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(yōu)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(jié)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?，F(xiàn)行行業(yè)標準《預應力混凝土管樁技術標準》（JGJ/T 406- 2017）中規(guī)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(xiàn)場施工人員往往不能嚴格按照規(guī)范中的規(guī)定進行施工，使得焊接部位易出現(xiàn)虛焊、脫焊、開裂等質(zhì)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(xiàn)脫焊現(xiàn)象，給建設工程的質(zhì)量埋下隱患。因此，準確判斷管樁焊接接頭質(zhì)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(zhì)量。

本文結(jié)合某實際工程，主要討論了低應變法和孔內(nèi)攝像法在管樁焊接接樁處完整性檢測中的聯(lián)合運用，并根據(jù)檢測結(jié)果分析了管樁焊接接樁處出現(xiàn)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(jié)樁（13m+13m），樁徑為500mm，兩節(jié)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(shù)為426 根。工程場地巖土層自上而下如表1 所示。

2.2 檢測結(jié)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(shù)、現(xiàn)場激振位置等外界因素的干擾，存在一定的局限性。因此，當?shù)蛻兦€顯示檢測樁樁身存在明顯缺陷時，應結(jié)合其他檢測方法（如鉆芯法、孔內(nèi)攝像法、靜載試驗）對檢測結(jié)果來進行印證，來保證檢測結(jié)果的準確。

孔內(nèi)攝像法能夠直觀地對管樁孔內(nèi)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(jié)果互相印證。

2.2.1 低應變檢測結(jié)果

本次共檢測124 根管樁，低應變檢測結(jié)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(jié)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(xiàn)了多次反射，屬于嚴重缺陷樁，為了保證檢測結(jié)果的準確，還需要結(jié)合其他檢測手段對低應變檢測結(jié)果進行印證和補充，本次檢測考慮使用孔內(nèi)攝像法對結(jié)果進行印證。

2.2.2 孔內(nèi)攝像法

對130# 樁和152# 樁進行孔內(nèi)攝像法檢測，結(jié)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(nèi)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(nèi)擠入，且速度較快。

3 檢測結(jié)果分析

低應變法和孔內(nèi)攝像法的檢測結(jié)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(zhì)量不過關，另一方面是管樁現(xiàn)場靜壓施工操作不當。

圖3 130#樁孔內(nèi)攝像照片

圖4 152#樁孔內(nèi)攝像照片

從焊縫質(zhì)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(xù)、不飽滿、焊縫中夾有焊渣等雜物；

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

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

從現(xiàn)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(jù)地勘結(jié)果，土體第三層為淤泥質(zhì)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(jié)合上述分析并對現(xiàn)場情況進行了解后，對本次事故發(fā)生的原因判斷如下：本次的施工場地屬于老黏土區(qū)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(chǎn)生較大的孔隙水壓力，擠土效應顯著，容易產(chǎn)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(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(yè)，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(nèi)壁進行沖洗后將水用泵抽出，確保管樁內(nèi)壁無留土，保證管壁與灌芯混凝土之間能夠充分粘結(jié)。

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(jù)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(nèi)，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(nèi)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(jié)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(zhuǎn)變?yōu)檩p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(jié)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(nèi)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jié)論

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

①當?shù)蛻兦€顯示管樁接樁處存在明顯缺陷反射時，可以結(jié)合孔內(nèi)攝像法對低應變檢測結(jié)果進行印證，使得檢測結(jié)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(xiàn)質(zhì)量缺陷的因素較為復雜，應根據(jù)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。