PHC管桩桩身完整性检测中不同方法的综合应用

徐海建

(上海中测行工程检测咨询有限公司,上海 200438)

PHC管桩桩身完整性检测中不同方法的综合应用

徐海建

(上海中测行工程检测咨询有限公司,上海 200438)

在PHC管桩桩身完整性测试中运用低应变、视频观察和静载荷试验等不同方法如何相互结合,互相补充,互相验证,以提高测试准确性。

静载荷测试 低应变动测 视频观察 波阻抗 承载力 完整性。

1 引言

目前工业与民用建筑、道路桥梁工程中PHC管桩的应用相当广泛,对单桩完整性的检测方法也很多,其主要的检测方法包括有静载荷测试、低应变测试以及视频观察等。在实际检测工作中,我们应将各方法之间有针对性的结合在一起,互相补充,互相验证,从而对PHC管桩桩身质量进行正确的判断。

2 桩型简介

PHC管桩采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺,将混凝土经离心脱水密实成型,经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。运往施工现场后,通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。由于它的卓越性能,得到了建筑界人士的青睐,使用很广泛。

PHC管桩具有以下优点：PHC管桩均采用C80以上的混凝土,采用先张法预应力制作,因而承压力高。具有较强的工作性能,桩身能在严劣的施工环境下保持完好,大大减少裂桩,断桩事故的发生;由专业厂家大批量自动化生产,桩身质量稳定可靠;穿透力强,足够的压力下,可穿越较厚的砂质土层,确保桩端嵌固于较好的持力层;静压施工时,施工现场简洁,无污染、无噪音,能保障文明施工;由于PHC桩的单桩承载力相对较高,其环形截面所耗混凝土量较少,因而单位承载力造价最省。

PHC管桩也存在以下缺点及局限性：PHC管桩作为抗拔桩的时,端板处焊接质量直接会影响到整根工程桩的抗拔效果。管桩的抗裂弯矩较小,水平荷载性能较差;采用锤击法施工,包括简式柴油锤、液压锤、高频锤等,都伴有震动剧烈或噪音大,挤土量大,会造成一定的环境污染和影响,有些工程地质条件不适合使用预应力混凝土管桩,如含孤石或障碍物较多且不易清除的土层,桩端以上存在难以穿透的坚硬隔层的地区,石灰岩地区,硬质岩残积土及强风化层很薄且其上为松软土层的地区。

3 各种检测方法简介

3.1 静载荷测试

静载荷测试中较多是单桩竖向抗压静载荷测试。它是利用锚桩或堆载平台作为反力装置,采用慢速或快速加载方法逐级加载,通过测读沉降随逐级加载的关系来确定单桩竖向抗压极限承载力。其优点是较直观,比较符合基础附加压力的变化,但耗时耗力,不适合对桩的普查。

图1 低应变动测曲线图

图2 58号桩视频观察截图

表1 工程地质特性

图3 静载Q-S、S-lgt曲线

3.2 低应变测试

低应变弹性波反射法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件(桩长＞＞直径),在桩顶锤击力作用下,产生一压缩波,沿桩身向下传播,当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时,将产生反射和透射波,反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。安装在桩顶上的传感器,将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息,根据这些信息,可对桩身完整性质量进行分析判断。其优点是设备轻便,可以对桩身质量进行普查,但目前只能对桩进行定性的分析,不能作出定量的判断。

3.3 视频观察

由于PHC管桩中心中空,为视频观察提供了有利的条件。只需将PHC管桩中空部分内的物质(土和水)清理出来,清理深度位置应在缺陷位置以下1.5m左右(地下水较多的适当增加深度),通过PHC管桩中的空间放入视频探头可以直观的观察缺陷位置的实际情况,并结合量测工具可以直观了解缺陷程度和缺陷位置。其缺点只能对中空的桩进行检测,若缺陷位置较深时,桩内孔清孔操作难度比较大。

一般对工程桩采用低应变按规范要求进行抽检,对低应变检测有怀疑的桩采用视频观测观察其缺陷部位,直观了解其缺陷状况,最终采用静载荷试验对其进行复核试验。

4 测试方法的综合应用

实例：南汇某工地公共设施用房采用PHC管桩,设计桩长26m(12m＋14m),设计桩径Φ600mm,设计单桩竖向抗压极限承载力为3700kN,采用静力压入法压入。基坑开挖5m。其的主要工程地质条件见表1。

该工程在部分工程开挖之后,对其PHC管桩进行低应变动测检测其桩身完整性。58号桩低应变曲线见图1。

从该桩低应变动测实测曲线来看,该桩在桩顶以下12m处接桩部位有明显的同相反射,初步怀疑该桩在接桩位置有明显的曲线,但具体的缺陷程度和形态不清楚。

现场对该桩其管桩浅部中空部分进行掏土清空,深部掏空采用高压水枪进行反复冲刷并利用水泵将其管桩内部的水清理出来。然后利用视频探头进行观察,视频观察结果见图2。

从视频观察结果看,该桩接桩部分存在明显的裂缝,且裂缝中有泥浆和土涌入管桩内部,现场观察过程中有明显土体掉落水中的声音。结合长钢卷尺的刻度,该桩接桩部分脱开约2.5cm左右。

为了进一步确认该桩接桩部位缺陷和承载力的关系,对其进行抗压静载荷试验(该桩为承台桩(五桩承台),周围有4根锚桩,其余四根锚桩桩身完整性良好),采用锚桩反力法进行试验,对其周围四根锚桩填芯加固处理。

该桩设计单桩竖向抗压极限承载力为3700kN,由于接桩部位缺陷,根据地质报告估算,加载分15级。静载Q-S、S-lgt曲线见图3。

从静载成果看,该桩在740kN荷载下,桩顶位移出现23.77mm的陡降,接桩部位压密实后承载力又得以恢复。静载试验结果与视频观察结果基本一致。

该工程根据检测结果对类似缺陷桩进行了复位并填芯加固处理,处理后的基桩承载力和建筑物的沉降均能达到规范的要求。本工程结构已封顶,目前已正常使用二年。通过对建筑物沉降观测,其沉降量和沉降差均符合要求,结构无任何异常情况。

5 结语

桩在地下的情况是复杂的,单一的测试方法都有其局限性,PHC管桩有其特性,可以结合低应变动测、视频观察、静载荷试验等多种检测方法进行验证,可以减低对问题桩的误判。视频观察由于其快而直观,省时省力,建议可广泛推广在PHC管桩桩身完整性检测中的应用。

[1]国家建筑标准设计图集10G409预应力混凝土管桩.

[2]建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2003.

[3]姚建阳.PHC桩孔内全方位摄像仪专利号：CN201298106.

徐海建 1981.12,男,上海中测行工程检测咨询有限公司,工程师。