基于測斜原理的樁身垂直度檢測方法

王丹， 樊家志， 林桂楷

(廣東華路交通科技有限公司， 廣東 廣州 510410)

近年來，采用先張法和離心成型法預(yù)制的空心圓柱狀預(yù)應(yīng)力高強砼管樁以其施工速度快、樁身質(zhì)量高、單樁承載力高、能適應(yīng)錘擊沉樁施工工藝等優(yōu)點而在地基加固處理中得到采用。預(yù)制樁的沉樁方法主要有錘擊法、靜力壓樁法和振動法，其中錘擊法和靜壓法因工藝成熟、成樁質(zhì)量好等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，但這兩種沉樁方式因施工機械龐大、場地要求較高等給施工帶來極大不便。振動法沉樁具有施工機械小、便于移動等優(yōu)點，因而逐漸得到應(yīng)用。但國內(nèi)對振動法沉樁的應(yīng)用較少，且沉樁完成后樁身垂直度難以保證，容易造成樁體承載力不良、樁頂水平位移和樁身彎矩增大等問題，對成樁質(zhì)量檢測手段提出了更高的要求。

目前對管樁樁身垂直度檢測方法的研究較少，且檢測精度難以保證。吳濤等將孔斜測試技術(shù)引入管樁檢測，由于實際工程中管樁內(nèi)部不完全平滑，管樁制作過程中離心不均勻?qū)е鹿軜秲?nèi)部許多橫斷面不為規(guī)則圓面，測量過程中會由于管樁內(nèi)不規(guī)則平面對儀器產(chǎn)生擾動而導(dǎo)致測量精度不足。該文依托廣東省某改擴建項目，基于測斜原理，對7根振動法沉樁進行樁身垂直度檢測。

1 檢測裝置及原理

樁身垂直度檢測采用滑動式測斜儀，如圖1(a)所示，該檢測儀的基本組成為測頭、讀數(shù)儀、電纜和測斜管。它主要通過傳感探頭逐段測得測斜管軸線與基準(zhǔn)線間的夾角，按照式(1)計算得到各測段測斜管上下導(dǎo)輪間沿某一方向的相對位移，最后逐段累加得到測斜管在不同深度位置的絕對偏移量[見圖1(b)]。

d為上下導(dǎo)輪間的相對位移；L為上下導(dǎo)輪間的距離；θi為第i段測斜管與基準(zhǔn)線的夾角；Di為各測段水平位移之和

某一深度測段上下導(dǎo)輪間的相對位移為：

di=Lsinθi

(1)

式中：L=50 cm。

不同深度處的絕對位移為該測段以下各測段水平位移之和，即：

(2)

盡管測斜儀的測量精度可達0.01 mm，但測試結(jié)果可能受到零點偏置和測斜管制造與安裝中產(chǎn)生扭曲等儀器本身、人為因素和現(xiàn)場環(huán)境的影響，使測試結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，需采取措施盡可能減少或消除測試中可能出現(xiàn)的誤差。

對于零點偏置誤差，當(dāng)滑動式測斜儀的測頭處于鉛錘狀態(tài)時，理論測值應(yīng)嚴(yán)格為零。但在制造和使用中探頭受各種因素影響，其實際輸出并非為零，即出現(xiàn)零點偏置誤差?？赏ㄟ^對測斜管每個方向均采用正、反向測量的方法消除零點偏置誤差。具體而言，當(dāng)出現(xiàn)零點偏置系統(tǒng)誤差時，假設(shè)測斜儀正向測量時輸出值為：

μ0=K0+csinθ

(3)

式中：μ0為正、反向測量讀數(shù)；K0為零點偏置誤差；c為儀器標(biāo)定系數(shù)；θ為測斜管與基準(zhǔn)線的夾角。

為消除K0的影響，試驗時將測斜探頭旋轉(zhuǎn)180°進行補測，則反向測量時輸出值為：

μ180=K0-csinθ

(4)

式中：μ180為反向測量讀數(shù)。

由式(3)、式(4)可知：同一探頭在正、反向測量時讀數(shù)不同，但零點偏置誤差K0一般為常數(shù)，則sinθi=(μ0-μ180)/(2c)，由此可消除K0的影響，提高測量精度。

對于測斜管的扭曲誤差，主要加強安裝中的技術(shù)指導(dǎo)，在下放過程中實時調(diào)整導(dǎo)槽方向，防止測斜管發(fā)生扭曲而產(chǎn)生扭曲誤差。此外，可采用多探頭來消除儀器誤差；對同一根樁，由多個工作人員多次重復(fù)測量，以減小人為誤差。

2 工程概況及測試方法

2.1 工程概況

廣東省某改擴建項目全長57.614 km，采用預(yù)制管樁處理軟基，振動法沉樁。共檢測沉入的7根預(yù)應(yīng)力管樁。

測點處地基土分為4層：1) 人工填土，厚1.7 m；2) 粉質(zhì)黏土，厚3.3 m；3) 淤泥質(zhì)土，厚1.7 m；4) 卵石土，未揭穿。項目所用預(yù)制管樁樁長10 m，樁端插入卵石土中。

2.2 測試方法及要求

對7根預(yù)應(yīng)力管樁樁身垂直度進行檢測。所檢測管樁樁長10 m左右，外徑300 mm，壁厚75 mm，內(nèi)徑150 mm。所用測斜裝置探頭長500 mm，測斜管外徑70 mm，壁厚5 mm，每節(jié)長度為2 m。

考慮到樁身內(nèi)徑較小，為使測斜管放入管樁后與樁體平行，設(shè)計一種測斜管套筒，套筒一側(cè)設(shè)置槽口，用于測斜管插入后在測斜管與樁體孔隙部位注漿，以防測量過程中擾動產(chǎn)生誤差。套筒外徑130 mm，內(nèi)徑72 mm，高100 mm；槽口寬30 mm，深14.5 mm(見圖2)。套筒設(shè)置于每節(jié)測斜管接口處并固定。

圖2 檢測中所用套筒

在每節(jié)測斜管外部套1～2個套筒，以保證測斜管與管樁平行，并多次注漿，直到管樁內(nèi)徑的水泥漿與管樁頂部平齊。由多個工作人員采用4套測斜儀器重復(fù)測量，且最終不同工作人員使用不同儀器測得的結(jié)果接近，以最大程度避免單一儀器測量產(chǎn)生的誤差。

3 測試結(jié)果及分析

分別以各樁樁頂中心為原點，x軸垂直于道路軸線，其正向指向路基外側(cè)；y軸平行于道路軸線，其正向指向大樁號方向。各樁樁身垂直度測量結(jié)果見表1。

表1 各樁樁身垂直度測量結(jié)果

各樁豎直方向位移見圖3。以各樁底部為固定點，從圖3可看出：各樁從底部向上均有不同程度水平位移，1#～4#樁整個樁身有明顯傾斜，5#～7#樁傾斜較小。以各樁頂部中心為圓心，各樁底部中心坐標(biāo)見圖4。

圖3 各樁測斜曲線

圖4 各樁偏移量

所檢測7根預(yù)制樁沉樁完成后，樁身水平位移量分別為35.06、22.83、33.35、37.51、5.88、9.9、6.14 cm。1#～4#樁有明顯傾斜，5#～7#樁傾斜較小且較接近規(guī)范要求。所用檢測方法可檢測出樁身每一點的水平位移，且精度較高，是檢測預(yù)制管樁樁身垂直度的有效方法。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力砼管樁的振動式沉樁具有施工簡便、施工機械小且移動方便等優(yōu)點，但缺乏切實可行的振動法沉樁質(zhì)量檢測評價方法與檢測標(biāo)準(zhǔn)。該文提出一種基于測斜原理的管樁垂直度檢測方法，并應(yīng)用于廣東省某改擴建項目，對7根振動法沉樁進行樁身垂直度檢測，結(jié)果表明該方法簡單可行，可用于預(yù)制管樁樁身垂直度檢測。