預(yù)應(yīng)力管樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)典型實(shí)測(cè)曲線(xiàn)分析

尹楊特

(東莞市建設(shè)工程檢測(cè)中心，廣東東莞523000)

預(yù)應(yīng)力管樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)典型實(shí)測(cè)曲線(xiàn)分析

尹楊特

(東莞市建設(shè)工程檢測(cè)中心，廣東東莞523000)

預(yù)應(yīng)力管樁由于單樁承載力較高、成樁質(zhì)量較可靠、且施工速度快工效高工期短的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)過(guò)程中一些曲線(xiàn)的歸納，將預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類(lèi)與概括。文中重點(diǎn)分析了預(yù)應(yīng)力管樁樁基礎(chǔ)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題引起的原因，并聯(lián)系實(shí)際工程提出了一些解決方案和避免的方法。

預(yù)應(yīng)力管樁；高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)；承載力

由于預(yù)應(yīng)力管樁單樁承載力較高、成樁質(zhì)量較可靠、且施工速度快工效高工期短，目前被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)與民用建筑的樁基礎(chǔ)中。筆者所處的東莞市地處廣東省南部，地貌以丘陵臺(tái)地、沖積平原為主，預(yù)應(yīng)力管樁被廣泛應(yīng)用于全市范圍。由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各類(lèi)建筑大量興建，每年樁基高應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量近萬(wàn)根。在樁基礎(chǔ)的承載力檢測(cè)方法中，基樁高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法與靜載法相比具有費(fèi)用相對(duì)低廉、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法與其他各類(lèi)檢測(cè)方法互相補(bǔ)充，在本市的樁基質(zhì)量控制方面發(fā)揮了重要作用。文中選取了檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的幾種典型的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行分析。

1 高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)原理

高應(yīng)變動(dòng)力試樁法是一種給樁頂施加較高能量的沖擊脈沖，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過(guò)程中使樁-土之間產(chǎn)生一定的永久位移，從而自上而下依次激發(fā)樁側(cè)及樁端的巖土阻力的一種動(dòng)力檢測(cè)基樁承載力的方法。高應(yīng)變法廣義上包含了錘擊貫入法、波動(dòng)方程法和靜動(dòng)法。國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的是CASE法和實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法。CASE法和實(shí)測(cè)虛線(xiàn)擬合法是對(duì)同一分析對(duì)象——通過(guò)在樁上部離開(kāi)一段距離的樁身兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝的加速度計(jì)和力傳感器，測(cè)得該處樁身橫截面的力和運(yùn)動(dòng)速度的時(shí)程曲線(xiàn)，采用不同的數(shù)理模型、不同的計(jì)算方法進(jìn)行分析處理。

具體到實(shí)測(cè)曲線(xiàn)來(lái)說(shuō)，在F-ZV圖中凡是下行波都將使兩條曲線(xiàn)同向平移，原有距離保持不變，凡是上行波都將使兩條曲線(xiàn)反向平移，互相靠攏或互相分離。F-ZV圖中兩條曲線(xiàn)的的相對(duì)移動(dòng)直接反映了上行波的作用。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)包含了樁身阻抗的變化所產(chǎn)生的應(yīng)力波與土阻力所產(chǎn)生的應(yīng)力波兩者的信息。樁身阻抗增大或者土阻力向上則產(chǎn)生上行的壓力波，在到達(dá)檢測(cè)截面時(shí)將引起力值的增大和速度值的減小，曲線(xiàn)表現(xiàn)為力曲線(xiàn)上升、速度曲線(xiàn)下移；反之，樁身阻抗減小或者土阻力向下則產(chǎn)生上行的拉力波，在到達(dá)檢測(cè)截面時(shí)將引起力值的減小和速度值的增大，曲線(xiàn)表現(xiàn)為力曲線(xiàn)下移、速度曲線(xiàn)上移。下文以具體工程實(shí)例來(lái)分別說(shuō)明。

2 各典型實(shí)測(cè)曲線(xiàn)分析

在沖擊脈沖作用的最開(kāi)始階段，只有下行壓力波，F(xiàn)與ZV曲線(xiàn)重合，同時(shí)起跳同時(shí)達(dá)到最高峰。

2.1 樁身完整，承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，按阻力類(lèi)型來(lái)區(qū)分

2.1.1 承載力由樁側(cè)阻力與端阻力共同提供

如圖1所示，某工程39#基樁，樁徑500 mm，設(shè)計(jì)承載力特征值2000 KN，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖層，高應(yīng)變檢測(cè)承載力4448 KN。樁側(cè)土總阻力3953 KN，樁端土阻力495 KN。樁側(cè)各分段土阻力分布較均勻。此類(lèi)基樁與上述端承型基樁區(qū)別在于樁側(cè)存在一定土阻力，實(shí)測(cè)曲線(xiàn)特征表現(xiàn)為F與ZV曲線(xiàn)達(dá)到峰值后就產(chǎn)生分離，隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)與ZV曲線(xiàn)分離越來(lái)越大，并在2L/C時(shí)刻前后達(dá)到最大值?；鶚冻休d力由樁側(cè)土阻力與樁端土阻力共同提供，為摩擦端承型樁。

圖1 承載力則側(cè)阻與端阻共同提供的樁

2.1.2 承載力以樁端阻力為主

如圖2所示，某工程ZA406#基樁，樁徑400 mm，高應(yīng)變檢測(cè)承載力1284.6 KN。樁身上部各分段土阻力幾乎為0，承載力由樁底端承力及靠近樁底附近分段的土阻力提供。此類(lèi)基樁樁側(cè)土阻力相對(duì)較小，只有在靠近樁底附近時(shí)存在強(qiáng)烈的土阻力，基樁承載力絕大部分由樁端提供。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)特征表現(xiàn)為F與ZV曲線(xiàn)達(dá)到峰值后并不會(huì)馬上分離，而是隨著時(shí)間的推移，在2L/C時(shí)刻前后才產(chǎn)生明顯的分離，F(xiàn)曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯的上移，ZV曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯的反向反射。樁底與持力層接觸良好，基本無(wú)間隙，且持力層強(qiáng)度較高。預(yù)應(yīng)力管樁一般為擠土樁，樁端擠壓樁底土，引起樁端土體的擠密并使作用在樁身下部的法向應(yīng)力增加，根據(jù)土體的變形特性，在高圍壓下，土體一般表現(xiàn)為硬化型。樁下端附近土體的剛度隨著打樁過(guò)程不斷強(qiáng)化，而最終導(dǎo)致靠近樁底附近的側(cè)阻力的增加。

圖2 承載力以端阻力為主的樁

2.1.3 承載力由樁側(cè)阻力提供

對(duì)于某些巖層埋置很深，達(dá)到幾十米甚至上百米的地區(qū)，由樁側(cè)提供的土阻力已經(jīng)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的情況下，無(wú)需將樁底打至硬質(zhì)巖層。此時(shí)樁為純摩擦樁，承載力全部由樁側(cè)土阻力提供，F(xiàn)與ZV曲線(xiàn)在達(dá)到峰值后迅速開(kāi)始拉開(kāi)，ZV曲線(xiàn)下移，在沖擊脈沖達(dá)到樁底時(shí)F曲線(xiàn)出現(xiàn)反向反射，對(duì)應(yīng)位置的ZV曲線(xiàn)有較大的正向反射。由于東莞地區(qū)的巖層深度基本在40 m以?xún)?nèi)，故缺乏此類(lèi)樁的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)。

2.2 樁身存在缺陷，按缺陷部位來(lái)分

2.2.1 樁身中段一般缺陷

如圖3所示，某工程128#基樁，樁徑500 mm，設(shè)計(jì)承載力特征值800 KN，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層，高應(yīng)變檢測(cè)承載力2169 KN，此樁在10 m處存在輕微缺陷。此類(lèi)樁身存在缺陷，但是缺陷程度不是特別嚴(yán)重。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)在缺陷位置同樣會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上行拉力波，在2x/c時(shí)刻(此時(shí)x為10 m)，ZV曲線(xiàn)有微小的上移，呈同向反射的狀態(tài)。由于缺陷程度不嚴(yán)重，沖擊脈沖的波前區(qū)能使缺陷處接縫閉合，后續(xù)脈沖將全部透過(guò)缺陷截面。下行壓力波的能量絕大部分透過(guò)接縫向下端樁身傳播，只有少許被缺陷截面反射，故仍然可以在一定程度上判定樁底承載力。

圖3 樁身存在一般缺陷的樁

2.2.2 樁身中段嚴(yán)重缺陷

如圖4所示，某工程826#基樁，樁徑500 mm，設(shè)計(jì)承載力特征值1200 KN，樁端持力層為礫砂或強(qiáng)風(fēng)化混合巖，經(jīng)檢測(cè)判別12 m處存在嚴(yán)重缺陷，配樁為13+13 m。此類(lèi)基樁由于在樁身出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，導(dǎo)致下行壓力波在缺陷截面處無(wú)法向下段樁身傳播，并在此截面產(chǎn)生上行的拉力波。設(shè)缺陷深度為x，則在2x/c時(shí)刻，曲線(xiàn)表現(xiàn)為F曲線(xiàn)相對(duì)減小，ZV曲線(xiàn)出現(xiàn)非常明顯的增大。此時(shí)，樁的承載力很可能受樁身結(jié)構(gòu)承載力控制，而高應(yīng)變法難以評(píng)估樁身結(jié)構(gòu)破壞的荷載大小，如需得出確切的基樁承載力則需另做靜載試驗(yàn)方可確定。

出現(xiàn)此類(lèi)嚴(yán)重缺陷的有可能是以下幾個(gè)原因：1)焊接質(zhì)量差，未嚴(yán)格按照施焊要求連續(xù)飽滿(mǎn)或未冷卻足夠的時(shí)間，在打樁過(guò)程中導(dǎo)致焊口脫開(kāi)；2)穿過(guò)局部硬夾層時(shí)在壓應(yīng)力較集中或樁身質(zhì)量稍差的部位出現(xiàn)樁身破壞；3)由于擠土效應(yīng)，土體水平擠壓使前期基樁側(cè)向受彎在薄弱處產(chǎn)生破壞；4)打樁過(guò)程中樁錘選擇不當(dāng)，導(dǎo)致樁身疲勞破壞；5)設(shè)計(jì)有地下室，開(kāi)挖基坑到設(shè)計(jì)標(biāo)高處存在軟弱土層時(shí)，機(jī)械或周?chē)馏w堆載不合理導(dǎo)致土體移動(dòng)樁被擠斷。在樁基施工過(guò)程中應(yīng)注意避免以上幾種情況發(fā)生，對(duì)不可避免的情況應(yīng)該合理選擇施工工藝保證基樁質(zhì)量，如存在硬夾層時(shí)采用密錘輕打，對(duì)于某些特殊地質(zhì)情況下可以采取先引孔再沉樁；對(duì)于樁數(shù)較多的多樁承臺(tái)，合理安排沉樁順序，控制沉樁速率減少擠土效應(yīng)的影響；開(kāi)挖基坑時(shí)采取有效措施防止樁被施工機(jī)械或周?chē)演d擠斷。

2.2.3 樁底缺陷

如圖5所示，某工程21-16#基樁，設(shè)計(jì)承載力特征值1000 KN，樁徑400 mm，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，此類(lèi)基樁在樁底處存在缺陷。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)中，ZV曲線(xiàn)在2L/c時(shí)刻明顯上移，存在明顯的同向反射。下行壓力波到達(dá)樁底時(shí)，由于樁底或者持力層存在缺陷即阻抗降低，壓力波在此處反射為上行拉力波，F(xiàn)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)部位下移。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)形態(tài)類(lèi)似樁身嚴(yán)重缺陷時(shí)缺陷部位之前的那部分曲線(xiàn)，不同的只是缺陷部位改為樁底，而后續(xù)土阻力的發(fā)揮所引起的曲線(xiàn)形態(tài)也有所不同。

圖5 樁底存在缺陷的樁

出現(xiàn)此類(lèi)嚴(yán)重缺陷的有可能是以下幾個(gè)原因：1)擠土效應(yīng)使基樁上浮，預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，在多樁承臺(tái)基樁施工時(shí)，由于樁距過(guò)密擠土作用使樁上浮；2)持力層軟化或持力層強(qiáng)度不足，場(chǎng)地所選持力層為軟質(zhì)巖層時(shí)，持力層遇水易軟化崩解，導(dǎo)致端阻力缺失；3)在場(chǎng)地地層分布不均勻的情況下，片面追求最后三陣貫入度，過(guò)度重錘擊打，導(dǎo)致樁底樁身破壞。上述各種情況都將使樁底阻抗降低，缺陷的嚴(yán)重程度決定了承載力的大小。

樁底缺陷的基樁高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)一般伴隨較大的單擊貫入度，承載力很可能不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但在某些情況下，通過(guò)連續(xù)的幾次錘擊，將提高基樁的承載力，通過(guò)連續(xù)復(fù)打?qū)兜讚舸蛉氤至樱箻兜着c持力層良好接合，通過(guò)端阻力的提高使承載力有顯著提高。對(duì)于樁底缺陷引起的基樁不合格情況可以采用復(fù)打復(fù)壓，或補(bǔ)樁的措施進(jìn)行補(bǔ)救加固。例如某工程經(jīng)高應(yīng)變檢測(cè)判定樁身上部完整，但普遍存在沉降量大、樁端承阻力低，基樁承載力不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的情況。該工程設(shè)計(jì)有地下室，打樁時(shí)已將樁送至地下四米左右，由于存在素填土加淤泥層的軟弱土層，如果開(kāi)挖基坑后再?gòu)?fù)打，不管是靜壓樁機(jī)或錘擊樁機(jī)均無(wú)法行走，后采用帶簡(jiǎn)易導(dǎo)架的自由落錘復(fù)打法進(jìn)行加固，之后重新進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力要求。

3 結(jié)論

以上通過(guò)對(duì)實(shí)踐過(guò)程中一些曲線(xiàn)的歸納，將預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類(lèi)與概括，實(shí)際工程中很多基樁是介于各個(gè)類(lèi)型之間。文中重點(diǎn)分析了一些的預(yù)應(yīng)力管樁樁基礎(chǔ)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題引起的原因，并聯(lián)系實(shí)際實(shí)例提出了一些解決方案和避免的方法。由于基樁是深埋于地下的隱蔽工程，地底的情況很難完全掌握，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些簡(jiǎn)單的原因影響基樁的質(zhì)量，這就要求我們檢測(cè)工作者積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)與研究努力提高檢測(cè)精確度，一方面為改善和提高預(yù)應(yīng)力管樁的制作工藝及施工方法提供參考，另一方面為工程質(zhì)量做出積極的貢獻(xiàn)。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ106-2014.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)總站.工程樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]薛浩.高應(yīng)變動(dòng)力試樁對(duì)摩擦型樁檢測(cè)的研究分析[J].質(zhì)量檢測(cè)，2014，32(7)：63-64.

[責(zé)任編輯 賀小林]

2015-04-12

尹楊特(1981—)，男，湖南邵東人，東莞市建設(shè)工程檢測(cè)中心工程師。

TU473.1

A

1004-602X(2015)02-0085-04