基于測斜原理的樁身垂直度檢測方法

王丹， 樊家志， 林桂楷

(廣東華路交通科技有限公司， 廣東 廣州 510410)

近年來，采用先張法和離心成型法預制的空心圓柱狀預應力高強砼管樁以其施工速度快、樁身質(zhì)量高、單樁承載力高、能適應錘擊沉樁施工工藝等優(yōu)點而在地基加固處理中得到采用。預制樁的沉樁方法主要有錘擊法、靜力壓樁法和振動法，其中錘擊法和靜壓法因工藝成熟、成樁質(zhì)量好等優(yōu)點而得到廣泛應用，但這兩種沉樁方式因施工機械龐大、場地要求較高等給施工帶來極大不便。振動法沉樁具有施工機械小、便于移動等優(yōu)點，因而逐漸得到應用。但國內(nèi)對振動法沉樁的應用較少，且沉樁完成后樁身垂直度難以保證，容易造成樁體承載力不良、樁頂水平位移和樁身彎矩增大等問題，對成樁質(zhì)量檢測手段提出了更高的要求。

目前對管樁樁身垂直度檢測方法的研究較少，且檢測精度難以保證。吳濤等將孔斜測試技術引入管樁檢測，由于實際工程中管樁內(nèi)部不完全平滑，管樁制作過程中離心不均勻?qū)е鹿軜秲?nèi)部許多橫斷面不為規(guī)則圓面，測量過程中會由于管樁內(nèi)不規(guī)則平面對儀器產(chǎn)生擾動而導致測量精度不足。該文依托廣東省某改擴建項目，基于測斜原理，對7根振動法沉樁進行樁身垂直度檢測。

1 檢測裝置及原理

樁身垂直度檢測采用滑動式測斜儀，如圖1(a)所示，該檢測儀的基本組成為測頭、讀數(shù)儀、電纜和測斜管。它主要通過傳感探頭逐段測得測斜管軸線與基準線間的夾角，按照式(1)計算得到各測段測斜管上下導輪間沿某一方向的相對位移，最后逐段累加得到測斜管在不同深度位置的絕對偏移量[見圖1(b)]。

d為上下導輪間的相對位移；L為上下導輪間的距離；θi為第i段測斜管與基準線的夾角；Di為各測段水平位移之和

某一深度測段上下導輪間的相對位移為：

di=Lsinθi

(1)

式中：L=50 cm。

不同深度處的絕對位移為該測段以下各測段水平位移之和，即：

(2)

盡管測斜儀的測量精度可達0.01 mm，但測試結(jié)果可能受到零點偏置和測斜管制造與安裝中產(chǎn)生扭曲等儀器本身、人為因素和現(xiàn)場環(huán)境的影響，使測試結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，需采取措施盡可能減少或消除測試中可能出現(xiàn)的誤差。

對于零點偏置誤差，當滑動式測斜儀的測頭處于鉛錘狀態(tài)時，理論測值應嚴格為零。但在制造和使用中探頭受各種因素影響，其實際輸出并非為零，即出現(xiàn)零點偏置誤差。可通過對測斜管每個方向均采用正、反向測量的方法消除零點偏置誤差。具體而言，當出現(xiàn)零點偏置系統(tǒng)誤差時，假設測斜儀正向測量時輸出值為：

μ0=K0+csinθ

(3)

式中：μ0為正、反向測量讀數(shù)；K0為零點偏置誤差；c為儀器標定系數(shù)；θ為測斜管與基準線的夾角。

為消除K0的影響，試驗時將測斜探頭旋轉(zhuǎn)180°進行補測，則反向測量時輸出值為：

μ180=K0-csinθ

(4)

式中：μ180為反向測量讀數(shù)。

由式(3)、式(4)可知：同一探頭在正、反向測量時讀數(shù)不同，但零點偏置誤差K0一般為常數(shù)，則sinθi=(μ0-μ180)/(2c)，由此可消除K0的影響，提高測量精度。

對于測斜管的扭曲誤差，主要加強安裝中的技術指導，在下放過程中實時調(diào)整導槽方向，防止測斜管發(fā)生扭曲而產(chǎn)生扭曲誤差。此外，可采用多探頭來消除儀器誤差；對同一根樁，由多個工作人員多次重復測量，以減小人為誤差。

2 工程概況及測試方法

2.1 工程概況

廣東省某改擴建項目全長57.614 km，采用預制管樁處理軟基，振動法沉樁。共檢測沉入的7根預應力管樁。

測點處地基土分為4層：1) 人工填土，厚1.7 m；2) 粉質(zhì)黏土，厚3.3 m；3) 淤泥質(zhì)土，厚1.7 m；4) 卵石土，未揭穿。項目所用預制管樁樁長10 m，樁端插入卵石土中。

2.2 測試方法及要求

對7根預應力管樁樁身垂直度進行檢測。所檢測管樁樁長10 m左右，外徑300 mm，壁厚75 mm，內(nèi)徑150 mm。所用測斜裝置探頭長500 mm，測斜管外徑70 mm，壁厚5 mm，每節(jié)長度為2 m。

考慮到樁身內(nèi)徑較小，為使測斜管放入管樁后與樁體平行，設計一種測斜管套筒，套筒一側(cè)設置槽口，用于測斜管插入后在測斜管與樁體孔隙部位注漿，以防測量過程中擾動產(chǎn)生誤差。套筒外徑130 mm，內(nèi)徑72 mm，高100 mm；槽口寬30 mm，深14.5 mm(見圖2)。套筒設置于每節(jié)測斜管接口處并固定。

圖2 檢測中所用套筒

在每節(jié)測斜管外部套1～2個套筒，以保證測斜管與管樁平行，并多次注漿，直到管樁內(nèi)徑的水泥漿與管樁頂部平齊。由多個工作人員采用4套測斜儀器重復測量，且最終不同工作人員使用不同儀器測得的結(jié)果接近，以最大程度避免單一儀器測量產(chǎn)生的誤差。

3 測試結(jié)果及分析

分別以各樁樁頂中心為原點，x軸垂直于道路軸線，其正向指向路基外側(cè)；y軸平行于道路軸線，其正向指向大樁號方向。各樁樁身垂直度測量結(jié)果見表1。

表1 各樁樁身垂直度測量結(jié)果

各樁豎直方向位移見圖3。以各樁底部為固定點，從圖3可看出：各樁從底部向上均有不同程度水平位移，1#～4#樁整個樁身有明顯傾斜，5#～7#樁傾斜較小。以各樁頂部中心為圓心，各樁底部中心坐標見圖4。

圖3 各樁測斜曲線

圖4 各樁偏移量

所檢測7根預制樁沉樁完成后，樁身水平位移量分別為35.06、22.83、33.35、37.51、5.88、9.9、6.14 cm。1#～4#樁有明顯傾斜，5#～7#樁傾斜較小且較接近規(guī)范要求。所用檢測方法可檢測出樁身每一點的水平位移，且精度較高，是檢測預制管樁樁身垂直度的有效方法。

4 結(jié)語

預應力砼管樁的振動式沉樁具有施工簡便、施工機械小且移動方便等優(yōu)點，但缺乏切實可行的振動法沉樁質(zhì)量檢測評價方法與檢測標準。該文提出一種基于測斜原理的管樁垂直度檢測方法，并應用于廣東省某改擴建項目，對7根振動法沉樁進行樁身垂直度檢測，結(jié)果表明該方法簡單可行，可用于預制管樁樁身垂直度檢測。