Science &Technology Vision 科技视界0前言
预应力混凝土管桩打桩工程施工时，经常发生桩顶碎裂及桩身裂缝现象，当桩长超过50m 时，更容易出现上述问题。桩损坏后必须采取加固补强或补桩等措施进行处理才能满足工程结构使用要求，因此探究管桩破损的原因及防范措施具有实用价值。
1某项目桩基工程简介
宁波某工程项目地基持力层为淤泥质土。设计桩型为宁波市建筑设计标准通用图集《先张法预应力混凝土管桩》DBJ02-10-99中的PHC-AB550(125)(单桩竖向承载力特征值3250KN，桩长60m)，总桩数共计180根，采用锤击打入方法施工。由于设计人员选用端承摩擦桩，所以在打桩施工时以桩长为参考指标，以贯入度为控制指标。桩的质量检测要求进行高应变动力检测的桩数不小于总桩数的2%，且不少于5根；进行低应变动力检测的桩数不少于总桩数的30%。施工采用8t 锤打桩作业，确定停锤标准为：连续三阵，每阵(10击)贯入度不大于5厘米，桩端进入持力层深度进入第8层≥3米。配桩方案为每套4根15米桩，长度60米。打桩完成后，经过15天养护，将桩头挖出，对5根桩进行了高应变检测，对60根桩进行了低应变检测(抽检率33%)(表1)。另有3根桩在地面以上位置桩头被打碎。
表
1管桩低应变检测情况表
按桩基施工规范要求,Ⅲ类桩与Ⅳ类桩必须经过加固补强并且达到原桩设计强度才能使用，因此，本工程项目运用了原位处理技术对缺陷桩进行了处理,Ⅲ类桩采用桩芯加固法进行处理,Ⅳ类桩用套打钢管桩法进行了补桩处理，桩头被打碎的桩，采用环氧树脂锚固配合钢套管接桩法进行处理[1]，处理后的桩经检测全部满足设计要求。
2本工程项目桩的破坏特征
锤击法打桩时，管桩一般的破坏形式分为两大类：一是桩顶混凝土碎裂；二是桩身出现裂缝(图1)。桩顶混凝土碎裂表现为桩顶混凝土劈裂和破碎两种形式；桩身裂缝表现为桩身竖向裂缝、横向水平裂缝、接头焊缝开裂三种形式。
图1管桩桩头破碎与桩身断裂
通过对桩检测结果的分析发现本工程项目管桩的破坏有以下特征规律:
(1)Ⅲ类桩的破坏部位基本在最后一节管桩的接头部位附近(距桩接头位置3m 以内)出现裂缝，且裂缝近似呈水平状。
(2)部分管桩最后一节桩的桩头被打碎。
3桩破损原因分析
随着桩的长度增加，打桩施工时桩身与土体摩阻力将增大很多[2]，当摩阻力超过桩身混凝土抗拉强度或桩顶混凝土强度不能抵抗桩锤的冲击强度时，就发生了上述现象。
依据桩破损的特征规律，经过进一步调查分析，查明导致桩破坏的原因有以下几种:3.1桩身质量问题
桩身存在问题有:①桩壁偏薄、蜂窝，这直接影响桩体强度，是出现桩身破裂的最根本的原因;②法兰和桩的中心线不垂直，存在一个夹角，这使得桩在受到桩锤冲击打入地下的过程中处于多种应力状态，桩身除了承受竖向压力与摩阻力外，还要承受侧向附加弯矩;③桩制作离心成型时桩头法兰处混凝土不密实，在受到桩锤击打冲击时，桩头容易破损碎裂。
3.2桩接头部位连接焊缝施工质量差
一般桩体连接时采用手工电弧焊，由于现场作业条件差，手工电弧焊(水平环缝立焊)质量不易保证，打桩时焊缝容易出现焊缝开裂缺陷。3.3焊缝疲劳
长度50m 的管桩被打入土层至设计标高，一般需要受到桩锤冲击3000-4000击。由于土体的弹性作用，桩每一次受到锤击后都会反弹，造成桩接头部位连接焊缝受力处于反复拉压交错循环状态。桩锤反复击打使桩接头焊缝疲劳开裂。
3.4打桩过程中的摩阻力使桩体产生拉应力，桩身拉应力超过自身混凝土抗拉强度
桩在受到击打作用力后，桩深入土层过程中土层与桩之间的摩擦力反作用于桩身，使桩身混凝土产生拉应力。由于混凝土抗拉强度低(混凝土具有抗压强度高，抗拉强度低的特性)，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，桩身将出现水平(或近似水平)贯通裂缝。最后一节桩锤击过程中受到的反力最大，对桩的破坏也最大。桩长度超过50m 时，这种作用非常明显。
3.5打桩冲击能量的作用使得桩体损伤
打桩冲击能量大，桩头部位直接承受桩锤击打而造成损伤。
4防范措施
针对桩损坏的原因，在后续工程实践中在桩的制作及打桩施工工艺方面还采取了下列防范措施，降低了桩破损的机率，减少了因桩加固处理而发生费用损失及工期的延长。4.1控制好进场的桩的质量
采用合格证及现场抽验双控的方法，保证桩本身的质量达到合格标准。一经发现不合格的桩材，必须做到及时清退出场。4.2桩材制作方面
(1)桩顶1米范围内(或最后一节桩)箍筋加密到间距50mm。这样可以增加对桩顶部位混凝土的约束，增加其延性，提高其抗击打能力，防止桩头过早破碎。
(2)桩顶1米范围内(或最后一节桩)混凝土内掺加钢屑。这样可以增强桩顶部位混凝土抗拉强度，提高混凝土抗裂能(下转第158页)
锤击法打桩造成超长管桩破损的
原因分析与防范措施
李旭阳
(宁波钢铁有限公司，浙江宁波315807)
【摘要】超长管桩(一般指一套桩的总长度超过50m )打桩施工中经常发生最后一节桩桩顶碎裂或桩身裂缝缺陷，须对缺陷桩采取加固补强或补桩等原位处理技术[1]措施进行补救才能满足设计及使用要求。本文针对锤击法打桩造成超长管桩破损的原因进行了探讨与分析，并结合作者多年施工的经验提出了有效的防范措施，供类似工程参考、借鉴。
【关键词】超长管桩；锤击法打桩；摩擦桩;CO 2气体保护焊
桩检测结果根数缺陷情况描述处理方法Ⅰ类桩25合格Ⅱ类桩27合格Ⅲ类桩7在距桩顶14.9米、14.6米、14.1米、11.3米、11.6米、12.1米、11.8米处有裂缝缺陷
加固Ⅳ类桩
1
补桩
121
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界在工业、日常生活中随处可见直流电机的应用，特别是中小功率直流电机调速系统应用十分普遍。随着电子电路的飞速发展，电机控制、调速更多的采用集成化的方式来实现，然而众多调速方式普遍存在功耗大、电平兼容不好、外围器件复杂等诸多问题。本文采用基于基于IR2113芯片的直流电机调速系统，获得了调速高精度、输出范围宽、电路功耗小等优良性能。文中给出了以IR2113芯片为核心的直流电机控制系统和控制实现。
1半桥驱动原理
半桥驱动电路的关键是如何实现上桥的驱动。电路中需要采用自举电容及快恢复二极管来构成自举电路。通过开关信号控制上桥调制。当上桥关断时，上下桥臂的连接点电位由于下桥臂的续流而回零，此时自举电容通过电源及快恢复二极管进行充电。当输入开通信号给上桥臂时，上桥的驱动由自举电容供电。由于自举电容的电压不变，上桥的供电电压随上下桥臂连接点的电位浮动，这也是自举电容
由来。每个开关周期，电路都给自举电容充电，维持其电压基本保持不变。快恢复二极管的作用是当上桥臂关断时为自举电容充电提供正向电流通道，当上桥臂关断是开通时，阻止电流反向流入供电电源。此外可以在驱动级并联方向二极管，方向二极管的作用是为使上桥能够快速关断，减少开关损耗，缩短MOSFET 关断时的不稳定过程。
2硬件设计
2.1
IR2113器件简介
IR2113是大电压、高速度的功率MOSFET 和IGBT 驱动芯片，该芯片内有互相独立的高压侧和低压侧输出通道，采用浮动电源的高压侧能够驱动一个N 沟道的功率MOSFET 或则IGBT，该侧浮动电源可高达500V 或600V，此外该芯片工作时所需的外围器件数量极少，采用IR2113构成的电机驱动电路能够很方便的达到直流电机驱动的要求。
该芯片高压侧之所以能够实现浮动，主要是对高压通道进行特别设计以适应自举电路工作的模式；芯片具有很宽范围的门极驱动电源电压范围从10V 到20V 之间；两个输出通道都具有欠压锁存功能；低至3.3V 的逻辑输入电压保证与LSTTL 及标准CMOS 兼容。2.2ATmega16L 微处理器
ATmega16L 是ATMEL 公司推出的一款高性能、低功耗8位AVR 处理器。16K 字节的系统内可编程Flash、512字节的EEPROM、1K 字节的SRAM、JTAG 接口、8路10为ADC、32个通用I /O 口线、2个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器(T /C)、一个具有具预分频器和比较和捕捉功能的16位定时器/计数器、四通道
PWM、具有片内与片外多个中断源、两个可编程的串行USART、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行接口、以及6种可以通过软件进行选择的睡眠模式。
3软件设计
单片机产生互补输出的PWM 来控制上下桥臂,PWM 由软件控制产生，调节PWM 占空比就能够对电机转速进行调节，占空比增加，转速加快，占空比减少，转速降低。
汇编语言清华大学出版社采用16位定时器/计数器一来实现上述PWM 的产生。部分代码如下:
TCCR1A=0XB1;TCCR1B=0X9;OCR1AL=PWM;
OCR1BL=PWM-Delay;
ATmega16L 在软件上能有效支持C 语言及汇编语言，本设计是用C 语言编程实现的，具有很好的可移植性。
4总结
采用IR2113作为驱动核心的直流电机调速系统在实验运行过程中获得了良好的动、静态特性。整个系统价格低廉、设计灵活性，具有良好的实用价值。
[1]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社,2007:18-19.
[2]田颖，陈培红，聂圣芳，卢青春.功率MOSFET 驱动保护电路的设计与应用[J].电力电子技术,2005,39(1):73-80.
[3]逄海萍.IR2111和IR2130在PWM 直流伺服系统中的应用[J].电气传动自动化,2001,23(3):20-21.
[4]李森田.龙湖煤矿提升机全数字直流调速系统[J].山东煤炭科技,2011(2).[5]王建亮.全控双馈变频调速系统在矿井提升机中的应用[J].工矿自动化,2009(6).[6]原慧军，张燕军.变频调速在矿井提升机控制系统中的应用[J].机械工程与自动化,2011(3).
[7]栗广亮.PLC 和高压变频器在矿井提升机中的应用[J].中国设备工程,2009(3).[8]徐波.基于PLC 控制的直流电控技术在矿山提升机中的应用[J].中州煤炭,2010(4).
[9]钟麟.基于PLC 与6RA70控制的提升机控制系统研究[J].煤炭工程,2011(6).
[责任编辑：庞修平]
基于IR2113的直流电机调速系统
许又丹
(中国农业大学信息和电气工程学院，中国北京100083)
【摘要】本文介绍了一种以IR2113芯片为驱动核心芯片的新型小功率直流调速控制系统的设计方案，介绍了系统的硬件实现以及软件关键部分的解析。经实验证明：所设计的直流电机控制器性能可靠、成本低廉
，是一款优越的新型小功率直流电机调速系统。
【关键词】IR2113；直流电机;
电机调速(上接第121页)力。4.3施工工艺方面
(1)顶部一节桩采用厚壁桩(最上面一节桩比下面的桩的桩壁加厚，如设计桩壁厚为65mm 时，可采用110mm；如设计桩壁厚为110mm 时，可采用125mm)。因为最上面一节桩受到破坏最严重，采用厚壁桩可以加强抵抗打桩冲击能量的作用，减小对桩身的损害。
(2)桩与桩的连接接头采用CO 2气体保护焊。这样可以提高桩接头连接焊缝质量，降低桩接头部位出现焊缝拉裂的机率。
(3)打桩作业时，每一套桩中间不间歇，一次性完成打桩过程。这样可以防止扰动后的土体对桩身摩阻力恢复，相应减小了桩身所受到的拉应力。
5结束语
当设计预应力管桩每套桩的长度超过50m 时，采取上述防范措施打桩作业桩头破碎及桩身裂缝现象明显减少。经过低应变检测Ⅲ类桩出现几率降低了很多，经过高应变检测或静载实验检测承载力符合设计要求，因此该措施具有较好的应用价值。
当桩的长度在50米以内时，打桩时桩受到的冲击次数较少，桩破坏现象不十分明显。虽然采取上述做法同样可以有效发挥作用，但需要增加费用投入，经济效果降低，因此不建议采用此措施。
[1]李旭阳.管桩原位处理技术在桩基加固工程中的应用[J].建筑工程技术与设计,2014,2(17).
[2]叶观宝.地基加固新技术(岩土工程师培训与注册用书)[M].机械工业出版社,2007.
[责任编辑：刘帅]
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