低應(yīng)變聯(lián)合孔內(nèi)攝像判定管樁完整性類別

孫苗,李書(shū)波,周宇

(南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司,江蘇 南京 210019)

0 引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(下文稱預(yù)制管樁)作為樁基的一種重要形式,具有樁身強(qiáng)度高、質(zhì)量可靠、抗震性好、施工快捷且造價(jià)較低等特點(diǎn)[1],近年來(lái),在工程建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,如何保證預(yù)制管樁質(zhì)量也顯得尤為重要。

在對(duì)預(yù)制管樁施工質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中,一般通過(guò)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁身缺陷程度及位置,并判定樁身完整性類別。但低應(yīng)變反射波法有諸多局限性,譬如:對(duì)基樁縱向上存在多個(gè)缺陷時(shí),往往只能檢測(cè)到第一個(gè)較嚴(yán)重缺陷,較深缺陷反射波容易被第一個(gè)缺陷反射波覆蓋;在焊接位置附近缺陷無(wú)法分辨等等[2]。本文通過(guò)工程實(shí)例分析,采用低應(yīng)變聯(lián)合孔內(nèi)攝像檢測(cè)方法,彌補(bǔ)傳統(tǒng)低應(yīng)變檢測(cè)不直觀、經(jīng)驗(yàn)性成分居多等技術(shù)上的缺陷問(wèn)題。并提出孔內(nèi)攝像技術(shù)判定預(yù)制管樁完整性類別判定依據(jù),對(duì)現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行了補(bǔ)充。

1 工程概況及場(chǎng)地工程地質(zhì)

1.1 項(xiàng)目工程概況

項(xiàng)目位于江蘇省南京市,總建筑面積 7 004.85 m2,地上建筑面積為 4 444.65 m2,地下建筑面積 2 560.2 m2,地上建筑為1棟5F業(yè)務(wù)用房,地下為2層整體地下室,開(kāi)挖深度約 8.2 m。主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用預(yù)制管樁基礎(chǔ)。

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)特征

場(chǎng)地地貌單元為長(zhǎng)江漫灘地貌單元,擬建建筑地基土均為砂土層,土層分布均勻,長(zhǎng)江漫灘是南京市地下水最為豐富的地段,本場(chǎng)地基巖面之上的覆蓋層均為含水層,場(chǎng)地地下水的水理特征屬于潛水性質(zhì)。含水層由①層人工填土和②-1、②-2、②-3、②-4層粉細(xì)砂、④層含卵礫石中粗砂組成?？辈炱陂g量測(cè)的潛水初見(jiàn)水位埋深在地面以下3.10～3.30 m之間,高程為2.26～2.48 m(85國(guó)家高程系),穩(wěn)定水位埋深在地面以下2.90～3.10 m之間,高程為2.46～2.68 m,水位與地形起伏基本一致。結(jié)合工程地質(zhì)、場(chǎng)地水文條件、施工意見(jiàn)以及擬建建筑物的性質(zhì)、荷載、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),設(shè)計(jì)擬采用②-3層密實(shí)粉細(xì)砂為樁端持力層的預(yù)制管樁。場(chǎng)地地基土樁基參數(shù)如表1所示。

表1 場(chǎng)地地基土樁基參數(shù)

2 預(yù)制管樁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 試樁參數(shù)

本次試驗(yàn)抗壓樁3根,編號(hào)SZ4#～SZ6#。所有試樁均采用抱壓式靜壓法施工,施工設(shè)備參數(shù)如表2所示。所有試樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C80,樁型采用PHC-500(110)AB-C80,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 35.0 m。多節(jié)管樁間采用焊接方式連接,進(jìn)入持力層②-3粉細(xì)砂10.0～13.0 m。設(shè)計(jì)承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值 3 800 kN。試驗(yàn)樁SZ4#實(shí)際入土深度 30.0 m,SZ5#、SZ6#實(shí)際入土深度 35.0 m。

表2 施工設(shè)備參數(shù)

2.2 樁身完整性檢測(cè)

靜載試驗(yàn)前,采用基樁動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)樁身完整性,判定樁身缺陷的程度及位置。低應(yīng)變曲線如圖1所示。從圖1可看出SZ4#～SZ6#樁低應(yīng)變信號(hào)未見(jiàn)缺陷反射波,未見(jiàn)明顯樁底反射波。

圖1 試樁前低應(yīng)變曲線

2.3 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)反力裝置利用一套靜載試驗(yàn)反力架,抗壓靜載采用1只630T的千斤頂進(jìn)行加壓。基準(zhǔn)梁采用兩根長(zhǎng)度為 12.0 m槽鋼,對(duì)稱安置在試樁兩側(cè),試驗(yàn)樁樁端部對(duì)稱安置2個(gè)沉降測(cè)點(diǎn),用磁性表座將2個(gè)量程為 50 mm位移傳感器固定在基準(zhǔn)梁中部。靜載試驗(yàn)依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106—2014)[3](下文稱檢測(cè)規(guī)范)規(guī)定,加載過(guò)程按照慢速維持荷載法進(jìn)行。試樁Q-s、s-lgt曲線如圖2所示。

圖2 試樁Q-s及s-lgt曲線

SZ4#樁加載到第七級(jí)(3 040 kN)時(shí),沉降超過(guò)上級(jí)沉降5倍,總位移達(dá)到 89.03 mm且荷載無(wú)法維持停止加載。根據(jù)檢測(cè)規(guī)范[3]規(guī)定,SZC4樁取陡降型曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值(2 660 kN)為該樁的豎向抗壓極限承載力。

SZ5#樁加載到第五級(jí)(2 280 kN)時(shí),沉降超過(guò)上級(jí)沉降5倍,總位移達(dá)到 50.66 mm且荷載無(wú)法維持停止加載。根據(jù)檢測(cè)規(guī)范規(guī)定,取陡降型曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值(1 900 kN)為該樁的豎向抗壓極限承載力。

SZ6#樁加載到第七級(jí)(3 040 kN)時(shí),沉降超過(guò)上級(jí)沉降5倍,總位移達(dá)到 76.16 mm且荷載無(wú)法維持停止加載。根據(jù)檢測(cè)規(guī)范規(guī)定,取陡降型曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值(2 660 kN)為該樁的豎向抗壓極限承載力。

2.4 試樁后低應(yīng)變及孔內(nèi)攝像

(1)試樁后低應(yīng)變檢測(cè)情況

預(yù)制管樁抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果均未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)估值,故對(duì)靜載試驗(yàn)后的3根樁重新進(jìn)行低應(yīng)變驗(yàn)證。由于SZ4#樁已采用C30混凝土灌芯,灌芯長(zhǎng)度 3.0 m,影響低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果,低應(yīng)變檢測(cè)曲線為震蕩曲線無(wú)參考性。SZ5#、SZ6#樁低應(yīng)變信號(hào)未見(jiàn)缺陷反射波,未見(jiàn)明顯樁底反射波。低應(yīng)變曲線如圖3所示。

圖3 試樁后低應(yīng)變曲線

(2)試樁后孔內(nèi)攝像檢測(cè)情況

為了查明情況決定采用孔內(nèi)攝像技術(shù)再次對(duì)樁身完整性進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于滿足條件的SZ5#、SZ6#樁進(jìn)行了孔內(nèi)攝像檢測(cè)。情況如圖4～圖6所示。

圖4 接樁處孔內(nèi)攝像圖

圖5 樁身孔內(nèi)攝像圖

圖6 樁端孔內(nèi)攝像圖

通過(guò)圖4～圖6可看出,SZ5#、SZ6#樁在接樁位置環(huán)狀接縫、焊縫飽滿、密實(shí);在樁身其他部位存在豎向裂縫并延伸至樁端處,且在樁端處有泥漿析出。樁身完整性存在嚴(yán)重缺陷。

3 樁身完整性檢測(cè)分析及建議

3.1 低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的局限性分析

靜載試驗(yàn)前后進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果均顯示無(wú)缺陷反射波,且未見(jiàn)明顯樁底反射波。其原因如下:

(1)本次檢測(cè)的預(yù)制管樁為多節(jié)預(yù)制管樁且樁長(zhǎng)30.0～35.0 m,樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng);

(2)低應(yīng)變對(duì)空心樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí),其實(shí)際截面很小,長(zhǎng)徑比超過(guò)一定的數(shù)值反射波能量損失嚴(yán)重[2];

(3)本次檢測(cè)的預(yù)制管樁樁端在②-3中密(局部密實(shí))粉細(xì)砂,持力層阻抗同樁身阻抗接近。

(4)對(duì)于豎向裂縫低應(yīng)變無(wú)法檢測(cè)。

3.2 對(duì)孔內(nèi)攝像技術(shù)判定完整性類別的補(bǔ)充

《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)程》(DB32/T3916—2020)[4]以及《基樁孔內(nèi)攝像檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(CECS:2009)[2]中關(guān)于孔內(nèi)攝像技術(shù)部分均缺少缺陷判據(jù)分析的描述,無(wú)法判定樁身完整性類別。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015年版)》(GB50010-2010)[5]中混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別表以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)及最大裂縫寬度的限值表可知,南京地區(qū)環(huán)境類別屬于二b類,二b類環(huán)境類別的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制等級(jí)為二級(jí),即不允許出現(xiàn)裂縫?，F(xiàn)根據(jù)本次孔內(nèi)攝像技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015年版)》(GB50010—2010)[5]中相關(guān)規(guī)定,對(duì)預(yù)制管樁樁身完整性評(píng)判分類建議如表3所示。

表3 采用孔內(nèi)攝像技術(shù)對(duì)預(yù)制管樁樁身完整性評(píng)判

依據(jù)上述分類標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果,綜合判定SZ5#、SZ6#樁均為Ⅳ類樁。

4 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值估算

(1)根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(蘇G03—2012)[6]計(jì)算樁身材料極限抗壓值QuK3。

(2)根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[7]估算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值QuK4。

Quk4=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAP

式中,qsik為樁周第i層土的極限側(cè)阻力;qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;li為樁周第i層土的厚度;u為樁身周長(zhǎng);AP為樁端面積。

(3)結(jié)合施工壓樁力參數(shù),樁身材料確定單樁承載力極限值、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值如表4所示。

表4 管樁抗壓承載力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較表

4.2 設(shè)計(jì)單樁承載力無(wú)法滿足的原因分析

根據(jù)抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果分析,檢測(cè)結(jié)果無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,破壞類型為“刺入型”。在排除②-3層以及樁端影響范圍內(nèi)土質(zhì)軟弱、樁身質(zhì)量因素外,重點(diǎn)考慮方向?yàn)槌翗哆^(guò)程中,因局部密實(shí)砂性土難以貫入、壓力值偏大或壓樁速度過(guò)快使樁端受到極大的沖擊力。

(1)依據(jù)表1中雙橋靜探曲線,在②-3層頂部分布密實(shí)砂土(qc>10 MPa),地質(zhì)資料未對(duì)該層細(xì)分。經(jīng)了解施工過(guò)程,在該處壓樁力達(dá)約 5 200 kN,沉樁困難。

(2)第三節(jié)樁施工時(shí)采用中位主副壓缸同時(shí)工作,最大壓樁速度達(dá) 1.1 m/min,高于正常壓樁速度0.8～1.0 m/min。抱壓值12.0～15.0 MPa,偏高于經(jīng)驗(yàn)值8.0～10.0 MPa。

(3)在施工過(guò)程中,相同壓樁力,樁長(zhǎng)相差5.0 m,說(shuō)明存在持力層不均勻、密實(shí)砂層傾斜的可能性。

(4)由表4中可看出,壓樁力超過(guò)樁身材料破壞極限承載力1.18倍,壓樁力過(guò)大,可能造成樁身材料出現(xiàn)破壞。

(5)樁端為砂性土,在壓樁過(guò)程中因采用開(kāi)口管樁,在過(guò)快壓樁力下,管樁內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)超靜孔隙水,因土塞效應(yīng)孔隙水壓力不能及時(shí)釋放,對(duì)管樁側(cè)壁產(chǎn)生沖擊荷載,可能造成管樁端部產(chǎn)生裂縫甚至破壞。

(6)對(duì)于厚層砂性土且分布有難以穿越的堅(jiān)硬層,不適宜采用預(yù)制管樁施工工法。

5 結(jié) 論

(1)對(duì)于灌芯后的預(yù)制管樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè),檢測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,無(wú)參考性。

(2)對(duì)于預(yù)制管樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng),且持力層阻抗和樁身阻抗接近的樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)時(shí),會(huì)出現(xiàn)無(wú)明顯樁底反射信號(hào)現(xiàn)象。

(3)低應(yīng)變反射波法對(duì)于預(yù)制管樁豎向裂縫無(wú)法檢測(cè)、在焊接位置附近缺陷無(wú)法分辨等局限性,建議通過(guò)孔內(nèi)攝像技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

(4)提出孔內(nèi)攝像技術(shù)檢測(cè)預(yù)制管樁完整性評(píng)判分類建議表,對(duì)現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行了一定程度的補(bǔ)充。

(5)地質(zhì)資料應(yīng)深化對(duì)沉樁可行性分析深度,并注意優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)參數(shù),細(xì)分層位劃分;設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果合理調(diào)整樁長(zhǎng);施工依據(jù)設(shè)計(jì)提出的要求進(jìn)行施工,控制壓樁力。