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PHC桩采用填芯法补强适用性的探讨

PHC桩采用填芯法补强适用性的探讨（简介）

预应力高强混凝土管桩（PHC桩）因其承载力高、施工速度快等优点，在建筑工程中广泛应用。但在实际工程中，由于地质条件复杂、施工不当或设计荷载增加等原因，部分PHC桩可能出现承载力不足或桩身损伤等问题，需进行补强处理。填芯法作为一种常用的补强技术，其通过在PHC桩内腔填充混凝土或钢筋混凝土芯体，增强桩身整体刚度与承载能力，具有施工简便、成本较低、效果显著等优点。

本文从填芯法的补强机理出发，分析其对PHC桩承载性能提升的作用，结合实际工程案例t／cciat0013-2019 钢结构模块建筑施工技术标准及条文说明，探讨该方法在不同地质条件、桩径及受力状态下的适用性。研究结果表明，填芯法适用于桩身基本完整但承载力不足的情况，尤其在软土地基、抗拔要求提高或桩端持力层较差的工程中应用效果良好。同时，也指出该方法在桩身严重破损或沉降过大等情况下的局限性。

综上所述，填芯法是一种有效的PHC桩补强手段，但其适用性应根据具体工程条件综合评估，确保补强效果与结构安全。

DISCUSSIONONTHEFEASIBILITYOFTHEFILLINGCORE

HuangYang (Fujian Province Academy of Building Research Fuzhou 350025) Cai Laibing tment of Geotechnical Engineering，Tongji University Shanghai 20

近年来，预应力高强混凝土管桩（以下简称 PHC桩）以其施工速度快、价格低、单桩承载力高、 质量稳定、施工场地整洁等诸多优点被广泛应用于 各种建筑物的基础工程1] 然而PHC桩具有高脆性"的弱点，在施工中 易发生质量问题其原因多种多样如运输或存放不 当、施工设备选择不当、打桩顺序不当、接桩处理不 当、桩机移动、选择不恰当的工程地质条件以及选择 不当的挖土方案等情况2。目前，工程中常用低应 变反射波法检测PHC桩的完整性和缺陷位置，但对 于缺陷的形式是水平的还是倾斜的是无法给出判 断的，另外，低应变检测给出的缺陷位置有一定的误 差。这些不足给PHC桩常用的填芯法补强带来很 大的不确定度。若仅依据低应变反射波法检测结 论就对PHC桩实施填芯法补强是否可靠？是否有 其他方法使得补强更加可靠？这是本文要探讨的问 题

IndustrialConstructionVol.36,Supplement 2006

采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振 产生应力波应力波沿桩身向下传播，当桩身存在波 阻抗差异的界面，将产生各种反射波信号。实测桩 顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线通过波动理 论分析或频域分析，可检测混凝土桩的桩身完整性 判定桩身缺陷的程度及位置5] 我们假定桩材料是均质的一维杆体，各截面的 应力是均匀分布的。当桩顶受到锤击力时振动波 沿桩身的传播特性，可以以一维波动方程来解释桩 阻抗是其横截面积、材料密度和弹性模量的函数：

式中乙为桩的广义波阻抗C为桩的纵波波速正 为桩的弹性模量为桩的密度。当波阻抗发生变 化时规定下行波质点运动速度为正，上行波质点运 动速度为负以Z、Z，表示上下部分桩的波阻抗用

脚码I表示入射波，用R表示反射波，T表示透射 波,则:Z=piCAZ2=p2C2A2经过满足变截 面的两个连续条件应力和波速的连续可以得：

当Z>Z2时,piCiA1>p2C2A2UR与U 符号相反反射波与入射波相位相反，诸如桩底、桩 身裂缝、断裂、蜂窝等均是这种情况。 因此，低应变反射波法可以对缺陷进行定性，但 缺陷的形式比如缺陷是水平的还是倾斜的）就无 法确定了。 另外缺陷位置的确定是采用如下公式：

水平缺陷的对称补强情况b－倾斜缺陷的对称补强情况 水平缺陷的非对称补强情况

这里缺陷的位置与波速的取值有关，因此，是 有一定的误差的，而且随着缺陷深度的增加，误差 也会变大5]。

当检测发现PHC桩断裂或明显裂缝时将影响 桩身混凝土的承载力，必须采取补强处理。根据缺 陷位置不同，一般采用以下三种方法进行处理：一、 浅处一般不超过6m断裂可以采用挖孔桩的施工 工艺，开挖到断裂处再向下挖一定深度凿除断裂部 分桩身放置钢筋笼然后浇筑接桩部分混凝土二、 填芯法处理3这是本文着重讨论的方法；三、补桩 或其他加固方法。 第二种补强方法包括两种：高压注浆填芯法和 普通振捣填芯法。其基本做法均是在缺陷位置上下 若干长度范围内安置钢筋笼灌注混凝土，以达到对 缺陷进行补强的目的，高压注浆填芯法能够将水泥 浆压入桩身的缺陷位置补强效果较好但要求的位 置精度较高且工艺较复杂、工期较长，所以较多的 还是采用普通振捣填芯法，本文也主要针对这种方 法进行探讨。目前，补强的依据就是低应变反射波 法的检测结果。但如前文所述，低应变反射波法检 测存在着无法确定缺陷形式及无法准确检测缺陷位 置的不足之处，而这两点却对补强效果至关重要。

不同缺陷形式的补强效果分析

下面针对两种缺陷形式，分析缺陷型式对补强 效果的影响。 例1：外径400mm壁厚95mm，C80A型PHC 管桩在8m位置有一水平裂缝宽度1mm用高压注

按轴心抗压结构计算单桩竖向承载力设计 值6]：

R=0.9qfA+fAs）

式中Rs一轴向压力设计值； —钢筋混凝土构件的稳定系数这里按 1.0进行假定。 当受法向压力作用时水平承载力H按构件的 斜截面抗剪承载力计算

H= 1.97fsr² + 0.07N

当N>0.3fcA时取N=0.3fcA。 假定=1.0，由式5）式6）可得例1中单桩 竖向承载力设计值和水平承载力设计值分别为 588、36kN。 例2条件基本同例1，但裂缝形式为45°斜角 如图1b 根据45斜面的应力强度理论

式中N=t=2A R R为轴向力A为截面积。 式7中计算的最大应力、最小应力要满足混凝 土的抗压强度和抗拉强度要求即：

01

根据例2中给出的条件，得出轴向力R 142kNo 因此单桩竖向承载力设计值为

Rs=R+0.9fAs’=359kN

水平承载力设计值与例1一样，即水平承载力

工业建筑2006年第36卷增刊

设计值为36kN。 从例1例2可见发生倾斜裂缝时，其竖向承 载力受到很大的影响，补强效果大大降低，但仅依据 低应变检测结果就不能反映这种降低的情况。

例3条件同例1，但因低应变检测的误差检测 出的缺陷位置在桩顶下7.5m实际补强是在7.0 9.0m范围内进行图1c） 当以水泥浆为新旧混凝土面的黏结材料时抗 剪强度为1.74MPa4。则填芯混凝土与管壁黏结 力计算如下4]：

套设备按一定的速度对整根桩或桩身局部的内侧面 进行观察或拍摄，并记录拍摄过程。通过对摄取图 像的现场观察及后期逐帧观察、分析可检测桩身的 完整性定量分析缺陷的大小、缺陷的形式并能准确 给出缺陷位置2]

5.2基桩孔内摄像检测的优点

由于基桩孔内摄像可以提供缺陷的形式（比如 裂缝倾斜的角度以及准确的缺陷位置给补强设计 带来了很大的方便。如例2所示，如果经孔内摄像 检测判断其缺陷类型为倾斜状就影响到了管桩的 竖向承载力。而填芯法处理主要解决的是水平承载 力因此这种补强方法是不适宜发生倾斜裂缝的 PHC桩。另外如例3所示纸面石膏聚苯复合板外墙内保温墙面装饰施工工艺，经孔内摄像提供了准 确的缺陷位置可以很好地针对缺陷位置进行上下 段对称补强从而提高了补强的效果。

T=πdlt。=574kN<588kN

所以例3的情况中单桩竖向承载力设计值为 574kN。由于0.5m>√2d=0.3m，水平承载力与 例1相同。补强效果降低了，似乎影响并不大，但随 深度的增加，低应变检测缺陷位置绝对误差就可能 很大导致补强对锚固段偏小。当锚固段为0.2m 时单桩竖向承载力设计值为229kN水平承载力也 因0.2m<√2d=0.3m，大大降低。如果误差进一 步增大甚至混凝土填芯根本没有达到缺陷位置这 就导致补强无效。

对有桩身竖向孔的预制桩或钻有竖向孔的灌注 桩以空孔为观察行进通道采用防水摄像头及其配

PHC桩采用填芯法补强适用性的探讨 阳等

db45∕t 1190-2015 城市交通地理信息分类与代码PHC桩采用填芯法补强适用性的探讨 阳等

1缺陷形式为倾斜状时，采用填芯法处理后的 竖向承载力比缺陷形式为水平状时处理后的竖向承 载力低。因此并非所有的缺陷形式都适合采用填 芯法处理。 2采用低应变法检测PHC桩的缺陷位置时存 在一定的误差，当缺陷位置误差超出一定范围时，由 于填芯位置不当，将影响竖向承载力部分情况会影 响到水平承载力，以至补强不能达到预期的效果。 3可以参考PHC桩孔内摄像检测结果确定补 强方案若检测到的缺陷是水平的裂缝宽度较小且 没有发生错位时，可依据检测到的准确缺陷位置设 计采用填芯法处理。