管桩焊接接头耐久性能提升探讨--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

管桩焊接接头耐久性能提升探讨

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第21期作者：赵江波蒋瑜

[导读] 摘要：PHC管桩在基础工程中应用较为广泛，但接头部位的施工质量关注度不高，由于施工速度快，施工一线缺乏有效的试验检测手段，PHC管桩长期深埋于地下，难以进行可视检查，接头在各种地质条件下的耐久性能也缺乏直观的验证。

        中铁一局集团有限公司广东广州 510000
        摘要：PHC管桩在基础工程中应用较为广泛，但接头部位的施工质量关注度不高，由于施工速度快，施工一线缺乏有效的试验检测手段，PHC管桩长期深埋于地下，难以进行可视检查，接头在各种地质条件下的耐久性能也缺乏直观的验证。如何提高接头部位的耐久性能，对PHC管桩的正常使用有着极其重要及深远的意义。
        1.前言
        PHC管桩以其施工噪声低、振动轻、污染小；施工速度快，工效高，工期短；成桩质量较可靠在珠三角、长三角地区被广泛使用。以其工厂化、专业化、标准化的生产，可靠的桩身质量；便捷的运输、吊装、接桩；机械化程度高，操作简单易控；力学性能上均易得到保证，迅速应用于多层高层建筑以及工业与民用建筑低承台桩基础，铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物，及大型设备等工程基础。经过十余年的发展，PHC管桩施工工艺较为成熟，但耐久性的研究及措施相关记录较少，并多数针对如何提高混凝土的耐久性能，对PHC管桩接桩部位连接板及焊缝的耐久性规范只对中腐蚀的情况提到涂刷防护耐磨涂层或增加焊缝厚度，大部分设计人员对接头处焊缝耐久性能无任何加强措施。如何保证PHC管桩连接部位的耐久性能对工业与民用建筑有着极其重要的意义。
        2.佛山市区地质状况
        本文以佛山城市轨道交通三号线北滘停车场管桩施工为例。佛山市区地质分层大部分为①易崩塌素填土、杂填土，主要为人工堆填的黏性土、粉细砂、中粗砂等，成分不均匀，松散～稍压实；②不能自稳的淤泥质土、淤泥质粉细砂，深灰色、灰黑色，流塑状，具腥臭味，以黏粒为主，局部含有腐植质，局部相变为淤泥，局部含大量贝壳碎片；③圆砾层、卵石层，冲积-洪积而成，主要成份为粉砂岩，卵石约占50～55%；④砂岩，呈褐红色、灰褐色、棕红色、紫红色等。淤泥质土渗透系数小，地表水含量丰富。地表水对混凝土结构在I类环境具微腐蚀性，在Ⅱ类环境具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；对直接置于弱酸环境中（Cl-、SO42-）的铁件腐蚀性未见相关定性阐述。
                                                                      土复试性统计表

3.施工现状
据初步了解结合北滘停车场的施工情况，所有PHC管桩基础施工，均未对连接板及焊缝进行有效的保护措施，涂刷防腐涂层。由于工期紧，机械设备等的租金成本压力，雨天也照常施工，焊口的清理也未达到规范要求，连接板粘泥，焊缝不连续、不饱满，存在咬边、夹渣、焊瘤、裂缝等，焊缝的冷却时间也不够，特别值得注意的是，由于地下水位较浅，冷却时间不够就开始沉桩，相当于焊缝淬火，极易发生焊口裂缝；其次，焊条的选用也未针对场地实际情况，采用特殊焊条，而是普遍采用J502焊条，焊缝的厚度、饱满度过程中缺乏监管，焊接完毕后也没有相应比例的试验验证；再有，连接端板进场时少数板面本就存在局部缺陷，有锈渍。施工过程中封底混凝土也不能完全达到密封的效果，桩身内长期灌满了地表水，充斥着各种阴阳离子。桩身本身处于弱腐蚀环境等等，凡此种种，对连接板及焊缝的耐久性能都有不同程度的影响。

        4.设计概况
        工程地质各地千变万化，因此基础工程设计也要因地制宜。PHC管桩的设计说明针对吊装、施工方法、荷载控制、允许偏差、焊接接桩、质量检测、其他情况均有一定文字的说明，但较为空泛，缺乏针对性。如：接桩可采用焊接或机械咬合接头连接，焊接可采用手工电弧焊或二氧化碳保护焊。雨天作业做好遮风挡雨，焊缝厚度6mm及冷却时间3min。设计人员仅对管桩施工进行了常规的要求，未对PHC管桩连接接头耐久进行相应补充说明，施工选择范围广。工艺的选择、验收的标准、参照的规范等均未细化、量化。
        5.腐蚀原因
        PHC管桩连接端板主要成分是Fe，土壤中含有丰富的地表水，充斥着各种离子，其中以Cl-的活性最大，对铁的腐蚀性最强，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。金属就开始被腐蚀。加之连接端板在储存、运输、吊装、焊接等环节由于施工或保护不当，钝化膜提前被破坏，桩身压入介质环境中后会加速腐蚀。金属铁在与酸性介质环境下，因发生化学反应引起本身分子结构的破坏，而形成相应的化合物。Fe － 3e－ → Fe3+ 或 Fe － 2e－ → Fe2+；地表水中含有Cl-   SO42-，而形成FeCl3 FeSO4，FeCl3具有强烈的吸水性，最终形成FeCl3•6H2O。由于焊缝厚度6mm，加之施工缺陷，连接端板的耐久性能能否得到保证值得进一步验证。
        6.耐久性提高措施
        PHC管桩接头端板的防腐应通过提升施工标准、设计源头加强、覆盖涂层保护、电化学保护来实现，最终达到整体提升PHC管桩基础耐久性能的目的。
        施工时施工单位要认真查阅地质勘查资料，横向对比类似工程，从“人”“机”料”法”环”五个环节入手，选择操作熟练持证的工人，与设计匹配的工装设备，严把管桩进场验收质量关，创造适时的作业环境，从工艺流程、作业标准、通病预防三方面控制，落实验收标准。将设计图纸转化为实物，将设计人员的意图在建筑施工过程中得到充分体现。
        设计人员要充分考虑到现场实际情况，施工企业一线管理水平参差不齐、作业标准高低不等、人员配备青黄不接、作业环境复杂多变、成本压力与日俱增，造成PHC管桩基础施工具其形而无其神，人为的埋下了不少质量隐患。所以，设计人员应根据场地条件，量化技术指标，如采用机械连接头、增加焊缝厚度、采用防腐涂层、约定焊接件抽检比例、端板材质成份，指定焊条类型等等。从设计的源头细化管桩的设计指标，预留一定的承载、耐久富裕量，从根本上消除管桩基础在正常使用各种工况下的承载耐久隐患。
        覆盖层保护可采用耐蚀性能良好的金属或非金属材料覆盖在耐蚀性能较差的材料表面，把基体材料与腐蚀介质隔开，以达到提高金属的耐久性能，以PHC管桩接头为例，可采用热喷涂工艺，将锌、铝、铬及其合金喷涂到钢铁构件表面形成金属覆盖层，可以长期保护钢铁与介质隔绝，喷铝涂层内存在着较多的氧化物和孔隙，抗腐蚀性能优于喷锌涂层。铝、铬在介质中本身的化学腐蚀进行到一定程度后不仅不会使腐蚀继续进行，而且会在表面生成一种保护膜（Cr2O3、Al2O3）达到保护金属的作用。无机防腐涂层的种类较多，也易于现场施工操作，只需将涂层涂刷均匀静置一段时间即可，但在选择产品时要求无机防腐涂料具有良好的附着性、耐候性、耐磨性、耐溶性、安全性。以ZS-711无机防腐涂料硅酸盐系富锌涂料为例，该材料不但可形成硅酸锌网状结构聚合物，而且还与基材金属表面形成硅酸锌铁络合物，属很牢固的化学键结合，因而对金属基材有很强的附着力及耐溶性。它们可以抵抗太阳光射线，而不会氧化，在长期暴晒下，不易发生粉化、开裂或脱落。漆膜致密，具有类似铸造抛光表面的无机锌涂层，耐磨性能良好。ZS-711无机防腐涂料可带漆切割、焊接漆膜不起泡，不脱落，不影响焊缝质量。ZS-711无机防腐涂料以水为稀释剂，无闪点，不燃，不爆。在各类施工中无需采取严格的防火措施，大大简化了储运、施工条件，安全可靠。
        电化学保护在建筑领域内运用较为广泛，假如将两种不同活性的金属一根导线连接浸在某种介质溶液中，金属板块之间会发现有电流流动和电化学反应发生，如果在PHC管桩接头焊上Zn板，Zn与Fe就组成了原电池。Zn为阳极，Fe为阴极，根据电化学腐蚀的原理，锌板会逐渐消耗，而铁的活性比锌低，会在锌消耗殆尽后才会失去电子而被腐蚀，达到提PHC高管桩接头的使用年限。
        7.结束语
        PHC管桩的单位承载力造价是各种桩型中较低的，且综合经济效益指标也优于其他桩型，满足正常使用结构受力要求。应用范围逐年扩大，使用数量逐年攀升。本人在施工过程中对接头的耐久性能有些许体会，希望对今后工程中PHC管桩的施工有借鉴作用，我坚信随着PHC管桩的广泛应用和发展，以及人们对它的理论研究的深入和工程实践的不断积累，PHC管桩的施工技术会不断得到提高。