PHC管樁高應(yīng)變和靜載試驗對比研究

摘要：近年來，高強度預(yù)應(yīng)力PHC管樁在建筑工程項目地基中應(yīng)用效果突出。鑒于此，為了提高施工可靠性，最大程度確保樁基工程的安全和質(zhì)量，以高應(yīng)變和靜載試驗為切入點，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的對比分析和具體的檢測結(jié)果，分析判斷實例分析法和數(shù)據(jù)分析法兩種檢測方法的誤差，為具體的施工應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：PHC管樁；高應(yīng)變；靜載試驗；極限承載力PHC管樁具有施工周期短、施工方法簡單、強度高、穩(wěn)定性好、污染少，造價低廉等特點，是工程中常用的一種管樁。PHC管樁在實際應(yīng)用過程中常作為建筑結(jié)構(gòu)底板下的樁基礎(chǔ)。因此，必須要明確高應(yīng)變檢測結(jié)果的準確性。高應(yīng)變法和靜載檢測是目前兩種較為常見的檢測高應(yīng)變的手段。在實際應(yīng)用過程中，兩種方法效果各異，可以通過對比分析確定具體方式，為設(shè)計提供參考依據(jù)，讓施工順利進行。

1工程項目

以某房建工程項目為例，在對施工場地進行調(diào)查分析的過程中發(fā)現(xiàn)，該場地地貌是沖積平原，地形、地勢起伏不大，總體平坦開闊，總體地形地貌條件屬中等?？紤]到該項目所處的施工環(huán)境及地質(zhì)條件，擬選用PHC管樁作為樁基。

為了確保施工順利進行，必須要對PHC管樁承載力進行測試。靜載荷試驗法和高應(yīng)變動力法是最為常見的兩種。然而，在實際單樁的豎向承載力測試過程中，還需要對動靜對比的誤差展開分析，為具體的高應(yīng)變參數(shù)選擇提供參考，并根據(jù)分析結(jié)果判斷施工情況。

2測試方法

PHC管樁具有造價低廉、運輸方便、施工時效快、樁身強度高、成樁質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，已被廣泛用于樁基礎(chǔ)施工。樁基的主要功能是通過樁向持力層傳導上部荷載，以確保結(jié)構(gòu)的完整性?？梢钥闯?，樁基礎(chǔ)承載能力的好壞直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，所以對其進行承載能力的測試是十分必要的。目前，單樁豎向受壓承載能力測試一般都是通過單樁豎向抗壓和高應(yīng)變測試來進行。本文通過具體的工程實踐，比較了兩者的利弊和承載能力，為測試工作者和施工單位提供一些參考。

在工程實踐中，為了確保安全，會對PHC管樁承載力進行測試，靜載荷試驗法和高應(yīng)變動力法是較為常見的兩種。從過往的應(yīng)用效果上看，兩種方法各有優(yōu)缺點。從具體的應(yīng)用效果來看，靜載荷試驗法具有直接、可靠的特點，但時間成本、經(jīng)濟成本相對較高，對一些工期要求相對緊張的項目而言適用性較低。相較于靜態(tài)載荷試驗法，高應(yīng)變動態(tài)測試方法快速、成本低廉，但是它對樁基礎(chǔ)承載能力的評估和準確性很難得到保證。因此，在實際應(yīng)用過程中可以混合應(yīng)用兩種方法對 PHC管樁承載力進行測試，并通過對比分析判斷具體的承載力情況。

3施工分析

為了進一步分析高應(yīng)變法和靜載試驗法之間的誤差并明確檢測數(shù)據(jù)、抽檢比例等方面情況，本文結(jié)合實際施工案例展開了綜合性分析。在明確具體的地質(zhì)條件和施工材料后，開展了相應(yīng)的檢測對比實驗，旨在明確外界環(huán)境對檢測方法、檢測結(jié)果帶來的影響。

3.1地質(zhì)條件分析

為了確保施工效果，在施工前對工程所在地進行了系統(tǒng)的勘探，根據(jù)項目場地鉆探揭露，按巖（土）性、地質(zhì)時代和成因類型來劃分，可將該地區(qū)的地層劃分為7個層次：

第1層層厚1.3～9.4 m，是人工充填的素填土褐黃色、褐紅色，不考慮摩阻力和承載力；第2層為粉質(zhì)黏土，層厚1.0～6.5 m，摩阻力和承載力分別為25 kPa、120 kPa；第3層分為兩個部分，其中包括了淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚2.8～8.6 m以及層厚2.0～14.0 m的粉細砂，摩阻力和承載力分別為11～40 kPa、50～160 kPa；第4層為粉細砂與粉質(zhì)黏土互層，厚度為3.9～16.8 m，摩阻力和承載力分別為25～40 kPa、120～160 kPa；第5層為砂質(zhì)黏土，厚度為4.2～10.7 m，摩阻力和承載力分別為35～40 kPa、160～220 kPa；第6層為全風化花崗巖厚度約1.8～8.3 m，摩阻力和承載力分別為80 kPa、300 kPa；第7層為強風化花崗巖，摩阻力和承載力分別為120 kPa、500 kPa。

3.2施工材料分析

在工程項目中，使用的PHC管樁規(guī)格為PHC500。為了檢驗樁基的設(shè)計指標和可實現(xiàn)性，對其進行了優(yōu)選并在典型的現(xiàn)場進行測試。一共準備了4個PHC管樁樣品，各項性能指標數(shù)據(jù)列于表1中。施工過程中采用混凝土強度為C80的PHC混凝土管樁。樁身直徑500 mm，樁身長度17.0～22.0 m，樁身間隔2.0 m，樁頭與基底螺栓固定，基座高度15.0 m，下至液化層段4.0～4.5 m。在整體施工過程中，共計使用了219個PHC管樁。在滿足設(shè)計指標條件下，單樁的豎向承載力特征值應(yīng)在1 400 kN以上。

3.3檢測分析

在基礎(chǔ)樁基工程中，采取了靜載試驗檢測進行檢測，具體結(jié)果見表2。針對不同工況下的承載能力及工程地質(zhì)情況，選用了不同類型的壓樁機械。確認位置后，將壓樁機就位并進行了平整和焊接。最后，從中心到兩邊進行壓樁。工程的基本步驟如下：清理障礙、平整土地、測樁位置、安裝樁、填樁、喂樁、插樁、初敲、校正、打樁、接樁、送樁、移位、打下一樁。對進場的預(yù)埋件進行外表質(zhì)量檢驗，觀察其外表有無蜂窩狀麻面、裂縫及外壁有無露筋等，并在進場之前測量管樁的外徑、壁厚、長度等數(shù)據(jù)。確保管樁在搬運、吊裝、堆砌過程中不發(fā)生大的晃動，避免對樁體造成損傷；堆場必須平整堅實，并配備排水設(shè)施；堆料時應(yīng)按照不同的管樁數(shù)量和型號進行分類。

在實際施工過程中，需要嚴格監(jiān)控樁的位置、高度和豎向；其次，要對接樁工藝進行焊接質(zhì)量的管理，確保接頭充分，并盡可能一次完成；使用氣體保護焊接后，應(yīng)在1 min內(nèi)進行壓縮；同時，要監(jiān)控樁身的壓樁法和沉降情況。如果壓樁機的壓樁儀和樁身沉降發(fā)生變化，樁身出現(xiàn)傾斜、偏移、樁身混凝土產(chǎn)生裂紋、壓柱長度不符合設(shè)計樁長或樁身承載力超過設(shè)計值而不能滿足設(shè)計指標等情況時，必須立即停止壓樁，并與設(shè)計、監(jiān)理等有關(guān)部門進行協(xié)調(diào)，做好現(xiàn)場記錄工作。

最終壓力的控制是根據(jù)設(shè)計的需要確定的。通常情況下，在確保樁長度和樁頂進入持力層的基礎(chǔ)上，會對最終壓力的大小進行嚴格的限制。若最終壓差略小于或略高于指定壓差，會導致最終壓差偏低或偏高，應(yīng)及時向監(jiān)理及設(shè)計部門報告［1］。

4檢測分析

4.1案例結(jié)果分析

為了進一步檢驗施工效果，對4個 PHC混凝土管樁單樁的豎向承載能力進行了隨機抽查，并進行了靜載試驗檢測。采用高應(yīng)變方法對4個單樁進行了實測，得到了樁身受壓的響應(yīng)曲線，即流場和應(yīng)力場。在此基礎(chǔ)上，附上一組具有典型意義的單樁，并給出了高應(yīng)力測試結(jié)果。根據(jù)高應(yīng)變測試及擬合分析結(jié)果，證明該單樁豎向承載能力指標符合設(shè)計規(guī)范。PHC管樁成樁后的質(zhì)量檢驗結(jié)果顯示，在進行現(xiàn)場質(zhì)量檢驗、合理選用樁身方式、施工工藝質(zhì)量的有效監(jiān)控下，PHC管樁在工程建設(shè)中能取得良好的效果［2］。

在加載實驗中，每根樁基都已達到最大承載量。實測數(shù)據(jù)顯示，單樁的實際承載量較原設(shè)計值多出22%。通過比較高應(yīng)變實驗和靜載荷實驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)總體上具有良好的一致性；在沖擊失穩(wěn)之前，樁底出現(xiàn)的沉陷跡象并不顯著，并且受壓后承載能力顯著降低，因此在計算中應(yīng)考慮到安全級別和損傷程度。在PHC管樁的受荷載實驗中，進行了荷載作用機理的實驗，并對其受力機理進行了初步探討。靜荷載測試發(fā)現(xiàn)其容許承載量比按規(guī)范規(guī)定的承載量要高。時間效應(yīng)對PHC管樁承載能力及樁身沉陷具有重要的影響。在完成的管樁基礎(chǔ)上，靜置時間越久，承載量越大，沉陷越少。本區(qū)域內(nèi)的管樁承載力與沉陷呈陡降特征，而樁周土體則以沖刷方式發(fā)生斷裂。當樁周荷載到達最大摩擦力時，樁土的最大變形量為17.89～40.99 mm，比常規(guī)數(shù)據(jù)的計算結(jié)果要高。綜上所述，選取高應(yīng)變法是合適的，測量精度高，可以在工程中推廣應(yīng)用。

4.2方法應(yīng)用分析

當荷載水平較低時，樁的抗力與土體強度是相等的，因此沉陷值也相同。在施加載荷時，不同的實驗作用時間會導致不同的沉降量。C工程19樁用兩種試驗方法計算出的最大承載率為9.3%，誤差在10.0%以內(nèi)。然而，這種誤差更多取決于受檢驗者的技術(shù)和經(jīng)驗。在進行擬合時，各種地質(zhì)數(shù)據(jù)參數(shù)的準確性對于擬合計算也至關(guān)重要。單樁豎向抗壓靜載荷測試具有結(jié)果客觀直接、分析簡單、結(jié)果準確可靠、可以直接獲得QS圖等優(yōu)勢。然而，該方法也有準備工作復雜，安全風險大、經(jīng)濟成本高、測試時間長、結(jié)果參數(shù)單一等缺點。高應(yīng)變方法具有簡單就地準備、低經(jīng)濟成本、低安全風險、縮短試驗時間、提高試驗效果的優(yōu)勢。但它的缺陷是不能用來直接測定，只能用來進行數(shù)值模擬，且其模擬得到的QS曲線是一個近似的綜合數(shù)值，缺乏客觀性。此外，高應(yīng)變方法要求測試人員具有較高的專業(yè)知識和豐富的工作經(jīng)歷。

5結(jié)語

高應(yīng)變法已在國內(nèi)實施40余年，且在地基基礎(chǔ)檢測中的原理和應(yīng)用方面也有比較完善的理論和實際支撐。一些不認可的看法，可能與某些實踐者過度依賴高強度相關(guān)，或是缺乏足夠的力量，或是缺乏經(jīng)驗。豎向抗壓靜載荷和高應(yīng)變測試可以對單樁的豎向抗壓強度進行測試，二者的測試效果是完全吻合的。無論是單樁的豎向抗壓靜載荷測試還是高應(yīng)變測試，都有其優(yōu)點和不足之處，因此在工程實踐中應(yīng)結(jié)合實際進行選用，達到科學應(yīng)用的目的。

參考文獻：

［1］陳秀輝.PHC管樁在深厚軟土地基中施工偏位和傾斜事故分析［J］.重慶建筑，2022，21（12）：5761.

［2］甘梓堅.PHC管樁單樁豎向抗壓承載力試驗對比分析［J］.廣東建材，2022，38（9）：8385，21.

作者簡介：鄒培錚，男，湖南婁底人，工程師，本科，研究方向：建筑工程檢測。