管桩质量问题分析.doc

预应力混凝土管桩常见质量缺陷的产生及预防(2）
产生内壁露石的主要原因如下：
    1、混凝上配合比不佳
按现代混凝土设计理论，力求使混凝土各组分达到最大密实度，这就要求石子的表面由砂浆包裹，石子间的空隙由砂浆填充并有一定的拨开系数，同理砂子表面由水泥浆包裹，砂子间的空隙由水泥浆填充并有一定的拨开系数，而水泥表面则被极性水分子所吸附,用水量则根据水泥性质和用量、减水剂的性质、混凝土工作要求而定.
在离心过程中所有粒子都受到离心力，质量大的离心力大，要往外壁移动,便产生宏观沉降分层，但是砂浆、水泥浆也必须是填满石子间空隙后才被往内壁挤，形成砂浆层与净浆层,如果水泥用量少、砂率低，使砂浆总体积小于或接近于石子的空隙率,或虽已超过空隙率，但拨开系数考虑不够，便产生局部露石现象。
所以我们要合理综合考虑混凝土的配方，不仅要满足一定的拨开系数，而且要考虑因增大砂率而造成的混凝土强度的降低,在做试配时薄壁桩可考虑比厚壁桩适当增加砂率1－2个百分点，并在生产上试做几根观察情况，以确定生产配方。
  2、石子级配不良、砂子不好
在设计时已经考虑到第（1)点的情况，但是由于石子级配、形状不良，针片状含量较高，在离心时不能顺利沉降，针片状石子沉降阻力大，或者已经沉降,但后面的石子与其相互顶死而露石.
另外在使用淡化砂的厂家中，砂子含有较多的贝壳,它也会造成石子沉降的困难而露石,所以严格控制砂中的贝壳含量（特别是大贝壳)也是非常重要的.
  3、离心制度
管桩混凝土基本是属于小坍落度的范畴，由于掺入的高效减水剂而使坍落度损失相当快，这一点在夏季生产时尤为突出，所以要强调管桩中、低速时间的重要性，时间过短是造成露石的重要原因。
离心时不是通过布料均匀、慢慢提高速度,而是未形成均匀沉降就进入高速,使石子之间相互顶死,内层石子进不到外层，随着离心时间的推移,内壁越来越硬，石子便留在了内壁。故而，在制定离心制度时，特别是薄壁桩的离心制度时要充分考虑中、低速时间，适当延长中速及低速时间，这一点与制管有所不同.同时，也要注意低速时间不可过长，以免造成桩头偏薄现象。
    4、离心不平稳
由于长期生产后，钢模、离心机跑轮的变形，离心进入高速后，使钢模跳动，这种跳动是无规律的撞击,最终使管桩内壁离不硬，石子进不到外层。
定期检查钢模的跑轮、平直度，以及离心机跑轮、各轮间的水平度是很重要的。
  5、减水剂的选择
减水剂与水泥的相容性对露石也有影响，相容性不好时，易引发混凝土的泌水性增大，混凝土保水性不良，离心时管桩内壁无法形成浆层，造成内壁露石。
四、桩头螺丝孔空洞或桩头混凝土做空
螺丝孔空洞及桩头混凝土做空对桩头的耐打性有重大影响，主要原因及解决办法如下：
    1、混凝土配合比不当
混凝土和易性不良或混凝土太干硬，很容易造成本质量缺陷。这要求配合比设计时要充分注重混凝土的和易性，特别是夏季生产时要控制好坍落度，不可过小或过大。
    2、桩头缺料
管桩在张拉时，张拉端会拉空一定的距离，这就要求混凝土在喂料时两端喂料稍多，特别是张拉头要多喂，并用工具把桩套内的混凝土料填满,以使桩头混凝土离心时饱满.
    3、离心制度不良
离心时不注重中、低速时间，高速速度过快,都是造成桩头做空的外部原因。
    4、工艺操作问题
操作时张拉螺栓未拧紧，离心时水泥浆沿着丝孔流出,造成桩头丝孔空洞,特别是人工上螺栓的厂家容易造成本质量问题。
    5、桩套箍质量问题
桩套箍不圆、桩套箍与端板焊接不牢或桩套箍焊穿，都易造成此缺陷.
故要加强桩套箍的进厂检验,装笼子时要及时修整并加装合适的密封条。
五、端面倾斜
端面倾斜又是管桩厂的常见病，也是较难解决的质量缺陷，较严重的倾斜往往达到10mm左右（Ф600管桩），远高于国家相关标准要求（＜0。5％D)，在管桩施工时也易造成锤击应力集中而打烂桩头的事件.
    1、钢棒长度问题
同一根管桩所用的一束钢棒长度不一致，张拉后因为作用于同一管桩截面的应力不同而造成端面倾斜，这有两方面的原因.
    1）切断长度不一致
钢棒成品挺直度不好，放盘后产品弯曲度超过1mm／m,切断后势必实际长度不一致。
钢棒材料无问题，但切断机定位板出现松动或切刀运行不灵活都是造成切断后长度不一致的外部原因.
所以钢棒材料进厂时应加强检验，定期保养切断机。
2）镦头后长度不一致
此缺陷一般为镦头机故障引起的，实际操作时可每镦50根钢棒应要求校正一次镦头机定位螺杆距离。
    2、端板质量问题
由于现阶段所用的端板大多数采用废钢浇注而成,材料内在质量多少存在一定的问题，并且端板成品采用边打边弯折成型的工艺,在制作过程中免不了存在端板本身平面度超范围。在制作AB级以上管桩时,由于张拉力较大，端板各向不均质而造成歪斜，这种情况在保持现有端板制作工艺条件下较难克服,要解决根本问题需相关部门联合治理。
    (3）张拉问题
张拉造成的端板倾斜，有锚具的问题，也有操作的问题。
    1)张拉机具张拉分为内张拉和外张拉, 600桩AB级以下的一般采用内张拉式,其它的一般为外张拉式，外张拉式一般不会造成端面倾斜，现主要谈谈内张拉方式。
内张拉的张拉机分为悬挂式和落地式,一般情况下悬挂式在张拉时二向上能自由活动，自动调心，操作工人只要掌握好上下高度即可，对避免端面倾斜有较好的效果，但该操作方式设备成本较高，在大型的管桩厂使用较多；中小型企业一般都使用落地式，该方式由于千斤顶的支撑套与钢模的支撑端面垂直度控制不好，在张拉时往往造成管桩端面倾斜,所以操作时必须严格控制结合面处的垂直度（9％），这可有效地避免端面倾斜情况的发生.有条件的厂家，应尽量使用悬挂式的张拉模式,把原落地式改造一下也并不是难事.
    2）张拉丝杆和张拉板
张拉丝杆和张拉板直接承受张拉力,丝杆与板之间的垂直度控制尤为重要，必须控制在0。5%以下，否则就会造成端面的倾斜度超标。
平时操作时，尽量减小对张拉丝杆的碰撞，丝杆与张拉板的配合紧密，有条件的可用加固板加固两者的刚度。
    3）模具支撑架或张拉小车
不管是固定支撑或是张拉小车上的活动支撑均应保证所有支撑架的水平度控制在5mm以内。
    4)钢模
钢模在张拉区的椭圆度是否符合要求也直接影响端面的倾斜度.
一般情况下端板的圆度较好,如果钢模张拉区不圆，则在张拉时端板与钢模内壁摩擦力较大，甚至相互顶死，极易造成端面倾斜。
加强钢模的进厂检验及日常维护至关重要，出现问题时可用砂轮机磨平打圆滑。
六、表面裂缝
本缺陷分为内、外表面裂缝。
内表面裂缝只要是深度不深、长度方向上不相互贯通，基本上对质量的影响较小，出现裂缝的原因一般是干缩裂缝或温度应力裂缝，裂缝一般也仅局限于浅表净浆层，离心时高速时间及速度控制好，使内壁硬一些，同时注意普通养护足够的静停时间,升温、压蒸降温控制好就能解决问题，这里要注意的是冬季生产和大雨、大风天生产时的温度控制,特别是压蒸时,出釜时内外温差控制在80度为宜.
外表面裂缝形成的原因较复杂，也是重大质量问题，要坚决杜绝此类现象的发生.外表裂缝可分为环裂和纵裂，两类裂缝的成因不同，造成的后果也不同,具体分析如下。
    1、环形裂缝
所谓的环形裂缝一般是沿管桩圆周方向上形成的裂缝。
该裂缝在管桩工厂生产、运输、施工过程经常见到，PTC桩、长度大于10米以上、A级桩较多，位置一般都在中部为多，环裂条数多的达十几条，少的也有一、二条。形成的原因不外乎是张拉和翻运过程。
    1）张拉
张拉不足或过分超张拉均会引起应力的不足，造成混凝土的预压应力不足，当管桩长度较长时就很容易出现裂缝。另外,钢棒材质、端板等原因造成的断筋、脱头等也使混凝土预压应力不足.
所以加强原材料检验是前提,同时在张拉应力值的计算时要充分考虑油泵、千斤顶、端板与钢模的阻力等，而这些阻力不易计算，可按经验系数1.03统算，即按理论计算应力值后乘该系数得到的值作为生产用张拉值.
2）动荷载
管桩的预压应力是按静荷载的1.2倍安全系数进行计算的，同时考虑了1。4倍左右的安全系数，当外界的动荷载超过临界值时便会产生环裂。
动荷载来自管桩的生产、运输、施工等各个环节，尤其以运输及施工两者为甚。
管桩养护结束脱模、吊装时动作要轻,翻模时可在软沙地或软性垫层中进行,注意两桩之间保持合适的距离以免发生碰撞；吊运时轻吊轻放，出桩时保持桩位的平整,堆场层高合适，避免出现因堆高重量超过最底桩的抗裂弯矩而出现的裂缝.
另外,在养护池的放桩要合理，遵循“下大上小，下长上短，跑轮对跑轮”的原则。
同时,保证管桩混凝土脱模强度在C50以上也是减小预应力损失的有效办法.
运输过程中,特别是长管桩用短车运输时要注意两端悬挑的长度尽量控制在2米以内,否则会造成沿支撑架出现环裂现象。
    2、纵裂
外表面的纵裂不仅影响管桩的耐久性,也会在施工时造成外表面成块脱落，造成原因主要是混凝土成熟度不足、压蒸制度不良、堆层过高等原因.
压蒸结束降压完成后，由于混凝土比热较大，同时釜内管桩量较大，制品温度还未降下来,此阶段控制不好，就会因温度应力开裂。
在管桩养护完成出池或出釜时,此时混凝土成熟度不足，二根管桩碰撞时也会造成开裂。
这里的提法是成熟度而不是强度,因为成熟度更能反映此时管桩混凝土的实际情况。
成熟度与强度的最重要区别在于成熟度还多了一项混凝土的抗拉性能，养护完成的管桩往往强度是100％达到甚至是大于设计强度的，但因混凝土内部水化产物的晶型交错度及成长度不足，其抗拉性能是很差的。
碰撞拉应力超过此时混凝土的最大抗拉力就会产生纵裂.
堆放的管桩层数过多，上部管桩的重量之和作为压应力作用在下部管桩上，由于管桩是环形构件，受压时管桩下部混凝土表面同时因泊桑效应的作用而受拉,这个泊桑比约在0。2左右，如按10MPa的压应力计算，其表面受到的拉应力就在2MPa左右，这个数值表明已经足以使混凝土开裂。所以堆场的地基处理和合理堆放层高就显得重要，否则损失是比较大，某厂曾经堆放问题造成约近万米的管桩开裂报废，教训是惨痛的。
另外要注意在拆模时，管桩与钢模的剧烈碰撞也会造成纵裂，起初缝隙较小，管桩施工时受锤击应力裂缝扩大而出现质量事故。
所以桩与模之间的距离也应引起必要的重视。
七、内表面软浆
管桩的内壁软浆指的是浮浆层或水泥净浆层较厚，浆层成波峰状或钟乳状的现象，严重时通桩出现。由于软浆层强度较弱，在管桩截面方向，有效的承载面积大大减小，极大的削弱了管桩的承载能力,一般情况下软浆都伴随着内壁的偏薄现象。
软浆出现的情况较复杂，分析其原因主要有以下几条。
水泥成分：水泥中C3A的含量较高，通常超过8%以上,有些厂家使用的水泥甚至达到了15%，具体原因在这里就不再累述，一般控制水泥中C3A含量在6％左右为宜:
胶凝材料:水泥或其它矿物外加剂过多，砂浆的拨开系数太大，也易造成软浆.
一般来说，在考虑混凝土强度及管桩正常成型情况下，可适当减少胶凝材料量，不仅可减小管桩混凝土蒸养时的收缩也可克服部分的软浆情况；另外，胶凝材料的细度过细，饱水性过好，离心时水分不易挤出，也易造成软浆，如现在水泥细度在1％以下,掺高比表面积的矿渣微粉等,具体表现在胶凝材料的标准稠度需水量大，所以选用胶凝材料时要整体考虑。
砂、石:软浆的形成也可能与砂子过细,砂、石中含泥量过多有关系.这不仅关系到软浆问题，也牵涉到混凝土强度与收缩开裂的问题。
生产管桩用的砂子细度模数控制在2.8－3.0为宜,砂、石的含泥量严格控制在0。5％以下，当然如果是石粉含量可放宽到1％左右。
胶凝材料与减水剂的相容性:两者的相容性要经过实验确定。
有时虽然用量未变，但匹配性较差，离心时就会造成软浆。
选用广谱减水剂的工作是非常有意义的，而且能解决管桩生产中众多问题.
离心制度：高速离心时速度太小、时间太短,也往往易造成软浆现象.正常情况下,高速离心时模具的转速控制在25－30g为宜 (g为重力加速度），时间:厚壁桩保证10分钟以上，薄壁桩控制在8分钟以上为宜，当然国外还有一些其它的离心制度，但不太适合我国管桩厂的实际情况.
设备问题：离心机基础不均匀沉降、离心机托轮变形、模具变形，导致离心时不规则跳动,高速上不去，均可造成软浆问题,这就是我们通常所说的离心离不硬,离心完成后管桩内壁很容易用手指按出小坑。
解决设备的日常维护及模具的保养是生产管桩的前提。