PHC管樁樁身質(zhì)量檢測中多種方法的綜合應(yīng)用

楊春柳

（上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司，上海 201108）

0 引言

PHC管樁是一種采用先張法預(yù)應(yīng)力、離心成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)和圧蒸養(yǎng)護(hù)工藝制成的空心圓筒混凝土構(gòu)件。相比其它基礎(chǔ)建設(shè)材料，混凝土管樁憑借造價(jià)低、施工快、質(zhì)量可靠等優(yōu)勢，逐漸得到工程界的青睞，在建筑行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，預(yù)制樁已占到我國樁基使用總量的半壁江山。

目前環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁相比其它樁型的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：①施工噪音低；②施工振動??；③無污染，施工效率高。但是隨著大噸位基樁的出現(xiàn)，也逐漸暴露出一些問題：①沉樁擠土?xí)χ苓叚h(huán)境設(shè)施造成不同程度的破壞，造成已有樁上浮、偏位、樁身損傷或斷裂；②靜壓樁群樁施工過程中由于擠土效應(yīng)會使樁間土和樁端土結(jié)構(gòu)破壞從而降低其強(qiáng)度；③對于多節(jié)預(yù)應(yīng)力管樁可能由于關(guān)鍵工序控制不嚴(yán)，很容易在施工過程中出現(xiàn)樁頭、樁身剪切破壞，焊縫開裂，端板脫開等問題，如果樁身破壞位置較深，低應(yīng)變則檢測不出缺陷，但是靜載試驗(yàn)結(jié)果會明顯偏低。鑒于上述，有必要采取其他檢測手段補(bǔ)充驗(yàn)證[1-7]。

1 檢測方法

1.1 低應(yīng)變動測法

將管樁視為一維線彈性桿件，當(dāng)樁頂受一沖擊力后，其應(yīng)力（應(yīng)變或位移）以波動形式在樁身中傳播，遇到波阻抗差異界面后，產(chǎn)生反射波信號，通過分析入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達(dá)時(shí)間等特征，達(dá)到檢測樁身完整性的目的。該方法的特點(diǎn)如下：

①方法較為快捷，對于缺陷嚴(yán)重程度并不能定量確定，當(dāng)樁身存在多處缺陷時(shí)，一般只能識別距離樁頂最近的缺陷，深部的缺陷位置會受到反射波的疊加干擾造成誤判或漏判，對于等間距的缺陷判識難度更大；②對多節(jié)預(yù)應(yīng)力管樁接樁位置附近的缺陷，易誤以為是端板焊接不佳引起的反射信號。無法檢測垂直裂縫，檢測深度有限[8]。

1.2 靜載荷試驗(yàn)

單樁靜載荷足尺試驗(yàn)通過堆載、錨樁、自平衡等方法提供反力，該方法是獲得承載力最為可靠的方法，但是靜載試驗(yàn)設(shè)備重、轉(zhuǎn)場安裝成本高，因此無法對樁基進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)檢測。

1.3 孔內(nèi)攝像法

孔內(nèi)攝像法是利用管樁內(nèi)部空心部分作為測試通道，采用能進(jìn)行垂向和環(huán)向切換的防水?dāng)z像頭對孔壁進(jìn)行錄像及觀察，識別樁身缺陷及其位置、程度的檢測方法。測試之前，需預(yù)先進(jìn)行清孔作業(yè)，但要注意承壓水的突涌問題。該方法特點(diǎn)是觀察較為直觀，可確定缺陷位置，對缺陷做出定量分析。管樁有多道缺陷時(shí)，可準(zhǔn)確測出每道缺陷，可檢測管樁的豎向裂縫并對深部缺陷進(jìn)行檢測。為后期缺陷的處理提供準(zhǔn)確資料[9-10]。

2 工程實(shí)例

上海市某大型居住社區(qū)項(xiàng)目，擬建4幢17層高層住宅樓、6幢18層高層住宅樓、地下車庫及垃圾房、P或K型站、水泵房等輔助用房。

擬建場區(qū)內(nèi)地層分布穩(wěn)定，第②層粉質(zhì)黏土埋藏淺，第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，第④層淤泥質(zhì)黏土，第⑤1-1層黏土，20 m以上土層以飽和軟土為主。第⑤1-2層粉質(zhì)黏土，軟塑，高壓縮性。第⑥層粉質(zhì)黏土，土質(zhì)均勻，可塑—硬塑，中壓縮性，Ps平均值為2.41 MPa。第⑦1層為砂質(zhì)粉土，中密，中壓縮性，Ps平均值為6.98 MPa，層位穩(wěn)定，層頂標(biāo)高在-21.23～-23.54 m，厚度4.0～7.3 m，平均厚度為5.77 m。第⑦2-1層粉砂，密實(shí)，中—低壓縮性，Ps平均值為13.85 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)40擊，層位穩(wěn)定，層頂標(biāo)高在-26.58～-29.73 m，厚度6.4～9.8 m，第⑦2-2層粉砂，密實(shí)，中—低壓縮性，PS平均值為20.20 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)60.2擊。

項(xiàng)目共布設(shè)工前試樁10根，擬通過破壞性靜載荷試驗(yàn)為設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。樁規(guī)格為PHC 500 AB 100-15，15樁頂標(biāo)高為+3.400 m。樁端持力層⑦1砂質(zhì)粉土，樁端進(jìn)入持力層深度范圍為3.06～4.82 m，入層段Ps值平均值為5.58～8.99 MPa。沉樁過程較為正常，終壓力為2625～3000 kN之間。

在載荷試驗(yàn)過程中，3#—10#試樁單樁豎向抗壓極限承載力表現(xiàn)正常，處在2700～3150 k N之間；1#、2#試樁單樁豎向抗壓極限承載力表現(xiàn)異常，處在1800～2100 k N左右，明顯低于正常極限荷載值，且遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

為確保設(shè)計(jì)施工安全，有必要分析1#、2#試樁承載力表現(xiàn)異常的根本原因。

（1）試驗(yàn)前后的試樁低應(yīng)變成果

試樁試驗(yàn)前后的低應(yīng)變時(shí)域曲線特征表現(xiàn)正常（見圖1）。低應(yīng)變檢測僅能檢出樁身有效評價(jià)深度范圍內(nèi)的樁身缺陷，低應(yīng)變檢測顯示：

1）樁身淺部（主要指上節(jié)樁）無缺陷；

2）樁身深部未檢出缺陷；

3）樁頂外觀檢查：靜載荷試驗(yàn)結(jié)束后，1#、2#樁頂完好。

圖1 1#、2#樁靜載前后低應(yīng)變曲線對比圖

（2）實(shí)測樁頂位移的同步性分析

1）1#樁

樁頂對稱分布的四個(gè)數(shù)顯位移計(jì)表明：破壞荷載及前一級荷載作用下，四個(gè)測點(diǎn)的位移同步性較好，詳見表1。

表1 1#樁部分累計(jì)位移變化量匯總表

當(dāng)加載至1800kN時(shí)，累計(jì)沉降僅達(dá)12mm左右，顯然樁端阻力未曾有效發(fā)揮；當(dāng)加載至2100kN時(shí)，樁頂位移呈沉降--收斂或加速沉降--收斂趨勢，如此存在多個(gè)循環(huán)，該沉降顯示為非樁土之間的正常位移表現(xiàn)，推測樁身深部存在結(jié)構(gòu)破壞。

2）2#樁

樁頂對稱分布的四個(gè)數(shù)顯位移計(jì)揭露：破壞荷載及前一級荷載作用下，四個(gè)測點(diǎn)的位移同步性較差，詳見表2。

表2 2#樁位移變化量匯總表

當(dāng)加載至2100kN時(shí)，累計(jì)沉降不大，顯然樁端阻力未曾有效發(fā)揮；當(dāng)加載至2400kN時(shí)，樁頂位移呈沉降--收斂或加速沉降--收斂趨勢，如此存在多個(gè)循環(huán)，該沉降顯非樁土之間的正常位移表現(xiàn)。推測樁身深部存在結(jié)構(gòu)破壞。

（3）s--lgt曲線特征分析

1）1#樁

在加載至2100kN荷載時(shí)，s-lgt曲線顯示：前段位移變化越來越小，該級累計(jì)沉降量趨于穩(wěn)定，后段位移突然增大，曲線成階段性小折線，此曲線形態(tài)與樁身結(jié)構(gòu)破壞特征相符（見表3，圖2）。

表3 1#樁沉降量匯總表

圖2 單樁豎向靜載試驗(yàn)Q--s曲線及s--lgt曲線圖

2）2#樁

在加載至2400kN荷載時(shí)，s--lgt曲線顯示：位移變化呈明顯折線型增大，此曲線形態(tài)與樁身結(jié)構(gòu)破壞特征相符（見表4、圖3）。

表4 2#樁沉降量匯總表

圖3 單樁豎向靜載試驗(yàn)Q--s曲線及s--lg t曲線圖

（4）孔內(nèi)攝像檢測成果

1）1#樁：攝像結(jié)果顯示，15.0 m接樁處欠貼合；樁頂往下約22.5 m樁身處，發(fā)現(xiàn)樁身嚴(yán)重?cái)嗔亚野橛忻黠@破碎，25.0 m處見水（見圖4）。

圖4 1#樁缺陷（破碎）位置處截圖

2）2#試樁：攝像結(jié)果顯示，15.0 m接樁處基本貼合；樁頂往下約22.7 m樁身處，發(fā)現(xiàn)樁身嚴(yán)重?cái)嗔亚野橛忻黠@破碎，26.5 m見水（見圖5）。

圖5 2#樁缺陷（破碎）位置處截圖

（5）沉樁終壓力分布和承載力之間的關(guān)系

沉樁終壓力≯0.7fck×Ap≈4500 k N，施工時(shí)取3600 k N，分析詳見表5。

（6）地質(zhì)情況和承載力之間的關(guān)系

地質(zhì)情況和承載力之間的關(guān)系分析見表6。

表5 沉樁終壓力與承載力關(guān)系匯總表

表6 地質(zhì)情況和極限承載力關(guān)系匯總表

由上表可知，就土體承載力而言，1#、2#樁單樁極限承載力理應(yīng)高于其他試樁，現(xiàn)實(shí)測值卻遠(yuǎn)低于其他試樁，故推測1#、2#樁破壞機(jī)理為樁身結(jié)構(gòu)破壞。

綜上所述要素，最終判定1#、2#樁為樁身結(jié)構(gòu)破壞。

3 結(jié)語

本文以某大型居住區(qū)工前試樁為工程背景，得出了部分試樁承載力明顯偏低的原因，得出以下結(jié)論：

1）對于多節(jié)PHC管樁基樁而言，若樁體結(jié)構(gòu)深部出現(xiàn)明顯缺陷，樁土耦合較好，局限于低應(yīng)變的適用范圍，缺陷無法檢測出來，有可能出現(xiàn)誤判、漏判。

2）10根試樁樁端以下4d范圍內(nèi)Ps平均值為7.72～14.40 MPa，結(jié)果表明選?、?作為持力層是合適的。1#、2#樁靜載結(jié)果明顯偏低，在地勘資料可靠的情況下，懷疑樁體結(jié)構(gòu)深部破壞是合理的。

3）孔內(nèi)攝像技術(shù)作為一種補(bǔ)充驗(yàn)證檢測手段，通過對樁身孔內(nèi)缺陷進(jìn)行可視化檢查，能比較直觀的定位缺陷位置，判定缺陷的嚴(yán)重程度。本工程1#、2#試樁通過孔內(nèi)攝像，結(jié)果表明兩個(gè)試樁在第二節(jié)樁中部位置均發(fā)生明顯破損，驗(yàn)證了導(dǎo)致極限承載力明顯偏低原因的推斷。

由于基礎(chǔ)工程的隱蔽性和粧身缺陷類型的復(fù)雜性、多解性，釆用一種檢測方法評價(jià)樁身質(zhì)量一般不太準(zhǔn)確和可靠，被漏判或誤判的樁身完整性問題后期很難被發(fā)現(xiàn)，一般是難于補(bǔ)救的，會給建構(gòu)筑物的長期使用，留下安全隱患。釆用多種方法綜合檢測判定樁身質(zhì)量，這既是對工程質(zhì)量負(fù)責(zé)，也是檢測機(jī)構(gòu)的分內(nèi)之事。