改裝測(cè)斜儀在測(cè)試管樁垂直度中的應(yīng)用

周 曄，史烽迪，王繹棟，胡 斌

ZHOU Ye1，SHI Fengdi2，WANG Yidong1，HU Bin1

(1.浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 寧波315012;2.浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，浙江 舟山316000)

1 概 述

預(yù)應(yīng)力管樁因其承載力高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于基坑工程中作為工程樁使用。然而，抗剪性能低的缺點(diǎn)使得預(yù)應(yīng)力管樁在基坑工程施工中頻頻遭到破壞。為了有效地進(jìn)行管樁糾偏，必須準(zhǔn)確地測(cè)出管樁的實(shí)際垂直度。對(duì)于管樁垂直度的檢測(cè)，目前工程界存在諸多方法。其中有鄧業(yè)燦等［1］提出的基樁傾斜無(wú)損檢測(cè)方法;于秉坤等［2］提出的彈性波法;趙平等［3］提出的三角架法;吳濤［4］提出的孔斜測(cè)試方法。筆者在總結(jié)上述已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種改裝測(cè)斜儀測(cè)試管樁垂直度的方法。通過(guò)實(shí)踐證明，該方法能準(zhǔn)確并快速檢測(cè)管樁的垂直度。

2 儀器設(shè)備

改裝測(cè)斜儀是利用常規(guī)測(cè)斜儀使其外接可以讓其在管樁內(nèi)壁順利滑動(dòng)的導(dǎo)輪改裝而成(圖1)，其部件包括:(1)測(cè)斜儀;(2)三個(gè)專用導(dǎo)輪架。

圖1 改裝測(cè)斜儀零部件示意圖

3 測(cè)試原理

常規(guī)測(cè)斜儀通過(guò)探頭內(nèi)的傳感器可以直接測(cè)出測(cè)斜管與垂直線之間的夾角即測(cè)斜管的垂直度(圖2)。要讓測(cè)斜儀準(zhǔn)確地測(cè)出測(cè)斜管的傾斜角，必須做到以下兩點(diǎn):第一，測(cè)斜儀探頭在測(cè)孔內(nèi)必須與測(cè)孔深度方向保持平行，不能出現(xiàn)因重力因素產(chǎn)生的探頭與測(cè)孔深度方向不平行的情況;第二，要使測(cè)斜儀探頭在測(cè)孔內(nèi)時(shí)刻處于中心位置，探頭在測(cè)孔內(nèi)的姿態(tài)不能發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)或者偏斜等情況。常規(guī)測(cè)斜儀在使用時(shí)為了滿足以上兩個(gè)條件，配備了專用的測(cè)斜管(圖3)。但是作為測(cè)試對(duì)象的管樁與普通測(cè)斜管存在很大的區(qū)別。首先，管樁內(nèi)徑(一般大于300 mm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測(cè)斜管內(nèi)徑(51～76 mm)，測(cè)斜儀自身配置的導(dǎo)輪無(wú)法用于測(cè)試大口徑的管樁;其次，管樁內(nèi)壁沒(méi)有用于固定探頭方向的凹槽，要保持測(cè)斜儀探頭與管樁深度方向平行比較困難。

圖2 常規(guī)測(cè)斜儀測(cè)試原理

圖3 測(cè)斜管

我們改裝的測(cè)斜儀克服了以上提到的兩點(diǎn)困難，使測(cè)斜儀在管樁內(nèi)壁能順利地滑動(dòng)，且能夠準(zhǔn)確測(cè)量管樁變形。從圖4 中可以看出，改裝測(cè)斜儀沒(méi)有對(duì)原有測(cè)斜儀進(jìn)行破壞性改裝，只是在原有測(cè)斜儀外部加裝了適用于管樁傾斜測(cè)試的大導(dǎo)輪及外接支架。該支架內(nèi)部安裝了彈簧，這樣可以讓支架兩端的導(dǎo)輪適應(yīng)不同的管樁內(nèi)徑，且彈簧受壓縮后，朝向兩端的擠壓力使得導(dǎo)輪緊緊地貼住管樁內(nèi)壁從而使得導(dǎo)輪在水平面內(nèi)發(fā)生滑移的摩擦力大大增加，確保了導(dǎo)輪在滑入管樁后，儀器不會(huì)發(fā)生水平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)，這樣就等效于管樁內(nèi)壁有個(gè)定向的凹槽。在需要測(cè)試的方向配置兩對(duì)導(dǎo)輪，確保測(cè)斜儀進(jìn)入管樁后探頭的方向與管壁的方向平行。同時(shí)，為了測(cè)斜儀探頭在管樁內(nèi)不發(fā)生垂直測(cè)試方向的偏移，在測(cè)斜儀探頭中部加一對(duì)垂直測(cè)試方向的導(dǎo)輪，保證探頭進(jìn)入管樁后的姿態(tài)保持居中。

圖4 安裝完導(dǎo)輪架的測(cè)斜儀

4 測(cè)試流程

該測(cè)試方法需將管壁清洗干凈，且對(duì)樁長(zhǎng)有限制，對(duì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng)且存在接頭部位的管樁傾斜測(cè)試難度較大。

管樁傾斜測(cè)試前要求對(duì)測(cè)試管樁進(jìn)行內(nèi)壁清洗，將管樁內(nèi)壁粘附的泥皮清洗干凈，同時(shí)將積水抽出，在管樁口用紅色油漆標(biāo)繪方向(圖5)。將管樁傾斜專用測(cè)試導(dǎo)輪安裝在測(cè)斜儀上，導(dǎo)輪共有3 個(gè)，3 個(gè)導(dǎo)輪沿著測(cè)斜儀探頭分上中下三個(gè)部位進(jìn)行安裝，安裝時(shí)需要注意的是最上一個(gè)導(dǎo)輪安裝方向要與測(cè)斜儀上導(dǎo)輪方向嚴(yán)格一致，中間一個(gè)導(dǎo)輪與上導(dǎo)輪方向保持90°垂直，最下一個(gè)導(dǎo)輪安裝方向要與測(cè)斜儀下導(dǎo)輪方向嚴(yán)格一致。導(dǎo)輪安裝到位后，旋緊導(dǎo)輪外側(cè)螺絲，使導(dǎo)輪與測(cè)斜儀連接牢固。

管樁的傾斜方向是任意的，所以為了測(cè)出管樁的具體傾斜方向，需要對(duì)管樁沿東西及南北兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)矢量疊加，算出管樁的具體傾斜方向。

測(cè)試時(shí)，將導(dǎo)輪彈簧壓縮，使探頭可以與管樁內(nèi)壁保持平行狀態(tài)滑入管樁，待儀器滑至管樁最底部時(shí)，靜置15 min，使得儀器內(nèi)晶片溫度與環(huán)境溫度保持一致。在管樁頂部放置一根木條，盡量使木條的一條邊位于管樁直徑位置(圖7)，使儀器線纜對(duì)準(zhǔn)木條中心位置，自下而上每隔500 mm 向上拉線讀數(shù)，待一個(gè)方向測(cè)試完成后再測(cè)試另外一個(gè)方向，測(cè)試過(guò)程中必須待測(cè)斜儀測(cè)讀儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定了再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄。

圖5 在管樁口用紅色油漆標(biāo)繪方向

圖6 安裝測(cè)斜儀導(dǎo)輪架

圖7 管樁頂部放置一根木條

5 應(yīng)用實(shí)例

某工程基坑施工過(guò)程中出現(xiàn)了部分管樁傾斜的問(wèn)題，糾偏前先對(duì)管樁的垂直度進(jìn)行測(cè)試，篩選出需要糾偏的管樁，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的糾偏，再對(duì)糾偏后的管樁進(jìn)行測(cè)試，如此反復(fù)直到測(cè)試結(jié)果滿足0.5%的垂直度［5］要求。

以其中一根管樁為例，這根管樁取6 m 為測(cè)試深度，測(cè)試結(jié)果見圖8、圖9。從圖中可以看出這根管樁的第一次測(cè)試結(jié)果顯示其管口存在向北170 mm 的偏移及向西55.3 mm 的偏移，進(jìn)行兩個(gè)方向的矢量疊加，計(jì)算出該管樁向西北傾斜2.9%，超過(guò)了規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)糾偏，對(duì)其進(jìn)行第二次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示其向東北傾斜0.7%，垂直度較第一次有明顯好轉(zhuǎn)，但尚有輕微的超限。經(jīng)過(guò)二次糾偏，該管樁垂直度為向東南傾斜0.36%，達(dá)到了國(guó)家規(guī)范要求。

圖8 管樁正北方向的傾斜曲線

圖9 管樁正東方向的傾斜曲線

6 結(jié) 語(yǔ)

改裝測(cè)斜儀使得快速準(zhǔn)確的檢測(cè)管樁垂直度成為可能，并能為管樁糾偏提供及時(shí)有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)，使得糾偏工作更加科學(xué)有效。

［1]鄧業(yè)燦，林維芳，李毅臻，等.基樁傾斜彈性波檢測(cè)機(jī)理［J］.物探與化探，2007(2):186 -188.

［2]于秉坤，齊武郎.利用彈性波測(cè)算樁斜的一種方法［J］.工程勘察，1998(4):32 -34.

［3]趙平，劉立志，胡君，等.預(yù)應(yīng)力管樁樁身垂直度檢測(cè)的一種方法［J］.資源環(huán)境與工程，2009(6):818 -819.

［4]吳濤，于林玉.孔斜測(cè)試技術(shù)在管樁檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.建筑施工，2009(4):253 -255.

［5]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)工業(yè)出版社，2008.