PHC管桩的应用及低应变检测实录

岩土工程界
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第(卷
第&期
!"# 管桩的应用及低应变检测实录
张军生 林立强
（福建省建设工程物探试验检测中心）
摘
要
介绍 !"# 管桩在泉州地区的应用及施工中常见的问题， 分析反射波法缺陷波形特征产生的原 因。 !"# 高强预应力管桩 低应变动测
关键词
为适应重型厂房、 高层建筑等方面的需要， 对预 制桩的要求越来越高。 !"# 管桩由工厂按国家标 准大批量制作， 桩身强度、 质量都能得到保证。管桩 结构合理、 桩端持力层能充分发挥、 承载力较高。
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!"# 管桩的特点
（%） 适应面广。可广泛应用于工业与民用建筑、 铁路、 公路、 桥梁、 码头、 港口以及大型设备基础等建 设工程。 （!） 单桩承载力高。 !"# 管桩的预应力筋为高 强度刻痕钢丝， 采用螺旋箍， 箍筋与主筋之间焊接。 通过掺入高效外加剂、 二次搅拌、 高速离心、 蒸养 # 压蒸养护方式， 使桩身强度达 # &"， 质量较易保证。 （’） 设计范围广， 在同一建筑物基础中， 使用不 同直径的管桩， 容易解决布桩问题， 可充分发挥每根 桩的承载力， 设计灵活。 贯入性能好。 !"# 管桩具有较大的抗压强 （$） 度及较好的抗弯强度， 在桩头处有一钢板套箍， 耐 打， 贯入性能好， 能穿过密实的砂层。 （(） 易 于 接 桩。 !"# 管 桩 两 端 均 设 有 钢 板 套 箍， 接桩时将套箍对焊即可。 成桩质量可靠， 沉桩后桩长和桩身质量可用 （)） 直接手段进行监测， 检测简单快捷。 造价低， 工期短。 （*）
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图!
!"# 管桩典型的缺陷实例曲线
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 另外， 刚打入土中的管桩比过一段时间后土阻力有 所恢复所测的信号更易测到桩底。其他挤土式类型 的桩也一样。 !!" 实例 " 图 # $ % 所测曲线在 & ! ’ " 附近见同向反射出 现多次反射， 经开挖验证， 在 & ! " " 发现整周严重 横向破裂， 会渗水。图 # $ ( 所示曲线经开挖发现在 往下 !* #" 也存在整周的 ! ! ) " 出现整周严重破裂， 破裂损伤， 再往下 +* #" 又发现约有半周破裂损伤。 经割除后， 复测如图 # $ , 所示， 为完整桩。 !!实例 图 # $ .、 图 # $ / 所测曲线为某工地实测波形， 曲线信号看均在 + ! ’ " 附近严重损伤， 经检测， 该 工地靠边护坡的两排桩 （计 !* 多根） 均在不同位置 存在类似波形， 其场地地层依次如下： ! 粉质粘土： 饱和， 可塑， 厚度 * ! - 0 # ! " " 、 饱和， 流塑， " 淤泥： 厚度 ’ ! * 0 " ! * " 、 粉质粘土： 可 硬塑， 厚度 0 #! + # 稍密 0 中密状， 厚度 + ! " 0 0 & ! - "、 $含泥中粗砂： ， 密 实， 厚 度 *! " 0 " ! 1 "、 % 含 砾 卵 石 中 粗 砂： 砾砂卵石： 饱和， 密实 很密， 厚度为 ) ! #* ! ! 1 "、 0 & （桩端持力层） 、 残积砂质粘性土、 0 ## ! ’* " ’、 ( 强风化花岗岩。 对这 !* 多根桩进行开 挖 验 证， 发现均在 # 0 （特别在 + 0 ! " 位置） 存在不同程度的断裂、 裂 & " 缝损伤（上举二例均在 + ! ’ " 左右存在一或多条整 周、 半周的横向严重破裂、 裂缝）。后经调查， 原因 为现场边护坡塌方， 造成土体向邻近两排桩推移， 使 桩身断裂、 损伤。 易发生损伤。有多 $%& 管桩受水平力作用下， 个工程因上部软弱土层较厚， 在成桩后， 由于土方开 挖不当， 造成大面积桩身上部向同方位倾斜， 产生裂 损 （特别在接桩附近薄弱部位形成断裂、 损伤） 。 !!) 实例 ) 评价一个桩基工程质量的好坏， 除了桩身质量 的好坏外， 最终还是体现在承载力方面。因此， 承载 力检测是必要的检测手段， $%& 管桩桩身低应变信 号并不是完全与其承载力一一对应的。如图 # $ 2 所示， 实测信号显示桩身质量较完好， 施工压桩力 但静载试验结果： 要求最大加压 !*** ’( !!** ’( ， （极 限 承 载 力 ） ， 累 计 沉 降 ’* ! +# "" ， 残余变形 实测极限承载力 +"1- ’( 。分析原因， 由 !+ ! #+ "" ， 于本工程压桩间隔较密 （ # ! -’ " ） 、 桩较多， 后压入 的邻桩可能使前压入桩的桩身拱抬上浮造成的。 图 # $ 3 所示在桩底见有反向反射 （该工地见有 较多类似反射） ， 经静载试验， 要求最大试验承载力 累计沉降量+! ! ’# "" ， 残余变形" ! +* "" ， !*** ’( ， 分析原因亦可能因桩土耦合致密， 桩身由含泥中粗 砂层进入含砾卵石中粗砂 （桩端持力层） 的地层反 映。 $%& 管桩桩身倾斜后产生严重缺陷对承载力 影响很大。 某工程地下室， 由于土方开挖不当， 大量土体压 迫桩身向一个方向推移 （软弱土淤泥层厚达 1 " ） ， 造成大面积桩身上部向同方位倾斜， 产生裂损 （特别 在接桩附近薄弱部位形成断裂、 损伤） ， 开挖发现存 在一条或多条整周、 半周的横向严重破裂、 裂缝。实 测上部桩管倾斜率为 ’) 0 #*) 。低应变动测波形 特征表现为波形异常， 反射幅值强， 同相多次反射。 选取数根桩身倾斜后导致严重缺陷的桩进行静 载试验， 发现基本达不到设计要求。如图 # $ 4 该桩 在 & ! ’ " 严重损伤。该桩要求极限承载力!*** ’( ， 实际加荷至 1** ’( 时， 累计沉降量 !’ ! #- "" ； 加荷 至 #+** ’( 时， 累 计 沉 降 量 ’’ ! *# "" ； 加荷至 累计沉降量 )’ ! *’ "" ； 加荷至 #)** ’( #’** ’( 时， 时， 累计沉降量 1! ! )1 "" 。 静荷试验表明： 对桩身倾斜缺陷桩竖向加荷， 将 沿倾斜方向产生水平力矩， 使缺陷进一步扩大， 直至 桩身折断， 对竖向承载力影响很大。该工地正常成 桩后静载试验单桩竖向极限承载力均达到设计要求 （!*** ’( ） 。 危害性 $%& 管桩 桩 身 倾 斜 后 产 生 严 重 缺 陷， 大， 实际检测过程应加以重视， 消除隐患。 另外， 用低应变检测桩身质量时， 当第一接桩面 接桩质量不好时， 对接头以下桩身的质量， 低应变难 以作出有效的判断， 还有待于进一步研究或使用其 他有效的检测方法。
# 桩身完整性动力检测
低应变动态测桩技术在我国开发应用约 "$ 年 了， 低应变解决问题的能力表现在较好地进行基桩 完整性检测， 一般情况下可以较准确地判别第一个 较严重的桩身阻抗变化界面。 反射波法是目前检测桩身完整性常见的一种方 法。这种方法经若干年的发展已在桩基检测中得到 广泛的应用， 为桩基的验收Байду номын сангаас挥了很大的作用。 !*
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!"# 管桩的施工
打桩准备
桩锤的选择。若使用打入式， 桩锤的选择必 （%） 须充分考虑桩的形状、 尺寸、 重量、 入土长度、 结构型 式以及土质、 气象等条件， 并掌握各种锤的特性。 （!） 桩架的选择。桩架的设置、 安装和准备工 作， 对于打桩效率有很大影响。
〔收稿日期〕 !""! # "$ # !$
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"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" （!） 割桩： 用专用切割机切割， 严禁人工敲砍。 "!# 打桩记录和观察周围建筑物沉降上升情况 打桩过程中应详细记录各种作业时间， 每打入 桩位置的偏斜， 最后 &$ 击的平 $ ! ! % & " 的锤击数， 均贯入度， 最后 & " 的锤击数。打桩过程中应详细 观察周围建筑物沉降上升情况。 "!’ 常见问题 以中风 （&） #$% 管桩进入强风化岩一定深度， 化或微风化岩作为持力层。挤土桩由于挤密效应， 端阻和侧阻都高， 所以可以获得较高的单桩承载力。 （"） 打入式预应力管桩， 由于振动和噪音的影响 在市区施工还是受到较大的限制； 静压式虽然可以 克服这一缺陷， 但设备比较笨重， 单件重量较大， 难 于下到较深基坑施工， 且有些靠基坑壁的边桩不能 施工。 （#） 管桩在静压或打入土中的过程中， 应使桩 锤、 桩帽、 上下节桩身严格保持在同一轴线上， 否则 在刚入土就有偏斜， 当桩身在压入到一定长度后， 倾 斜度逐渐变大， 到一定程度桩身会折裂、 折断。当遇 到孤石或地下硬障碍物时， 桩身易碎裂。 （’） 在压桩的施工过程中， 由于挤土效应， 将会 使邻近的以前压下的桩被拱抬上浮， 降低承载力， 严 重者产生向上拉应力。可通过复压、 合理确定压桩 顺序、 修改设计等办法解决。 （!） 一般来说， #$% 管桩能承受较大的竖向荷 载， 但在过大的竖向力作用下， 管桩桩身容易产生横 向裂缝损伤， 严重的将产生断裂、 压碎， 或在接桩部 位脱节、 错位， 所以也不是终压力越大越好。当出现 上述情况， 可降低单桩承载力设计值， 改用加桩、 补 桩的方法处理。 在现 （(） #$% 管桩通常采用封口的十字桩尖， 场靠人工电焊与桩端钢环连接， 焊接的密封性很难 控制。桩尖穿越土层过程中， 有时会开裂、 渗水。对 于长桩， 以摩阻力为主， 这种渗流影响不大； 但对于 或短桩 （* + )!&’ " ） ， 以端承力为 超短桩 （)!* " ） 主， 如果持力层土体在地下水渗泡下变软， 将大大影 响承载力。 本文就近来在检测 #$% 管桩工程实践中遇到 的一些典型的缺陷实测曲线对应关系进行对比分 析， 以供大家参考 （图 &） 。 #!& 实例 & 图 & , - 为一横躺在地面上的完整 #$% 管桩实 测曲线， 直径!’$$ "" ， 桩长 &$ " ， 图中桩底反射清 ,& 晰可见， 实测波速 ’"$$ " ・& 。 图 & , .、 分别在 * ! # " 、 & , / 为横躺在地面， 位置存在整周横向严重破裂的管桩。 #!! " #!" 实例 " 图 & , 0 曲线显示在浅部 " " 附近桩身严重损 伤， 后经开挖验证， 在 & ! 1 " 及 " ! & " 位置横向断 裂， 为挖土机现场开挖碰撞而造成， 手推顶部会摆 动。 #!# 实例 # 图 & , 2 曲线为二节焊接在一起的 #$% 管桩， 从曲线上看刚好在接桩面有较强的多次反射（接面 在 ’ " 位置）， 开挖验证， 为上节桩端的套箍板与桩 端砼面脱裂， 而与下节桩端的套箍板焊接成整体， 形 成断桩， 手推上节会摆动， 对水平受力影响较大。 #!’ 实例 ’ 图 & , 3 所示曲线从形态上看似完整桩， 但与同 一场地完整桩曲线 （图 & ’ ） 对比差异很大， 经检查该 桩身浅部存在长约 ’$ % !$ (" 的竖向裂缝。 #!! 实例 ! 图 & , 4 为露出地面 # ! ! " 左右的悬空桩， 从所 此 测曲线可见， 在 # ! ! " 左右有一反向反射信号， 为桩身与粘土交接处的地层反射， 并非桩身缺陷所 致， 故测此类悬空桩时， 应注意桩身与地层交接处的 反射， 必要时， 应待桩身切割到位后再行检测。 故大都属于磨擦端承桩或 #$% 管桩为挤土桩， 端承磨擦型桩， 且桩径小 （如 ! ’$$ "" ） ， 桩周土层 对实测曲线影响较大， 图 & , 5 为某工地实测曲线， 其地层情况依次如下： " 粉质粘土； # 淤泥； $ 细砂 （桩 端 持 力 淤泥互层； % 淤泥质土； & 砂砾 卵 石 层 层） 。因桩周土层基本处于淤泥质土层， 桩周侧摩阻 力较小， 应力波在桩身传播时散射小， 衰减较慢， 易 见到桩底反射。图 & , 6 为某工地实测曲线， 其地层 分布依次如下： 杂填土、 粉质粘土： 厚度 $! # % " # 厚 度 " ! " % ’ ! $ "、 厚度 & !* " 、 $ 淤 泥： % 粘 土： 厚度不均、 中密， 1 ! 1 % &! ! $ " 、 &中粗砂： ’卵砾石： 厚度 & ! 7 % 1 ! * " （为桩端持力层） 。桩周土层侧阻 力较大， 信号传播衰减快， 到桩底反射上来的能量较 小， 不易见到桩底反射。因此， 对于挤土式 #$% 管 桩， 桩周土阻力越小， 桩越短， 越易见到桩底反射。
（’） 作好施工组织设计。根据打桩施工区域的 地质情况和基础几何形状， 要合理选择打桩顺序， 对 周围建筑物应采取预防措施。 根据桩基施工图， 用白灰和钢筋头进行桩位 （$） 的测设。 堆存吊运。管桩起吊运输中应避免受到振 （(） 动、 冲撞。 管桩龄期。管桩从制造成型到打桩或静压 （)） 施工的间隔时间宜尽量长些， 砼强度应达到设计标 。 号以上 （工厂制造一般按 &"% 强度出厂） （*） 检查修整。管桩施打、 施压前应再次逐根进 行检查， 即检查砼桩有无严重质量问题， 对管桩两端 应清理干净。 !$! 施工阶段技术措施 吊桩、 插桩： 桩在打入或静压过程中修正桩 （%） 的角度是有困难的， 因此必须在就位时正确安放。 第一节管桩插入地下时， 要尽量保持位置方向正确。 开始要轻轻打下， 仔细检查， 如有偏差， 要及时纠正。 垂打或静压沉桩： 若使用打入式， 初打时因 （!） 地层较软， 可能下沉量较大， 宜低提锤， 轻打下， 随着 沉桩加深， 沉速减慢， 起锤高度可渐增。在整个施工 过程中， 要使桩锤、 桩帽、 桩身尽量保持在同一轴线 上。在锤打、 静压时， 要避免桩中断， 每根桩最好都 是连续一次完成。 接桩： 要注意校核新接桩节与下节桩中心线 （’） 对齐、 垂直， 两施焊面上的泥土、 铁锈、 油污等要预先 清刷干净。当下节桩的桩头距地面约 % + % $ ! & 时， 即可进行焊接接桩。接桩时， 可在下节桩头上安装 导向箍， 当上节桩方向找正后， 对称点焊 $ + ) 点加 以固定， 然后拆除导向箍。 送桩： 为了把管桩打到设计标高， 需要采用 （$） 送桩器。送桩器用钢板制作， 制作时要求打入阻力 不能太大， 能容易拔出， 能将冲击力有效传到桩上， 要求能重复使用。 (*