管桩原位处理技术在桩基加固工程中的应用
摘要：在预应力混凝土管桩打桩施工中，由于各种原因，缺陷桩的出现几乎是不可避免的。通常工业建、构筑物承受的荷载大，基础内设计桩位密集。一旦工程桩发生断裂缺陷，则由于重新补打工程桩缺少桩位，采用传统补桩方法非常困难。预应力混凝土管桩原位处理技术能够在不改变缺陷桩位置的前提下有效地解决此问题。本文介绍环氧树脂锚固配合钢套管接桩法、桩芯加固法、套打钢管桩法三种原位处理技术对工程桩的缺陷修复、加固补强。
关键词：原位处理；环氧树脂；桩芯加固；钢管桩
0 前言
在预应力混凝土管桩打桩施工中，由于各种原因造成缺陷桩的出现几乎是不可避免的。轻者会造成管桩桩身出现裂缝，严重时会出现断桩或者工程桩报废等质量事故。因此，研究对有缺陷的管桩进行加固和补强有着非常现实的意义，因为将受到损伤桩进行修复，使其能够发挥正常作用，这是处理缺陷桩的最佳选择；一旦被迫报废原桩重打桩将意味着桩基施工阶段工期被耽误，需要追加投资，而且在无法清除原桩的前提下，设计人员为寻找替代原桩的有效桩位而绞尽脑汁。预应力混凝土管桩原位处理技术是一种在不改变缺陷工程桩位的前提下实现对工程桩的缺陷修复、加固补强技术。该技术尤其适用于承台底面面积小，基础内桩位密集，没有补桩桩位的情况。运用原位处理技术可以较好的解决补桩没有桩位的问题，并且此方法已经过实践检验证明行之有效。
1 某工程项目地质及桩基情况简介
根据岩土工程勘察报告提供勘察数据，宁波某工程项目持力层为淤泥质土。设计桩型为宁波市建筑设计标准通用图集《先张法预应力混凝土管桩》DBJ02-10-99中的PHC-AB550（125）（单桩竖向承载力特征值3250KN，桩长50m），总桩数共计90根，采用锤击打入方法施工。桩的质量检测要求进行高应变动力检测的桩数不小于总桩数的2%，且不少于5根；进行低应变动力检测的桩数不少于总桩数的30%。由于设计人员选用端承摩擦桩，所以在打桩施工时以桩长为参考指标，以贯入度为控制指标。施工采用8t锤打桩作业，确定停锤标准为：连续三阵，每阵（10击）贯入度不大于5厘米，桩端进入持力层深度进入第8层≥3米。由于桩供应情况方面的原因，实际使用PHC-AB600（110）代替PHC-AB550（125）。打桩完成后，经过15天养护，将桩头挖出，对桩进行检测，45枚桩经过低应变检测（抽检率50%），检测结果Ⅰ类桩10根，Ⅱ类桩27根，Ⅲ类桩7根，Ⅳ类桩1根。7根Ⅲ类桩缺陷情况分别为：在距桩顶14.9米、14.6米、14.1米、11.3米、11.6米、12.1米、11.8米处有裂缝缺陷。根据施工规范规定Ⅲ类桩需要进行加固，1根Ⅳ类桩需要补桩，另有3根桩在地面以上位置桩头被打碎，也需要进行处理。
2 本工程预应力管桩破损原因分析
通过本工程的桩破坏形式进行分析，其破坏的原因主要有以下三种：一是桩在预制生产过程中存在桩顶面与桩身中心线不垂直，存在小的夹角；二是桩身混凝土离心生产时，桩头部位混凝土离析致使其强度偏低；三是土层与桩之间的摩擦力反作用于桩身，使桩身混凝土产生拉应力，而拉应力超过桩身混凝土的抗拉强度。
3 预应力混凝土管桩原位处理方法
打桩施工过程中由于各种原因不可避免出现断桩及裂缝现象。发生断桩及裂缝后需要对桩身补强加固或重新补桩。不同的破坏形式应采用不同的处理方法。原位处理技术适用于桩头打坏、桩身破裂、桩身轻微倾斜、接桩处松脱开裂问题的加固补强。以下对环氧树脂锚固配合钢套管接桩法、桩芯加固法、套打钢管桩法三种原位处理技术的原理、适用条件及施工工艺进行介绍。
3.1环氧树脂锚固配合钢套管接桩法
3.1.1 技术原理
用环氧树脂锚固配合钢套管对断桩部位与新桩进行有效连接，钢套管承受水平力及侧向弯矩，环氧树脂锚固进行桩的竖向连接完成竖向传力，两者协调受力，达到设计要求。（见图1）
3.1.2适用条件
桩的标高及贯入度未达到设计要求，水平断桩部位高度在地上附近，其范围为地面下2m至地面上2m。
3.1.3施工工艺
（1） 断桩切割。 将断桩缺陷位置以上部位用混凝土切割机切除，保证剩余部分完好，切割面平整。地面上断裂位置高于2m时，将2m以上部位截掉，以方便接桩作业。因为高度2 m以上接桩其稳定性不易控制，接桩后不易保证上下桩的同心度；低于地面下2m时，由于该工程特殊土质（淤泥土质）开挖深度超过2米必须采取支护措施或者采取卸载大开挖的方式，其经济性明显不合理。
（2） 桩身钻孔用膨胀螺栓固定内外加固钢套管。 选取内外加固钢套管（可用钢板卷制）。外部钢套管内径比管桩外径大10mm，钢管壁厚不小于10mm，长度不小于2倍桩径；内部钢管比管桩内径小5-10mm，因其只起保证不漏浆作用，壁厚不做要求，长度300-400mm。用3枚膨胀螺栓沿桩周固定钢套管。
（3） 环氧树脂锚固。 在内外钢套管间及桩顶部位填充环氧树脂类产品（环氧胶泥、环氧结构胶），吊装安放新桩，环氧树脂将新老桩锚固连接在一起。缺陷桩与外部钢套管间隙如果未被充满，需灌入环氧树脂直至充满。
3.2桩芯加固法
3.2.1 技术原理
预应力管桩是采用离心工艺生产出的，桩内芯是空心圆柱形，预应力管桩的桩芯补强技术正是利用管桩截面中原有空心部分对桩身的缺陷实施加固。加固的基本方法是在管桩的空心内增加钢筋笼，并浇筑混凝土成为一个桩芯柱，桩芯柱与原管桩形成一个整体，弥补了原管桩管身上的缺陷，从而达到对缺陷管桩加固和补强的目的。桩芯柱外形尺寸即为管桩桩芯尺寸，其钢筋配置及混凝土强度等级按与原桩弯矩等效的原则验算确定。（见图2）
3.2.2适用条件
（1） 桩检测判定为Ⅲ类桩。
（2） 桩水平断裂位置或桩身发生竖向裂缝的最下端位置在距桩顶设计标高以下16米至桩顶范围内。超过此范围时，由于地基土充填桩芯、制作离心成型时内径不规则使得桩芯柱钢筋笼无法插到位或经济合理性等因素制约而失去修复价值。
3.2.3施工工艺
（1） 确定补强桩身的长度：根据低应变检测桩体的裂缝位置确定需要加固补强桩身长度。实际需要补强的桩芯柱长度为桩顶至检测所确定的桩身裂缝位置向下增加5m的长度。
（2）清理桩芯内杂物：由于管桩选用开口型桩尖，在打桩施工过程中，会有一部分土体和杂物进入桩管，因此，对桩管内需补强桩芯柱长度范围的土体和杂物进行清理。
（3）配置钢筋笼：被加固的桩体内配置的钢筋笼其钢筋的截面面积需要经计算来确定。钢筋笼长度为桩芯清孔深度加上桩顶锚入承台的长度，每根桩的钢筋笼的长度不一样，具体长度需要在现场进行实际长度的测量。钢筋笼下部需焊接10mm厚钢板用来承托浇筑的混凝土。安装钢筋笼时将其上端与桩顶进行固定。
（4）浇筑混凝土：一般混凝土强度等级采用C40 。混凝土中可掺加减水剂、微膨胀剂将等外加剂，但不能加入粉煤灰。
（5）桩芯补强管桩的检测：对缺陷桩加固后，需全数进行低应变检测，高应变检测的桩数不少于总桩数的30%，必要时对部分桩进行静荷载检测。当检测结果达到Ⅰ类桩或Ⅱ类桩标准时，说明管桩经桩芯补强后已达到设计要求，可以正常使用。
3.3套打钢管桩法
3.3.1 技术原理
当工程桩不得不报废时，采用比原混凝土管桩外径大100mm及以上的钢管桩套在报废桩外打入地基土中，钢管桩代替原工程桩以满足设计要求。
3.3.2适用条件
（1）桩检测判定为Ⅳ类桩。
（2）水平断裂部位或桩身发生竖向裂缝的最下端在距桩顶设计标高16米以下位置的Ⅲ类桩。
3.3.3施工工艺
（1）选取钢管桩：钢管桩桩径比原混凝土管桩外径大100mm及以上，长度同原报废桩，壁厚可通过计算确定，一般壁厚取10-14mm。
（2）套打钢管桩：将钢管桩套在报废桩外按常规打桩方法打入地基土中。
4 处理实例
根据检测结果，本工程对7根Ⅲ类桩采用了桩芯加固法进行处理；1根Ⅳ类桩采用套打钢管桩法进行处理；3根桩头被打碎的桩采用环氧树脂锚固配合钢套管法进行接桩进行处理。
5 结束语
采用上述三种方法对缺陷桩处理后，通过低应变、高应变检测及静载实验检测其承载力符合设计要求。运用原位处理技术能够有效地对缺陷桩进行加固，尤其是适用于无补桩位置的桩基损坏的加固。管桩的原位处理技术可保证桩基工程施工质量和工期，大大降低施工的费用和施工难度，在桩基施工的实践中将越来越体现出广泛的推广空间和巨大的应用价值。
参考文献
[1]吴湘兴.土力学及地基基础.第2版.武昌：武汉大学出版社，1995.
[2]王壮飞，江正荣，赵志缙，等.建筑施工手册.第二版.北京：中国建筑工业出版社，1992.