摘要：本文提出管桩桩身截面的常规混凝土、小粒径石子混凝土层和浮浆层三层组合简化模型，根据此模型分析了目前钻芯法检测管桩桩身混凝土强度的七点局限性，进而提出一种管桩桩身全截面抗压强度试验方法，通过试验数据分析和对比，此方法试验结果与留置混凝土立方体试块抗压强度值相吻合，并具有诸多优点，值得推广应用。
　　关键词：PHC管桩；混凝土强度；试验方法；全截面抗压强度试验
　　中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：41

　　前 言
　　先张法预应力混凝土管桩(PHC)由于具有施工便捷、工业化生产和质量可靠等诸多优点，已被广泛使用在各类建(构)筑物的基础工程中[1]。然而随着管桩生产和销售市场的竞争进一步加剧，某些生产厂家为降低成本，生产环节控制不严，离心和蒸压养护不到位，甚至有将PC桩冒充PHC桩的情况。这样生产出的管桩桩身混凝土抗压强度必然不满足规范要求，在沉桩期间容易产生较大的管桩破损率，而原生产厂家留置的混凝土试件抗压强度一般又满足要求，由此给设计单位、施工单位、生产厂家和质量监督检测部门等都带来了较大的困惑。如果将桩身混凝土抗压强度不合格的管桩使用在建筑物中，必然给人民生命财产安全带来了极大的隐患。因此，笔者根据近十年来在管桩质量检测的经验，提出了一种管桩桩身全截面抗压强度的检测方法。
　　1 目前常用检测方法的局限性
　　1.1 离心高强混凝土的特性
　　PHC管桩采用离心工艺成型，在离心过程中，从管桩内壁上析出较多水分，大大降低了水灰比[2]；其次在离心力的作用下，骨料和胶凝材料变得更加密实。因此离心工艺比起自然振捣方法能有效提高混凝土抗压强度。然而，由于不同半径处的离心力不同，离心工艺成型的混凝土具有宏观分层现象，从而管桩桩身混凝土在轴向和径向的不均匀性[3]。图1为某PHC管桩的横截面，左边为管桩外表面，右边为管桩内表面，可见内表面有一层无粗骨料的浮浆，再往外有一层粒径较小的石子构成的混凝土层，再往外才是正常粒径的混凝土层。本文将此构造梯度简化为图2所示的三层组合模型。
　　1.2 目前钻芯法检测的局限性
　　目前管桩桩身混凝土检测一般采用钻芯法检测，主要依据《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》（GB/T19496-2004，以下简称“钻芯标准”）进行。将本单位近三年的共237组钻芯法检测PHC管桩(fcu,k=80MPa)桩身混凝土抗压强度的数据进行统计分析，芯样试件抗压强度值与频率分布图见图3所示，由图可见，芯样试件抗压强度均值为68.03MPa，标准差为9.354，数据离散型较大。
　　从以上检测结果中总结分析，该方法主要存在以下局限性。
　　（1）芯样一般沿管桩径向钻取，与管桩实际受力方向不符。管桩一般以轴向受力为主，而钻芯法检测一般以垂直于管桩侧壁方向钻取，钻芯取出的试件受力方向与管桩正常使用时的受压方向成90º，由于离心成型的分层现象，管桩桩身混凝土并非各向同性材料，因此试件的抗压强度并不能完全反映出管桩正常工作时的抗压强度。
　　（2）“钻芯标准”对钻芯、磨平、锯切等设备和工艺以及芯样的平面度、垂直和平行度等作了极为严格的要求[4]，一般实验室很难做到，因此该标准的适用性受到很大限制。
　　（3）因管桩壁厚有限，为加工成高径比为1:1的试件，目前一般钻取75mm直径的芯样，管桩非加密区的螺旋筋间距为80mm，因此钻取芯样时很难避开螺旋筋，钻至螺旋筋时钻进速率引起变化甚至引起钻头晃动，容易降低芯样的平行度，并且芯样中含有螺旋筋对抗压强度值有影响。
　　（4）造成芯样试件抗压强度值远低于80MPa并且数据离散性较大的原因，笔者认为是由于管桩桩身离心成型的特性造成，根据图2的管桩桩身截面的三层组合特性，从管桩外壁到内壁其混凝土抗压强度也应为强度由大到小的强度梯度模型。因此在截取芯样试件时，在考虑到管桩外壁和内壁曲率的同时，还要满足高径比1:1的要求，对于绝大多数壁厚较小的管桩来说，只能将③层浮浆层切入抗压芯样试件中，而芯样试件由①层常规混凝土、②层小粒径石子混凝土层和③层浮浆层串联而成时的整体竖向抗压强度值，应由其最薄弱层③层浮浆层的抗压强度值来决定。而对于壁厚较大的管桩来说，芯样截取时，就有条件将③层浮浆层甚至是②层小粒径石子混凝土层切除，从而能够达到较高的试件抗压强度值。这就是芯样试件抗压强度值较低且数据离散型较大的原因。
　　（5）“钻芯标准”试验结果评定方法容易引起争议。按照“钻芯标准”要求，对于C80离心混凝土管桩，3个试件的芯样试件抗压强度平均值不小于80MPa且最小值不小于68MPa，或者12个试件的芯样试件抗压强度平均值不小于68MPa且最小值不小于60MPa时，可判定该管桩混凝土强度合格。该判定标准与我们对于C80混凝土的概念有较大偏差，并且缺少强有力的条文说明，只说明是直接引用的香港有关标准[5]，说服力不强，容易引起检测各方的疑义。
　　（6）检测周期可能会较长。按照“钻芯标准”，如果3个试件不能完全判定混凝土合格与否，则必须再追加钻取9个芯样，将12个芯样试验结果一起评定。这样如果检测分成两步，则检测就会花费较长时间。
　　（7）《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS 03:2007)规定的标准钻芯试件高度和直径尺寸宜均为100mm，如采用75mm直径的芯样进行抗压强度试验，其试验结果往往高于标准试件抗压强度，存在一定误差。
　　2 桩身混凝土全截面抗压强度试验
　　2.1管桩全截面抗压强度试验原理及试件制作要求
鉴于以上钻芯法的几点局限性和检测机构压力试验设备能力的提升，借鉴日本主要采用圆柱体标准试件作为混凝土抗压强度试验的经验，提出了管桩桩身混凝土全截面抗压强度试验方法[6]。在管桩上直接截取全截面管桩环形试件，截取试件时应避开管桩螺旋筋加密区。试件的高径比应为1.0～2.0(高径比为2.0的试验结果可按《混凝土结构设计规范》修正)，试件高度的尺寸偏差不宜大于5%。试验前，应对试件的垂直度和平整度进行测量，并符合：（1）试件端面的平整度在100mm长度内不超过0.1mm；（2）试件端面与轴线的垂直度不超过2°。
　　2.2管桩全截面抗压强度试验要求及评价
　　抗压试验宜在压力试验机上进行，管桩全截面试件的抗压强度应按下列公式计算： 　　式中 f_cu——试件抗压强度值（MPa），精确至0.1MPa；
　　P ——试件抗压试验测得的破坏荷载（N）；
　　A ——管桩桩身横截面计算面积，预应力钢棒应按模量等效换算为混凝土面积（mm2）；
　　ξ——试件抗压强度换算系数，当试件高径比为1.0时，宜取 1.0。
　　管桩全截面试件的抗压强度值不小于管桩混凝土强度设计等级的95%时，可认为抽检的管桩混凝土强度满足设计要求。
　　2.3管桩全截面抗压强度试验和钻芯法试验结果对比
　　该试验方法的优点主要有：（1）试验受力状态与管桩正常工作时一致；（2）试件加工只需控制端面平整度；（3）试件加工和抗压试验时不会受到浮浆层的影响；（4）试验结果评定标准容易接受；（5）检测过程一次性完成，检测周期较短。
　　试验样品采用的管桩加工成试样高度与直径之比为1:1的全截面桩身抗压强度试样，本次试验共加工9个PHC400-AB-95的试样，试样高度均为1:1。本次试验的1#~8#试样的两端截面在磨床上磨平从而尽量消除桩身偏心受压，9#试样为直接用截桩器截取而两端截面未磨平的试样，试验结果与同根管桩上钻取的75mm直径芯样的芯样抗压强度值进行比较，管桩桩身全截面抗压强度试验图见图4所示，试验结果见表1所示。