树脂锚固剂在预制管桩桩头修复的应用研究

陈翔宇 臧润泽

（淮河能源电力集团有限责任公司，安徽 淮南 232000）

桩基施工过程中，预应力混凝土管桩桩头经常会因桩锤的反复打击以及后期土方开挖过程使得桩头部分的混凝土发生破坏，桩头的损坏直接影响现场施工进度及后期桩基检测的效率。本文结合实际工程案例采用树脂锚固剂材料对损坏的预制管桩桩头进行修复，相较于传统高强度混凝土修复工艺节约了工期，提高了施工效率。

1 研究背景

随着中国经济建设的发展，由于预应力混凝土PHC管桩具有施工快、强度高、单桩承载力高的特点，现已被广泛应用于建筑工程、市政工程、道路工程等领域。然而预制管桩在施工过程中，经常会发生桩头破损。破损的管桩桩头在处理的过程中，很容易造成管桩报废，这时就需要在报废的管桩附近进行重新打桩，此种做法不仅耽误了工期，也提高了施工成本费用，对整个桩基工程的施工质量的也产生了一定的负面影响。因此，在现阶段出现了破损桩修补技术，目前预应力混凝土PHC管桩桩头修补的主流做法还是采取对桩头破损部分进行修复然后采取高强度混凝土灌浆的方法。

潘集电厂一期2×660mw机组工程主厂房、锅炉房、冷却塔、烟囱、输煤栈桥、灰库等区域的地基基础处理采用的是桩基基础，桩型选择为预制PHCΦ600-130-B型桩。桩基施工过程中由于部分预应力混凝土PHC管桩在施打过程或在后期土方开挖过程中，桩头已发生破损，破损后的管桩桩头，现场实体表现为钢箍及端头板损坏，桩头混凝土破坏，不能进行接桩。而在力学性能表现上则为整个管桩桩体的力学性能丧失。对于现场来说有两种方法解决，一种是采取补桩的方法，施工方便，但成本较高，不经济。另外一种是采取桩头修复工艺，成本低，但工艺相较复杂，高强度灌浆料龄期耗时长。由于现场施工工期紧张，又无定制的抱箍模具，采用传统桩头修复工艺修复桩头也变得不可能。如要解决此问题的关键在于寻找到一种龄期短、强度高、与混凝土契合度高的修复材料及一套简易立模可操作的方法。

淮南地区作为全国重要的煤炭基地，煤化工发展较为迅速，体系成熟。其中煤化工产品树脂锚固剂已被广泛用在煤矿、隧道的顶板支护、井筒安设和建构筑物的加固等方面，而且在高速公路修补、水电工程、预应力锚杆加固、基础生根、设备基础及构件锚固等领域都有应用。由于树脂锚固剂具有硬化时间快、稳定性高、抗压强度大，作为桩头修复的材料来进行使用成为可能。

1.1 预制桩头破损的原因分析

以本工程为例，工程选用的是PHCΦ600-130-B型号的先张法预应力混凝土管桩，桩长18—21m，分为2节进行施工，桩尖设计采用开口钢板桩靴，桩靴长度为300mm，沉桩方式采用的是锤击沉桩。现场使用的施工机械D80筒式锤桩机和16.0t导杆锤桩机，送桩器为同一种，最大锤击力控制在7000KN以下，锤击能量控制在70—90KJ。工程地层结构如下。

1）填土①素填土，成分以黏性土为主，夹建筑垃圾等。平均厚度0.64m；②淤泥：黑色、灰黑色，流塑，腐殖质土。层厚0.20～0.60m，平均厚度0.29m。

2）黏土：主要成份为黏性土。平均厚度0.91m，层顶埋深0.20～1.20m，层顶标高22.14～20.60m静探试验锥尖阻力qc为1.17MPa（平均值，下同），标贯试验击数N为7.7击（标准值，下同）；②黏土：主要成份为黏性土。平均厚度6.65m，层顶埋深0.50～6.10m，层顶标高21.55～15.80m。静探试验锥尖阻力为2.36MPa，标贯试验击数N为12.8击。

3）粉质黏土：主要成分为夹薄层粉质黏土。一般层厚0.30～4.90m，平均厚度0.96m，层顶埋深3.40～9.10m，层顶标高18.50～12.82m。静探试验锥尖阻力为1.31MPa标贯试验击数N为7.6击。

4）粉质黏土：主要成分为粉质黏土。平均厚度4.93m，层顶埋深8.10～12.20m层顶标高14.19～7.5m。静探试验锥尖阻力qc为1.78MPa，标贯试验击数N为9.5击。

5）粉土：主要成分为夹薄层粉质黏土与粉砂。平均厚度3.83m，层顶埋深12.80～21.30m，层顶标高8.94～0.65m。静探试验锥尖阻力为4.07MPa，标贯试验击数N为13.8击。

6）细中砂：主要成分为长石、石英颗粒，其次为云母碎屑，局部夹薄层粉质黏土及少量贝壳碎屑。该层在场地内普遍分布层位较稳定一般层厚5.40～18.50m平均厚度10.98m，层顶埋深17.00～24.80ms层顶标高5.18～-2.85m静探试验锥尖阻力qc为24.00MPa标贯试验击数N为43.3击。

7）粉质黏土：主要成分为含云母碎屑和铁锰质结核夹薄层粉砂级少量贝壳碎屑局部夹姜结石。一般层厚3.00～12.70m平均厚度8.77m层顶埋深28.20～37.00m。层顶标高-6.22～-15.23m。静探试验锥尖阻力qc为4.74MPa标贯试验数N为23.3击。

8）粉细砂：主要成分为长石、石英，其次为云母碎屑、夹薄层粉质黏土。一般层厚2.50～7.70m，平均厚度5.18m。层顶埋深41.50～48.70m层顶标高-19.60～-26.67m。静 探 式 验 锥 尖 阻 力q为18.53MPa标贯试验数N为40.1击。

根据地质描述及现场的施工情况，这样长度的PHC管桩的桩端进入⑥持力层为不少于1.8m。D80筒式锤的总锤击数在510击，16.0t导杆锤的总锤击数在380击。特别在接近持力层最后10cm的左右，贯入度更小，锤击数均大于100击。而此时采取锤击硬打工艺时，又无相关缓解锤击能量的举措，观察到桩头开始发生破损的现象。

通过现场桩的破损比例发现桩头破损集中出现在16.0t导杆锤桩机打桩过程中，而D80筒式锤桩头破损率低。地形平坦的地方的桩头破损率要低于地形高低不平的区域。施工过程中，现场施工加装桩帽的沉桩破损率低于不加桩帽的沉桩。XX和品牌的桩材的桩头破损率低于XX华品牌。从而可以推断本工程预应力PHC管桩桩头发生破损的主要原因有。

1）桩身本体质量存质量隐患，管桩厂家在生产预应力混凝土PHC管桩时，在浇筑过程、离心过程及养护过程中存在质量问题，导致桩的端头部分有缝隙未密实的现象，当锤击桩头时，桩顶很容易会发生粉碎性破坏。

2）现场施工人员在送桩的过程未调正桩机，重新校核送桩器的垂直度，在击打的过程中容易造成偏心，导致桩头端部发生破坏。

3）打桩机械选择不合理，受力不均，导致桩头发生破坏。

4）送桩管底端未安装桩帽，无桩帽的送桩管更难控制桩锤的锤击应力与桩管中心轴线吻合，容易导致桩头被打碎。

1.2 传统桩头修复工艺的方法

预应力混凝土PHC管桩桩头发生破损后，传统的修复的工艺步骤如下。

1）使用手动机械对桩头破损位置的抱箍模具进行凿除，露出桩头钢筋并用清水将凿毛位置清理干净；2）将端头板与钢抱箍、预留管桩钢筋进行焊接；3）凿毛管桩内壁，设置通气空并紧固；4）浇筑高强度混凝土，放置7d后成型。

在该方法修复过程中，钢抱箍内的高强混凝土与受损管桩通过预应力钢筋的锚固力与管桩内壁的粘结力和摩擦力相结合，可以起到共同受力的作用，从而达到可再次有效沉桩的目的。

2 树脂锚固剂组成及应用桩头修复实施方式

2.1 树脂锚固剂的组成

树脂锚固剂是由不饱和树脂、大理石粉、促进剂、固定剂和辅料配置而成的粘稠状化学锚固粘接制品。常用的树脂锚固剂主要由树脂胶泥和固化剂两部分组成。树脂胶泥在树脂锚固剂占比权重最大，其主要成分为不饱和树脂、大理石粉和促进剂。

2.2 树脂锚固剂的特点

1）树脂锚固剂承载速度快，其锚固性能与钢筋预埋件锚固性能相似。具有固化时间快（速度可调）、强度增长快、强度高的特点。安装后不仅能及时承受荷载，而且锚固力大。

2）树脂锚固剂适应性强，粘接对象范围广。可以粘接异形，复杂的大薄板结构，也可锚固各种木材、金属、玻璃等刚性物体。

3）具有良好的疲劳强度。可广泛应用于结构加固、岩石支护、设备基础固定、大坝裂缝修补及高层建筑外墙石材干挂、金属或幕墙框架安装固定。

4）树脂锚固剂耐久强度高，容易储存。树脂锚固剂由树脂胶泥与锚固剂两部分组成，分隔包装成卷形，使用时两部分进行搅拌混合，反应后固化，可以长期保持强度和外观不发生改变。不搅拌时可储存3个月，易储存，施工较为方便。

2.3 树脂锚固剂作用机理

树脂锚固剂作用机理实际是放热反应过程。总共可以分为3个阶段：1）凝胶阶段。固化剂、促进剂与树脂锚固剂拌合开始到锚固剂变成软胶状态，反应放热；2）硬化阶段。锚固剂胶泥由软胶状态变成固体状态，反应速率加快，持续放热。完全固化阶段。胶泥变硬后，硬度持续发展至不再发生变化；3）树脂锚固剂会因不饱和聚酯树脂发生了聚合反应而固化。

2.4 桩头修复工艺与操作流程

工艺流程：桩面整平清洁→安装柔性钢圈→拌合树脂胶泥及固化剂→找平→安装端头板→养护。

1）桩面整平清洁，将已截桩面凹凸部分进行清理，并用清水进行清洁。

2）安装钢圈，如图1所示，清洁完成后套上已制钢圈，外圈钢板厚大于等于2mm，高度不少于200mm。

图1 钢圈安装

内圈钢板已高度为200mm，厚度为0.5mm的彩钢板，套上后以水平尺找平且钢圈顶标高与桩面高差不少于50mm。

3）拌合树脂胶泥及固化剂，将高强度不饱和树脂胶泥和固化剂按比列调制往找平好的桩面浇筑并且整平，如图2所示。

图2 树脂锚固剂拌合浇筑

4）找平，使用水平尺对树脂锚固剂修补后的桩面进行找平，如图3所示。

图3 水准尺找平

5）安装端头板，将端头板安装在修补后的桩面上，如图4所示。

图4 端头板安装及养护

6）养护，养护时间约24h，24h后树脂锚固剂整体强度达到60Mpa，最大强度可达75Mpa。

本工程应用的桩头修复工艺方法相较于传统的桩头修复方法，就地取材使用柔性钢圈根据桩头的外径和内径立模，这样就不用根据不同桩头破损的位置制作不同的钢箍模具大大节约了模具的制作时间，由于拌合的树脂胶泥及锚固剂呈胶体状可以有效与清洁后的桩头和端头板有效契合，不用使用植埋入预应力钢筋就可以有效的跟破损管桩形成一体，共同受力。

2.5 影响桩头修复的施工因素

破损管桩头部凿毛清理后混凝土与树脂胶泥及锚固剂拌合物的黏结密实度紧密程度直接影响桩体的整体受力。桩头下部已受损混凝土与树脂锚固剂贴合得越紧密，越能避免结合面上的应力集中，从而提高了桩头的耐击打性。

因此在对破损桩头的混凝土面进行凿毛清理时，越应该精耕细作，避免因为扰动，造成混凝土清理面裂缝的出现。必要时，可以使用高压水枪进行黏结面的处理。

树脂胶泥及锚固剂必须按照设计比例进行拌合，施工过程中拌合的比例效果将直接影响桩头的修复质量。

在端头板安装时，应密切关注安装的平整度，使用的水平尺需经过校核，对于不平整的方向需要及时进行调整。避免因端头板不平齐导致桩头受力不均再次发生桩头破损。

2.6 有益效果

传统的修复工艺是在破损部分采用高强度混凝土灌浆的施工方法，此种施工方法需经7d后，强度才能满足要求。而胶泥与树脂锚固剂拌合物具有凝胶时间短，硬化速度快，抗压强度高、与混凝土制品易结合的特点。24h过后强度就可以达到60Mpa，完全满足实验及使用要求，将树脂锚固剂应用在预制管桩桩头修复上，不仅提高了检测效率，也大大缩短了桩基基础修复处理时间，为下道工序承台基础的施工创造了有利的条件。

在潘集电厂一期2×660mw机组工程实际应用中锅炉房桩基工程通过使用树脂胶泥及锚固剂修补桩头26个，24h后现场回弹强度全部大于60Mpa，并经高应变实验检测过后，现场无一桩头及桩身发生损坏。

3 结语

利用树脂胶泥及锚固剂和柔性钢圈定模进行修复的破损管桩头，通过高应变实验证明完全达到了正常PHC管桩的承载力要求。实践证明，树脂锚固剂的应用在预制管桩桩头修复的应用大大节约了修复时间，缩短了处理工期，为下道工序承台基础的施工，创造了有利条件。树脂锚固剂在预制管桩桩头修复处理具有一定的原创性，属于首次将化工产品材料树脂锚固剂成功应用到预制管桩的修复技术上，为其他同类预制管桩桩基工程桩头修复处理提供了参考借鉴价值。