B型號的先張法預應力混凝土管樁，樁長18—21m，分為2節進行施工，樁尖設計采用開口鋼板樁靴，樁靴長度為300mm，沉樁方式采用的是錘擊沉樁?，F場使用的施工機械D80筒式錘樁機和16.0t導桿錘樁機，送樁器為同一種，最大錘擊力控制在7000KN以下，錘擊能量控制在70—90KJ。工程地層結構如下。

1）填土①素填土，成分以黏性土為主，夾建筑垃圾等。平均厚度0.64m；②淤泥：黑色、灰黑色，流塑，腐殖質土。層厚0.20～0.60m，平均厚度0.29m。

2）黏土：主要成份為黏性土。平均厚度0.91m，層頂埋深0.20～1.20m，層頂標高22.14～20.60m靜探試驗錐尖阻力qc為1.17MPa（平均值，下同），標貫試驗擊數N為7.7擊（標準值，下同）；②黏土：主要成份為黏性土。平均厚度6.65m，層頂埋深0.50～6.10m，層頂標高21.55～15.80m。靜探試驗錐尖阻力為2.36MPa，標貫試驗擊數N為12.8擊。

3）粉質黏土：主要成分為夾薄層粉質黏土。一般層厚0.30～4.90m，平均厚度0.96m，層頂埋深3.40～9.10m，層頂標高18.50～12.82m。靜探試驗錐尖阻力為1.31MPa標貫試驗擊數N為7.6擊。

4）粉質黏土：主要成分為粉質黏土。平均厚度4.93m，層頂埋深8.10～12.20m層頂標高14.19～7.5m。靜探試驗錐尖阻力qc為1.78MPa，標貫試驗擊數N為9.5擊。

5）粉土：主要成分為夾薄層粉質黏土與粉砂。平均厚度3.83m，層頂埋深12.80～21.30m，層頂標高8.94～0.65m。靜探試驗錐尖阻力為4.07MPa，標貫試驗擊數N為13.8擊。

6）細中砂：主要成分為長石、石英顆粒，其次為云母碎屑，局部夾薄層粉質黏土及少量貝殼碎屑。該層在場地內普遍分布層位較穩定一般層厚5.40～18.50m平均厚度10.98m，層頂埋深17.00～24.80ms層頂標高5.18～-2.85m靜探試驗錐尖阻力qc為24.00MPa標貫試驗擊數N為43.3擊。

7）粉質黏土：主要成分為含云母碎屑和鐵錳質結核夾薄層粉砂級少量貝殼碎屑局部夾姜結石。一般層厚3.00～12.70m平均厚度8.77m層頂埋深28.20～37.00m。層頂標高-6.22～-15.23m。靜探試驗錐尖阻力qc為4.74MPa標貫試驗數N為23.3擊。

8）粉細砂：主要成分為長石、石英，其次為云母碎屑、夾薄層粉質黏土。一般層厚2.50～7.70m，平均厚度5.18m。層頂埋深41.50～48.70m層頂標高-19.60～-26.67m。靜 探 式 驗 錐 尖 阻 力q為18.53MPa標貫試驗數N為40.1擊。

根據地質描述及現場的施工情況，這樣長度的PHC管樁的樁端進入⑥持力層為不少于1.8m。D80筒式錘的總錘擊數在510擊，16.0t導桿錘的總錘擊數在380擊。特別在接近持力層最后10cm的左右，貫入度更小，錘擊數均大于100擊。而此時采取錘擊硬打工藝時，又無相關緩解錘擊能量的舉措，觀察到樁頭開始發生破損的現象。

通過現場樁的破損比例發現樁頭破損集中出現在16.0t導桿錘樁機打樁過程中，而D80筒式錘樁頭破損率低。地形平坦的地方的樁頭破損率要低于地形高低不平的區域。施工過程中，現場施工加裝樁帽的沉樁破損率低于不加樁帽的沉樁。XX和品牌的樁材的樁頭破損率低于XX華品牌。從而可以推斷本工程預應力PHC管樁樁頭發生破損的主要原因有。

1）樁身本體質量存質量隱患，管樁廠家在生產預應力混凝土PHC管樁時，在澆筑過程、離心過程及養護過程中存在質量問題，導致樁的端頭部分有縫隙未密實的現象，當錘擊樁頭時，樁頂很容易會發生粉碎性破壞。

2）現場施工人員在送樁的過程未調正樁機，重新校核送樁器的垂直度，在擊打的過程中容易造成偏心，導致樁頭端部發生破壞。

3）打樁機械選擇不合理，受力不均，導致樁頭發生破壞。

4）送樁管底端未安裝樁帽，無樁帽的送樁管更難控制樁錘的錘擊應力與樁管中心軸線吻合，容易導致樁頭被打碎。

1.2 傳統樁頭修復工藝的方法

預應力混凝土PHC管樁樁頭發生破損后，傳統的修復的工藝步驟如下。

1）使用手動機械對樁頭破損位置的抱箍模具進行鑿除，露出樁頭鋼筋并用清水將鑿毛位置清理干凈；2）將端頭板與鋼抱箍、預留管樁鋼筋進行焊接；3）鑿毛管樁內壁，設置通氣空并緊固；4）澆筑高強度混凝土，放置7d后成型。

在該方法修復過程中，鋼抱箍內的高強混凝土與受損管樁通過預應力鋼筋的錨固力與管樁內壁的粘結力和摩擦力相結合，可以起到共同受力的作用，從而達到可再次有效沉樁的目的。

2 樹脂錨固劑組成及應用樁頭修復實施方式

2.1 樹脂錨固劑的組成

樹脂錨固劑是由不飽和樹脂、大理石粉、促進劑、固定劑和輔料配置而成的粘稠狀化學錨固粘接制品。常用的樹脂錨固劑主要由樹脂膠泥和固化劑兩部分組成。樹脂膠泥在樹脂錨固劑占比權重最大，其主要成分為不飽和樹脂、大理石粉和促進劑。

2.2 樹脂錨固劑的特點

1）樹脂錨固劑承載速度快，其錨固性能與鋼筋預埋件錨固性能相似。具有固化時間快（速度可調）、強度增長快、強度高的特點。安裝后不僅能及時承受荷載，而且錨固力大。

2）樹脂錨固劑適應性強，粘接對象范圍廣?？梢哉辰赢愋危瑥碗s的大薄板結構，也可錨固各種木材、金屬、玻璃等剛性物體。

3）具有良好的疲勞強度?？蓮V泛應用于結構加固、巖石支護、設備基礎固定、大壩裂縫修補及高層建筑外墻石材干掛、金屬或幕墻框架安裝固定。

4）樹脂錨固劑耐久強度高，容易儲存。樹脂錨固劑由樹脂膠泥與錨固劑兩部分組成，分隔包裝成卷形，使用時兩部分進行攪拌混合，反應后固化，可以長期保持強度和外觀不發生改變。不攪拌時可儲存3個月，易儲存，施工較為方便。

2.3 樹脂錨固劑作用機理

樹脂錨固劑作用機理實際是放熱反應過程。總共可以分為3個階段：1）凝膠階段。固化劑、促進劑與樹脂錨固劑拌合開始到錨固劑變成軟膠狀態，反應放熱；2）硬化階段。錨固劑膠泥由軟膠狀態變成固體狀態，反應速率加快，持續放熱。完全固化階段。膠泥變硬后，硬度持續發展至不再發生變化；3）樹脂錨固劑會因不飽和聚酯樹脂發生了聚合反應而固化。

2.4 樁頭修復工藝與操作流程

工藝流程：樁面整平清潔→安裝柔性鋼圈→拌合樹脂膠泥及固化劑→找平→安裝端頭板→養護。

1）樁面整平清潔，將已截樁面凹凸部分進行清理，并用清水進行清潔。

2）安裝鋼圈，如圖1所示，清潔完成后套上已制鋼圈，外圈鋼板厚大于等于2mm，高度不少于200mm。

圖1 鋼圈安裝

內圈鋼板已高度為200mm，厚度為0.5mm的彩鋼板，套上后以水平尺找平且鋼圈頂標高與樁面高差不少于50mm。

3）拌合樹脂膠泥及固化劑，將高強度不飽和樹脂膠泥和固化劑按比列調制往找平好的樁面澆筑并且整平，如圖2所示。

圖2 樹脂錨固劑拌合澆筑

4）找平，使用水平尺對樹脂錨固劑修補后的樁面進行找平，如圖3所示。

圖3 水準尺找平

5）安裝端頭板，將端頭板安裝在修補后的樁面上，如圖4所示。

圖4 端頭板安裝及養護

6）養護，養護時間約24h，24h后樹脂錨固劑整體強度達到60Mpa，最大強度可達75Mpa。

本工程應用的樁頭修復工藝方法相較于傳統的樁頭修復方法，就地取材使用柔性鋼圈根據樁頭的外徑和內徑立模，這樣就不用根據不同樁頭破損的位置制作不同的鋼箍模具大大節約了模具的制作時間，由于拌合的樹脂膠泥及錨固劑呈膠體狀可以有效與清潔后的樁頭和端頭板有效契合，不用使用植埋入預應力鋼筋就可以有效的跟破損管樁形成一體，共同受力。

2.5 影響樁頭修復的施工因素

破損管樁頭部鑿毛清理后混凝土與樹脂膠泥及錨固劑拌合物的黏結密實度緊密程度直接影響樁體的整體受力。樁頭下部已受損混凝土與樹脂錨固劑貼合得越緊密，越能避免結合面上的應力集中，從而提高了樁頭的耐擊打性。

因此在對破損樁頭的混凝土面進行鑿毛清理時，越應該精耕細作，避免因為擾動，造成混凝土清理面裂縫的出現。必要時，可以使用高壓水槍進行黏結面的處理。

樹脂膠泥及錨固劑必須按照設計比例進行拌合，施工過程中拌合的比例效果將直接影響樁頭的修復質量。

在端頭板安裝時，應密切關注安裝的平整度，使用的水平尺需經過校核，對于不平整的方向需要及時進行調整。避免因端頭板不平齊導致樁頭受力不均再次發生樁頭破損。

2.6 有益效果

傳統的修復工藝是在破損部分采用高強度混凝土灌漿的施工方法，此種施工方法需經7d后，強度才能滿足要求。而膠泥與樹脂錨固劑拌合物具有凝膠時間短，硬化速度快，抗壓強度高、與混凝土制品易結合的特點。24h過后強度就可以達到60Mpa，完全滿足實驗及使用要求，將樹脂錨固劑應用在預制管樁樁頭修復上，不僅提高了檢測效率，也大大縮短了樁基基礎修復處理時間，為下道工序承臺基礎的施工創造了有利的條件。

在潘集電廠一期2×660mw機組工程實際應用中鍋爐房樁基工程通過使用樹脂膠泥及錨固劑修補樁頭26個，24h后現場回彈強度全部大于60Mpa，并經高應變實驗檢測過后，現場無一樁頭及樁身發生損壞。

3 結語

利用樹脂膠泥及錨固劑和柔性鋼圈定模進行修復的破損管樁頭，通過高應變實驗證明完全達到了正常PHC管樁的承載力要求。實踐證明，樹脂錨固劑的應用在預制管樁樁頭修復的應用大大節約了修復時間，縮短了處理工期，為下道工序承臺基礎的施工，創造了有利條件。樹脂錨固劑在預制管樁樁頭修復處理具有一定的原創性，屬于首次將化工產品材料樹脂錨固劑成功應用到預制管樁的修復技術上，為其他同類預制管樁樁基工程樁頭修復處理提供了參考借鑒價值。