PHC管樁接樁質(zhì)量的一種檢測方法

趙 虎 丁 博(中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)江蘇有限公司，江蘇 蘇州 215000)

1 引言

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用越來越廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是樁身質(zhì)量好，自身強(qiáng)度大，穿透能力強(qiáng)，耐打性好，施工周期短，對環(huán)境影響少，造價低；其缺點(diǎn)也非常明顯，尤其是接樁處的處理，樁現(xiàn)場施打或靜壓時，目前多數(shù)工程是采用人工施焊。但工程施工實際情況，采用焊接連接時，連接處表面未清理干凈，樁端不平整；焊接質(zhì)量不好，焊縫不連續(xù)、不飽滿、焊肉中夾有焊渣等雜物；有的焊完后，未按要求等焊縫自然冷卻8分鐘后施打或壓樁，通常兩、三分鐘即繼續(xù)施打沉樁，焊縫遇地下水發(fā)生淬火，易出現(xiàn)脆裂。當(dāng)樁距過密或打樁未按規(guī)范要求順序施工時，因孔隙水壓力的突然增大，會引起土的隆起，使樁受到向上的拉力的作用，使得接樁質(zhì)量差的接樁處拉裂，甚至完全斷裂；還有側(cè)向擠土作用使樁產(chǎn)生偏位，很容易造成嚴(yán)重的工程事故。

對于多節(jié)管樁的普查，目前采用低應(yīng)變反射波法，低應(yīng)變法對接樁處確有同向反射，但缺陷反射幅值受樁周土阻尼大小影響，無法定量；對缺陷性質(zhì)以及對承載力影響程度無法評價。

本文提出用高應(yīng)變錘擊貫入法進(jìn)行區(qū)域性普測，重點(diǎn)介紹該方法產(chǎn)生的工程背景、檢測方法、使用儀器和檢測步驟、分析研究過程，分類總結(jié)，提出工程處理的建議，并總結(jié)該方法優(yōu)勢。

2 工程背景簡介

本工程為15層核心筒結(jié)構(gòu)，基坑深度達(dá)負(fù)10米，基樁為PHC600AB130-12,12的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁，樁端持力層為8號粉土夾粉砂層，設(shè)計單樁豎向抗壓極限承載力6700kN，采用靜壓沉樁，在樁長范圍內(nèi)地質(zhì)情況見表1。

樁基施工完開挖后，坑內(nèi)管樁普遍出現(xiàn)上浮，采用低應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在接樁反射的樁比例高于其他區(qū)域，但低應(yīng)變法很難去判定哪些樁對承載力有影響，鑒于前期的各種檢測手段尚未能探明樁基的承載能力出現(xiàn)明顯離散的原因，故不能綜合評估樁基的承載能力。業(yè)主及勘察、設(shè)計等均要求進(jìn)一步擴(kuò)大檢測。在基礎(chǔ)工程已全面開挖，基坑深度達(dá)負(fù)10米，基底墊層已做，且部分施工資料不詳?shù)那闆r下，常規(guī)的檢測手段已無法實施。

3 檢測方法

3.1 參考資料

參照《錘擊貫入試樁法規(guī)程》CECS35:91[1]和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003[2]。

3.2 檢測儀器和步驟

高應(yīng)變錘擊貫入法試驗儀器和設(shè)備由錘擊裝置、錘擊力和速度量測和記錄設(shè)備、貫入度量測設(shè)備三部分組成，見圖1。

表1 工程地質(zhì)分層表

1)錘擊裝置由質(zhì)量均勻、形狀對稱、錘底平整光滑、整體鑄造的5200kg重錘和脫鉤裝置、起吊設(shè)備等部分組成。

2)錘擊方式，采用自由落錘方式。

3)錘墊采用2～6cm厚度的木纖維夾層膠合板。

4)錘擊力的測量采取落錘上安裝加速度傳感器的方式。

5)貫入度量測設(shè)備利用相鄰樁做基準(zhǔn)樁，一端簡支，一端鉸支，用高精度數(shù)字傾角傳感器測量角度得出貫入度，換算后位移的分度值不大于0.01mm。

為避免持續(xù)錘擊破壞樁頂而導(dǎo)致無法繼續(xù)試驗的情況，本次試驗統(tǒng)一錘擊能量、限制錘擊次數(shù)為四次、錘擊高度分別為30、50、70、100㎝。試驗中，實測每一錘擊下的樁頂力和速度響應(yīng)曲線及每一錘擊下的樁頂貫入度。

3.3 分析方法

錘擊貫入與高應(yīng)變結(jié)合法，以貫入度分析為主，Qd-ΣSd趨勢分析和高應(yīng)變曲線分析為輔的方法。

1)貫入度分析：將每根試驗樁在相同錘擊狀態(tài)下的累計貫入度ΣSd與已做靜載試驗的試樁累計貫入度進(jìn)行比較，如果相近，則說明此樁承載力能夠正常發(fā)揮；如果量值遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值，說明承載力存在問題。

圖1 高應(yīng)變錘擊貫入法檢測示意圖

2)Qd-ΣSd曲線分析：以每一根樁的實測靜阻力Rsp和累計貫入度ΣSd繪制Qd-ΣSd曲線。同一場地相同樁型，在相同的錘擊高度(能量)和錘擊次數(shù)條件下，依據(jù)錘擊高度增加而Rsp不增加甚至減少的特征，分析樁承載能力是否趨于或達(dá)到極限。

3)高應(yīng)變曲線分析：逐步提高錘擊高度，根據(jù)采集到的力波和速度波信息，檢測到管樁的接樁處信息和樁土共同工作的其他信息，能夠佐證承載力的逐步發(fā)揮情況。

4 分析情況

4.1 靜載樣本分析

本工程的66#樁(施工樁長12+12米)，靜載荷試驗承載力達(dá)6700kN，與勘察、設(shè)計數(shù)據(jù)比較吻合。79#樁(施工樁長12+12米)，靜載荷試驗承載力2010kN，出現(xiàn)極限狀態(tài)，與上節(jié)樁參與樁土工作的狀況比較吻合，兩根樁的靜載荷試驗結(jié)果具有代表性。本次擴(kuò)大試驗先進(jìn)行66#、79#樁的靜動對比，并以此作為已知條件，進(jìn)一步分析判斷其他工程樁。

66#樁在落距100㎝時的Rsp為4459kN，ΣSd為5.94㎜，且曲線平緩變化，承載能力尚有余地，與靜載試驗曲線吻合。因避免持續(xù)錘擊破壞樁頂，故未再繼續(xù)錘擊。

79#樁在落距100㎝時的Rsp為2104 kN，ΣSd為10.29㎜，貫入度較大。從落距50㎝時持續(xù)錘擊Rsp不再明顯增加，承載能力已達(dá)極限，與靜載試驗數(shù)據(jù)吻合。經(jīng)與勘察資料校核，試驗得到的單樁承載力表明該樁僅有上節(jié)樁參與工作，工作樁長為12米。

其余各試樁均以上述比對關(guān)系作依據(jù)進(jìn)行分析。

圖2 66#、79#樁的Qd—ΣSd曲線

4.2 Qd-ΣSd趨勢分析

本次試驗，以每一根樁的實測靜阻力Rsp和累計貫入度ΣSd繪制Qd—ΣSd曲線。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ 106-2003的定義，Rsp是動力作用下的樁頂靜阻力，即為動測得到的單樁承載力。

同一場地相同樁型，在相同的錘擊高度(能量)和錘擊次數(shù)條件下，依據(jù)錘擊高度增加而Rsp不增加甚至減少的特征，分析樁承載能力是否趨于或達(dá)到極限。現(xiàn)根據(jù)分析情況，將所測樁按照承載力發(fā)揮分為三種情況：單節(jié)樁工作；貫入度較大，存在明顯接樁縫隙，影響承載力的正常發(fā)揮；承載力正常發(fā)揮。

1)單節(jié)樁工作

經(jīng)繪制Qd～ΣSd曲線，見圖3，79#、30#、68#樁的Qd—ΣSd曲線形態(tài)非常相似，在落距50㎝以后Rsp增加很少；30#樁在落距100㎝時的Rsp為2082 kN，ΣSd為12.35㎜；68#樁在落距100㎝時的Rsp為2120kN，ΣSd為14.62㎜。

故這3根樁僅有上節(jié)樁參與工作，工作樁長約12米。

圖3 30#、68#、79#樁的Qd—ΣSd曲線

2)樁貫入度較大，存在明顯的接樁縫隙，影響單樁承載力的正常發(fā)揮。

有明顯接樁反射的樁的Qd—ΣSd曲線見圖4。

圖4 有明顯接樁反射的樁Qd—ΣSd曲線

從以上Qd-ΣSd曲線中可以看出，這類樁落距100㎝時的Rsp在3622-4124 kN之間，ΣSd均大于10㎜，量值較大。各樁最大貫入度均發(fā)生在錘擊高度100㎝時，貫入度雖然較大，但承載力還能繼續(xù)增加。

圖5 貫入度正常，承載力正常發(fā)揮的樁Qd-ΣSd曲線

3)樁的貫入度正常，承載力正常發(fā)揮

貫入度正常、承載力正常發(fā)揮樁的Qd-ΣSd曲線見圖5，和66#樁類似，也存在接樁縫隙，單樁承載力能夠正常發(fā)揮。從以上Qd-ΣSd曲線中可以看出，這類樁在落距100㎝時的Rsp在3964-5202kN之間，ΣSd基本處于4-7㎜范圍之間。

4.3 高應(yīng)變F-ZV曲線分析

本次試驗中，根據(jù)采集到的速度波，發(fā)現(xiàn)多數(shù)樁在錘擊高度30㎝ 時尚不能發(fā)現(xiàn)接樁信息，在錘擊高度50㎝、70㎝ 時才能看到接樁處反射，在錘擊高度100㎝ 時接樁縫隙仍有變化。這個現(xiàn)象說明由于存在樁周土的阻尼和能量消耗，當(dāng)激發(fā)能量過小時，僅依靠速度反射波不能發(fā)現(xiàn)接樁信息。這正是低應(yīng)變檢測中未能提供樁的全部信息的原因所在，也是低應(yīng)變檢測技術(shù)有待進(jìn)一步完善之處。

而高應(yīng)變錘擊貫入法根據(jù)采集到的力波和速度波信息，較好的檢測到了管樁的接樁處信息和樁土共同工作的其他信息。

1)單節(jié)樁工作

僅有單節(jié)樁參與工作的樁在30cm、50cm、70cm、100cm落距下的F-ZV曲線，見圖6。

圖6 僅有單節(jié)樁參與工作的樁在不同落距下的F-ZV曲線

由圖6可看出，當(dāng)落錘高度為30cm、50cm時，錘擊能量不夠大，力波和速度波無法傳遞到第二節(jié)樁底，在“接樁”處有反射，僅有側(cè)摩阻力發(fā)揮作用；加大錘擊能量，當(dāng)落錘高度為70cm、100cm時，速度波在“接樁”處的反射更為明顯，而力波在2L/C處沒有端阻力反射，而正常樁在2L/C處有明顯端阻力反射。通過分析可知，在錘擊能量充分的情況下，力與速度波傳遞的終點(diǎn)為上節(jié)樁的樁底處，無法達(dá)到“下節(jié)樁”。從上述情況可以發(fā)現(xiàn)一個問題，對于高應(yīng)變檢測，只有在檢測參數(shù)正確時，得出的承載力值才可靠，而以上樁，委托單位提供的樁長為兩節(jié)樁24m，而實際“檢測樁長”(能量傳遞的范圍)為12m。當(dāng)輸入檢測樁長為24m時，得出承載力與正常樁相差不大，就很難找到問題的根源。而輸入檢測樁長為12m時，得出的承載力與正常樁有明顯差異，與靜載結(jié)果相吻合，亦能從實測貫入度偏大這一點(diǎn)得到驗證。可見，此次采用的高應(yīng)變錘擊貫入法與傳統(tǒng)高應(yīng)變法相比較，具有“盲打”的優(yōu)點(diǎn)，即在樁長未知的情況下，通過以上分析，得出正確的結(jié)論。

2) 存在明顯接樁縫隙，有閉合趨勢的樁

結(jié)合錘擊高度50、70㎝時的實測曲線發(fā)現(xiàn)此類樁均存在明顯的接樁縫隙。但在歷次錘擊特別是錘擊高度100㎝時錘擊的作用下，接樁縫隙有閉合趨勢，見圖7。

圖7 存在明顯接樁縫隙，有閉合趨勢的樁在不同落距下的F-ZV曲線

由上圖可看出，對于54#樁，當(dāng)落錘高度為30cm、50cm、70cm時，速度曲線在接樁處的缺陷反射逐步清晰地反映出來，力曲線的端阻力反射也逐漸清晰；加大錘擊能量，當(dāng)落錘高度為100cm時，接樁縫隙有閉合趨勢，45#樁反映更為明顯。此類樁表現(xiàn)出的特點(diǎn)為貫入度較大，接樁縫隙閉合后，承載力又能提高。

3)正常工作的樁

35#樁在錘擊高度30、50、70㎝時的實測曲線，見圖8，可以清楚的看到接樁信息被發(fā)現(xiàn)的歷程。在落錘高度為30cm、50cm時，錘擊能量不夠大，速度曲線在接樁處有輕微反射，速度曲線與力曲線包圍的區(qū)域為樁側(cè)阻力；加大錘擊能量，當(dāng)落錘高度為70cm時，速度波在接樁處的反射較為清晰，力曲線在2L/C處有正常的端阻力反射，端阻力得以充分發(fā)揮，承載力能正常發(fā)揮。

圖8 35#樁在不同落距下的F-ZV曲線

4.4 貫入度分析

正常樁的ΣSd基本處于4-7㎜范圍之間，承載力發(fā)揮有問題的樁ΣSd均大于10㎜，量值較大。從累計貫入度這個思路來分析，更能體現(xiàn)“盲打”的效果，在每根樁錘擊能量大致相等的前提下，正常樁的累計貫入度為4～7mm，當(dāng)累計貫入度超過10mm，此樁在承載力的發(fā)揮上必然有承載力問題。

在僅有單節(jié)樁工作和接樁縫隙逐漸閉合的問題上，借助Qd—ΣSd曲線和F-ZV曲線分析情況，綜合判定結(jié)果見表2。

5 結(jié) 語

根據(jù)以上分析結(jié)論，對于承載力發(fā)揮正常的樁不作處理；存在明顯接樁縫隙，貫入度較大，但有閉合趨勢的樁，在連續(xù)錘擊后，接樁縫隙趨于閉合，可在接樁處灌芯；對于檢測時，僅上節(jié)樁工作的樁，應(yīng)采取補(bǔ)樁措施。通過上述分類處理后，該樁基工程質(zhì)量得到了有力的保證。

通過上述工程實例可以發(fā)現(xiàn)，本方法與傳統(tǒng)的檢測方法相比，高應(yīng)變錘擊貫入法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)盲打效果好，即在無法得知準(zhǔn)確的檢測參數(shù)時，仍能探明承載力明顯離散的樁，通過該方法可以使脫節(jié)樁準(zhǔn)確復(fù)位，使其承載力正常發(fā)揮。

2)相比靜載試驗，受場地制約較小，試驗周期短，費(fèi)用較低，且可作為一定范圍內(nèi)的樁基質(zhì)量普查。

3)相比低應(yīng)變試驗，檢測信息豐富，基于承載力的發(fā)揮情況，能夠定量分析樁身完整性，由小漸大的能量沖擊下，可以清楚看到接樁縫隙的閉合趨勢，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高。

4)相比高應(yīng)變試驗，克服了人為擬合的繁瑣和隨意性，減少了對檢測參數(shù)依賴性，能夠抓住整個場地基樁承載力發(fā)揮的大致情況，高應(yīng)變常采用速度進(jìn)行積分得到貫入度，由于速度曲線采樣長度的限制，往往得不到樁靜止時的最終位移，計算的貫入度值時常不準(zhǔn)確。而本方法使用傾角傳感器在樁相對靜止時直接在樁頂測讀角度，得出的貫入度值準(zhǔn)確可靠。

表2 累計貫入度與承載力發(fā)揮情況匯總表

在今后的基樁完整性檢測中，采用低應(yīng)變普查時，若發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域某種缺陷明顯且數(shù)量較多時，應(yīng)當(dāng)引起重視，基于低應(yīng)變法檢測的局限性，宜采用本文所述檢測方法做進(jìn)一步探究，避免留下工程隱患。

[1]中國建筑科學(xué)研究院 CECS35：91《錘擊貫入試樁法規(guī)程》[S]

[2]中國建筑科學(xué)研究院JGJ106-2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》[S]中國建筑工業(yè)出版社