缺陷管樁的處理措施及其在靜載試驗的反應

盧陽明 余呈水 陳秀輝 鄭思偉 鄭少輝

(1.福建省建筑科學研究院 福建福州 350025； 2.福建省綠色建筑技術重點實驗室 福建福州 350025)

缺陷管樁的處理措施及其在靜載試驗的反應

盧陽明1,2余呈水1,2陳秀輝1,2鄭思偉1,2鄭少輝1,2

(1.福建省建筑科學研究院 福建福州 350025； 2.福建省綠色建筑技術重點實驗室 福建福州 350025)

介紹了低應變的基本理論和缺陷PHC管樁的幾種常見反射特征和處理措施，分析了特殊的樁頭輕微缺陷管樁的低應變曲線和靜載試驗的特征。以福州市某新建商業(yè)大樓項目管樁基礎為背景，在單樁豎向靜載試驗前，采用低應變法檢測PHC管樁的完整性。而后，針對試樁1中出現(xiàn)的樁頭輕微缺陷(II類)，通過靜載試驗分析樁頭輕微缺陷(II類)對承載力和沉降量的影響。試驗結果表明，對于PHC管樁，樁頭輕微缺陷會使得沉降量加大但不至于破壞。為了工程安全，應對樁頭輕微缺陷(II類)的管樁進行加固處理。

樁頭缺陷；沉降量；PHC管樁；靜載試驗

0 引言

檢測混凝土樁身完整性的主要方法是低應變法，其廣泛應用于判定樁身缺陷的程度、類型及位置。PHC管樁成樁常用錘擊和靜壓兩種方法，在壓樁、砍樁以及施工過程中，樁身可能會產(chǎn)生裂縫。樁裂縫的存在會破壞樁身完整性，并導致樁基承載力降低和沉降量增大，而且地下水通過裂縫滲入，會對內(nèi)部鋼筋造成腐蝕[1]。本文擬對工程中出現(xiàn)的樁頭輕微缺陷的這一特點，研究樁頭輕微缺陷(II類)對管樁的承載力和沉降量產(chǎn)生的影響。

1 低應變理論與方法和靜載試驗破壞模式

1.1 低應變理論

采用一維波動理論對樁基完整性進行判定是低應變法的理論基礎，假定樁材質均勻、截面不變。

一維波動公式[2]：

(1)

式中：u為受軸向力F作用下，沿樁軸向產(chǎn)生位移；t為傳播時間；x為樁軸x軸；彈性模量為E，質量密度為ρ。

式中：y為傳感器安裝點至樁身缺陷處的距離；c為樁身波速；Δf′為幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差。

1.2 信號采集方法

對于PHC管樁，激振點和傳感器安裝點為管樁壁厚的1/2處，激振點和傳感器安裝點與樁中心連線形成的夾角為90°，波速取值根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗和混凝土強度等級確定[2]。

1.3 低應變法在PHC管樁中的幾種反射

(1)樁頭淺部反射

淺部缺陷具有低頻大擺動的特點，對工程而言，淺部缺陷最容易處理，而從測試原理上講，淺部缺陷的發(fā)現(xiàn)相對于深部缺陷容易些，但是很難準確定位出淺部缺陷的深度，要將缺陷位置定位誤差控制在一個很小范圍內(nèi)的要求未必現(xiàn)實。因此能夠找到淺部缺陷才是解決樁質量問題的關鍵[2]。

(2)接樁點反射

低應變法依據(jù)一維應力波理論和平截面的假定，沿樁身向下傳播的應力波，當波阻抗發(fā)生變化時將產(chǎn)生反射波，該反射波是判斷樁身缺陷的依據(jù)之一。接樁點處的缺陷應區(qū)別對待，管樁接頭位置一般采用手工電弧焊焊接，焊接質量不僅關系到樁基承載力，還涉及到波阻抗。焊接接頭是否良好閉合會發(fā)生波阻抗的變化導致應力波發(fā)生反射。

(3)樁底反射

如果采用低應變法測樁底反射，則樁身上部的缺陷一般不屬于嚴重的缺陷。樁身無缺陷或有輕微缺陷，也經(jīng)常無樁底反射。低應變法測不到樁底反射信號這類情形受多種因素影響。

(4)樁身其他部位的反射

樁身其他部位缺陷一般由于管樁質量或管樁成樁過程引起的，缺陷出現(xiàn)部位較淺時，有明顯的反射信號。缺陷出現(xiàn)部位較深，樁側土阻力較強，此時，低應變法無能為力。

1.4 造成樁身輕微缺陷的因素

造成樁身輕微缺陷的主要因素有以下4個方面[3]，在進行單樁豎向抗壓靜載試驗試時應引起注意，務必在靜載試驗前，進行樁身完整性檢測。

(1)樁身制作或運輸引起的樁身裂紋或裂縫。

(2)管樁成樁過程中，錘擊或者靜壓應力集中引起樁身裂縫。

(3)砍掉多余樁長過程中引起的裂縫。

(4)施工過程中大型機械經(jīng)過樁頭引起的樁頭裂縫。

1.5 靜載試驗的破壞模式

樁身結構強度破壞和地基土的強度破壞是靜載試驗破壞的兩種模式。樁身結構強度破壞通常是由于樁身缺陷或者荷載過大超出樁身所能承受的荷載造成樁身強度破壞，地基土強度破壞與地基土的性質密切相關。對于單樁豎向抗壓靜載試驗來說，土對樁的抗力分為樁側阻力和樁端阻力。

2 缺陷管樁的常見處理方法

在管樁預制和施工過程中，由于制樁質量、運輸過程、地理環(huán)境、成樁機械設備及人為因素等原因，難免在施工前和施工后中出現(xiàn)一些缺陷樁現(xiàn)象。一旦管樁出現(xiàn)缺陷，不同缺陷程度有不同的加固處理方法，同時顧及整個工程的經(jīng)濟效益。缺陷管樁處理常用方法有淺部接樁、補樁、鋼筋混凝土灌芯、打入鋼護筒挖洞處理等。

2.1 淺部接樁

如果缺陷位置位于樁頂下一定范圍內(nèi)(5m以內(nèi))且水位線以上，可采用明挖接樁的方法，此方法適合在地質情況良好不易塌方、地下水位較低的淺部采用。對于樁身淺部缺陷，可將缺陷處至樁頂?shù)牟课昏彸娩摻畈逍荆儆猛瑯颂柣蛱岣咭粋€標號的鋼筋混凝土接樁，如圖1-①所示。

淺部缺陷的處理，一般進行淺部開挖，找到缺陷部位后進行砍樁，把缺陷部位以上的樁身截除，重新焊接鋼筋籠后澆筑混凝土。處理時一定要注意新舊混凝土結合面的質量，不能形成新的缺陷。但在接樁前需對以下樁身再次檢測，確定樁身質量。

2.2 補樁

伴隨著社會民眾生活質量的不斷提升，廣大孕婦對孕期營養(yǎng)狀況予以了充分的關注度，但受孕婦活動量不足的影響，也加劇了孕期營養(yǎng)過剩問題的產(chǎn)生，增加了難產(chǎn)和巨大兒等不良妊娠結局的發(fā)生幾率。受孕婦營養(yǎng)攝入過量、運動缺乏和孕期躁動的影響，使得孕婦極容易產(chǎn)生焦慮和抑郁心理，這也推動了其血糖水平的上升[1]。若孕婦的血糖水平超出標準范圍，則其發(fā)生早產(chǎn)、流產(chǎn)的幾率會大大增加，極容易對自身和胎兒的生命健康形成威脅。目前，現(xiàn)階段，臨床通常將控制血糖水平作為防控妊娠糖尿病高危孕婦發(fā)生不良結局的重要途徑。基于此，該研究主要分析了實施綜合管理改善妊娠糖尿病高危孕婦妊娠結局的影響，現(xiàn)總結如下。

對于缺陷部位較深且缺陷嚴重的管樁，而客觀條件下又不能采取其他處理方法，為不留下安全隱患，可采用在廢樁旁邊補樁的方法。在施工過程中及時發(fā)現(xiàn)和檢測出的斷樁，采取及時補樁，在原位旁邊重新補一根新樁，做到徹底處理。在施工過程中此種方法效果好、難度小、周期短、成本低，補樁數(shù)量和位置可根據(jù)工程的重要性、地質條件、缺陷數(shù)量、荷載方式和設計要求等因素綜合選擇采用，如圖1-②所示。

2.3 鋼筋混凝土灌芯

對于樁身存在明顯缺陷反射波或缺陷部位深度較大但缺陷不嚴重，由于管樁成樁結束不能采取其他處理方法，如果采用補樁方法，為了一兩根打樁機重新進場顯然經(jīng)濟和施工條件都不滿足，為不留下隱患，可采用在缺陷管樁中灌芯的方法。根據(jù)低應變法所確定的缺陷位置進行插入鋼筋籠和灌入混凝土，如圖1-③所示。

2.4 打入鋼護筒挖洞處理

鋼護筒挖洞處理的主要施工方法是：用打樁機將鋼護筒打入，將鋼護筒套入斷樁處以下1m，人工挖掘清理樁身周圍和護筒間的樁周土,挖到缺陷部位，將缺陷部位砍掉，處理時一定要注意新舊混凝土結合面的質量，不能形成新的缺陷。但在接樁前需對以下樁身再次檢測，確定樁身質量，將鋼筋籠、筒底和護筒壁清洗干凈，澆注混凝土如圖1-④所示。

圖1 不同缺陷管樁處理方法

3 工程實例

3.1 工程簡況

福州某商業(yè)樓上部結構為15層框架剪力墻結構，樁基采用錘擊PHC管樁，混凝土強度等級C80，樁長21.85m～40.15m，設計樁端持力層④中砂層，單樁豎向抗壓承載力特征值2 300kN，單樁豎向抗壓極限承載力為4 600kN。

3.2 地層分布

根據(jù)地勘鉆孔揭示，各土層自上而下：

3.3 檢測儀器

儀器采用單通道基樁動測儀(LPT-E)，其中加速度計(Type:608All,SN:LW161452)；時間分辨力0.01ms；系統(tǒng)噪聲電壓：1.0mV；波速：4 200m/s；單通道A1采樣頻率：48kHz,靈敏度(mV/g):100；信號激勵：尼龍錘；傳感器與樁頂耦合采用潤滑脂。

3.4 缺陷樁在低應變中的表現(xiàn)

試樁1樁長38.50m，樁徑500mm，經(jīng)過砍樁后進行低應變試驗，信號采集曲線示意圖如圖2所示。

圖2 傳感器和敲擊點布置圖

圖3 試樁1不同方向低應變曲線

從實測波形圖3可以看出，樁不同方向的低應變曲線差別較大，應綜合分析才能判斷樁身缺陷類型。但4條曲線共同點為首波尚未完成，就見缺陷處反射波疊加其上，有一個微小的凸起，且都有柱底反射波。經(jīng)開挖證實，樁頭完整，肉眼看不出有任何明顯裂縫。根據(jù)規(guī)范判斷為樁頭輕微缺陷的II類樁，缺陷位置大概在1.01m～1.78m附近。

3.5 缺陷樁在靜載試驗中的表現(xiàn)

試樁1單樁豎向抗壓極限承載力為4 600kN，在進行靜載荷試驗時，當荷載加至最大級4 600kN時，沉降呈緩變型，每級荷載作用下隨著時間推移都能穩(wěn)定，且未出現(xiàn)位移突然增大、樁頭破壞性爆裂和樁頂突然下沉，出現(xiàn)沉降驟然增大的情況，但是每級沉降量較大，如圖4所示。

圖4 試樁1靜載試驗s-lgt曲線

靜載試驗后，查看樁頭情況，發(fā)現(xiàn)距樁頂1m附近出現(xiàn)裂縫，并有樁頭側面混凝土剝落現(xiàn)象，但是沒有出現(xiàn)整個樁頭破碎。而后又經(jīng)施工過程開挖驗證，在距樁頂1.50m處出現(xiàn)明顯裂縫，并且裂縫向樁頂變大且向樁頂擴展，如圖5所示。

圖5 試樁1靜載試驗后樁頭

分析:該樁為預應力混凝土管樁，由于截去了一段，樁身預應力損失和失去了原法蘭盤的保護，以及缺少樁側土側向阻力和樁頭輕微缺陷的影響，施加的荷載超過了樁頭混凝土所能承受的壓力，樁側混凝土出現(xiàn)破碎和裂縫擴大，造成沉降過大和樁頭破壞的現(xiàn)象，假如繼續(xù)加大荷載則會造成樁頭整體破碎。

該工程總共進行10根單樁豎向靜載試驗，分別是試樁1-10，靜載試驗的Q-s曲線，如圖6所示。從圖6可以看出10根試樁，均呈緩變型，當加載到4 600kN，均未出現(xiàn)突然的向下轉折段。試樁1-10的單樁極限承載力均滿足設計要求，但試樁1的最大沉降量和殘余沉降量均大于其他試樁。試樁1的最大沉降量和殘余沉降量分別為31.06mm和6.54mm，試樁2-10的最大沉降量和殘余沉降量平均值分別為12.29mm和2.43mm。

圖6 試樁1-10的Q-S曲線

試驗結果表明樁頭輕微缺陷對管樁影響較大，雖然樁身缺陷II類的樁不需要進行特殊的加固處理，驗收也能通過，但是對于樁頭輕微缺陷(II類)應該進行加固處理增加安全系數(shù)和減少不均勻沉降。

4 結論

單樁靜載荷試驗前應該首先進行樁身完整檢測，一般情況，只有樁身完整的樁進行靜載荷試驗，其數(shù)據(jù)才可作為設計依據(jù)。低應變法試驗應檢測樁身不同方向的完整性，綜合分析判斷缺陷類型。試驗結果表明預應力混凝土管樁樁頭輕微缺陷會使沉降量加大但不至于破壞，為了上部結構安全和減少不均勻沉降應進行樁頭加固處理，才能提高安全系數(shù)，更好地保證工程質量。

[1] 劉忠友.PHC管樁裂縫分析及處理方法[J].水運工程,2008(6):133-136．

[2] 陳凡,徐天平,陳久照，等.基樁質量檢測技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[3] 訾平華.淺析幾種缺陷樁在靜載試驗中的表現(xiàn)[J].鐵道勘察,2013,(01):30-33.

Treatment Measures and Static Load Test Reaction of Defective Pipe

LUYangming1,2YUChengshui1,2CHENXiuhui1,2ZHENGSiwei1,2ZHENGShaohui1,2

(1.Fujian Academy of Building Research, Fuzhou 350025; 2.Fujian Key Laboratory of Green Building Technology, Fuzhou 350025)

This paper briefly introduces the basic theory of low strain testing methold and reflection characteristics and treatment measures of several common defective pile.The characteristics of low strain curve and static load test of head slight defect pipe are analyzed.Based on the pile foundation of a new commercial building project in Fuzhou, the integrity of the PHC pipe pile was first tested by using the low strain method before the vertical static loading test.Then, the influence of the slight defect (II) on the bearing capacity and settlement of the pile head was analyzed by the static loading test.The results show that the slight defect of the pile head can result in increasing the settlement.Therefore, in order to ensure the safety of the project, the pipe pile with slight defect of pile head (II) should be reinforced.

Pile head defect; Settlement; PHC pile; Static load test

盧陽明(1989.9- )，男，助理工程師。

E-mail:869213160@qq.com

2017-03-14

TU473

A

1004-6135(2017)07-0119-04