PHC管樁接樁質量的一種檢測方法

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

1 引言

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，預應力混凝土管樁的應用越來越廣泛，其優(yōu)點是樁身質量好，自身強度大，穿透能力強，耐打性好，施工周期短，對環(huán)境影響少，造價低；其缺點也非常明顯，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，使得接樁質量差的接樁處拉裂，甚至完全斷裂；還有側向擠土作用使樁產生偏位，很容易造成嚴重的工程事故。

對于多節(jié)管樁的普查，目前采用低應變反射波法，低應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；對缺陷性質以及對承載力影響程度無法評價。

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

2 工程背景簡介

本工程為15層核心筒結構，基坑深度達負10米，基樁為PHC600AB130-12,12的預應力高強管樁，樁端持力層為8號粉土夾粉砂層，設計單樁豎向抗壓極限承載力6700kN，采用靜壓沉樁，在樁長范圍內地質情況見表1。

樁基施工完開挖后，坑內管樁普遍出現(xiàn)上浮，采用低應變檢測發(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、設計等均要求進一步擴大檢測。在基礎工程已全面開挖，基坑深度達負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《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2003[2]。

3.2 檢測儀器和步驟

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

表1 工程地質分層表

1)錘擊裝置由質量均勻、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)貫入度量測設備利用相鄰樁做基準樁，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

錘擊貫入與高應變結合法，以貫入度分析為主，Qd-ΣSd趨勢分析和高應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；如果量值遠大于標準值，說明承載力存在問題。

圖1 高應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到極限。

3)高應變曲線分析：逐步提高錘擊高度，根據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6700kN，與勘察、設計數(shù)據比較吻合。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果具有代表性。本次擴大試驗先進行66#、79#樁的靜動對比，并以此作為已知條件，進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，承載能力已達極限，與靜載試驗數(shù)據吻合。經與勘察資料校核，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系作依據進行分析。

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《建筑基樁檢測技術規(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到極限。現(xiàn)根據分析情況，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 高應變F-ZV曲線分析

本次試驗中，根據采集到的速度波，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。這正是低應變檢測中未能提供樁的全部信息的原因所在，也是低應變檢測技術有待進一步完善之處。

而高應變錘擊貫入法根據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，僅有側摩阻力發(fā)揮作用；加大錘擊能量，當落錘高度為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為上節(jié)樁的樁底處，無法達到“下節(jié)樁”。從上述情況可以發(fā)現(xiàn)一個問題，對于高應變檢測，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，與靜載結果相吻合，亦能從實測貫入度偏大這一點得到驗證。可見，此次采用的高應變錘擊貫入法與傳統(tǒng)高應變法相比較，具有“盲打”的優(yōu)點，即在樁長未知的情況下，通過以上分析，得出正確的結論。

2) 存在明顯接樁縫隙，有閉合趨勢的樁

結合錘擊高度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)域為樁側阻力；加大錘擊能量，當落錘高度為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，綜合判定結果見表2。

5 結 語

根據以上分析結論，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，應采取補樁措施。通過上述分類處理后，該樁基工程質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，高應變錘擊貫入法具有以下優(yōu)點：

1)盲打效果好，即在無法得知準確的檢測參數(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)樁準確復位，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，費用較低，且可作為一定范圍內的樁基質量普查。

3)相比低應變試驗，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，分析結果的準確性大大提高。

4)相比高應變試驗，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，高應變常采用速度進行積分得到貫入度，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，應當引起重視，基于低應變法檢測的局限性，宜采用本文所述檢測方法做進一步探究，避免留下工程隱患。

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

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