尹楊特

(東莞市建設(shè)工程檢測中心，廣東東莞523000)

預(yù)應(yīng)力管樁高應(yīng)變動力檢測典型實測曲線分析

尹楊特

(東莞市建設(shè)工程檢測中心，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)點被廣泛應(yīng)用。通過對實測過程中一些曲線的歸納，將預(yù)應(yīng)力管樁進行了簡單的分類與概括。文中重點分析了預(yù)應(yīng)力管樁樁基礎(chǔ)常見質(zhì)量問題引起的原因，并聯(lián)系實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)變動力檢測；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)濟的飛速發(fā)展，各類建筑大量興建，每年樁基高應(yīng)變檢測數(shù)量近萬根。在樁基礎(chǔ)的承載力檢測方法中，基樁高應(yīng)變動測法與靜載法相比具有費用相對低廉、檢測速度快等優(yōu)點。高應(yīng)變動力檢測法與其他各類檢測方法互相補充，在本市的樁基質(zhì)量控制方面發(fā)揮了重要作用。文中選取了檢測過程中出現(xiàn)的幾種典型的實測曲線進行分析。

1 高應(yīng)變動力檢測原理

高應(yīng)變動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力檢測基樁承載力的方法。高應(yīng)變法廣義上包含了錘擊貫入法、波動方程法和靜動法。國內(nèi)應(yīng)用最廣的是CASE法和實測曲線擬合法。CASE法和實測虛線擬合法是對同一分析對象——通過在樁上部離開一段距離的樁身兩側(cè)對稱安裝的加速度計和力傳感器，測得該處樁身橫截面的力和運動速度的時程曲線，采用不同的數(shù)理模型、不同的計算方法進行分析處理。

具體到實測曲線來說，在F-ZV圖中凡是下行波都將使兩條曲線同向平移，原有距離保持不變，凡是上行波都將使兩條曲線反向平移，互相靠攏或互相分離。F-ZV圖中兩條曲線的的相對移動直接反映了上行波的作用。實測曲線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，在到達檢測截面時將引起力值的增大和速度值的減小，曲線表現(xiàn)為力曲線上升、速度曲線下移；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，在到達檢測截面時將引起力值的減小和速度值的增大，曲線表現(xiàn)為力曲線下移、速度曲線上移。下文以具體工程實例來分別說明。

2 各典型實測曲線分析

在沖擊脈沖作用的最開始階段，只有下行壓力波，F(xiàn)與ZV曲線重合，同時起跳同時達到最高峰。

2.1 樁身完整，承載力滿足設(shè)計要求時，按阻力類型來區(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)計承載力特征值2000 KN，樁端持力層為強風(fēng)化花崗巖巖層，高應(yīng)變檢測承載力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，實測曲線特征表現(xiàn)為F與ZV曲線達到峰值后就產(chǎn)生分離，隨著時間的推移，F(xiàn)與ZV曲線分離越來越大，并在2L/C時刻前后達到最大值?；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。此類基樁樁側(cè)土阻力相對較小，只有在靠近樁底附近時存在強烈的土阻力，基樁承載力絕大部分由樁端提供。實測曲線特征表現(xiàn)為F與ZV曲線達到峰值后并不會馬上分離，而是隨著時間的推移，在2L/C時刻前后才產(chǎn)生明顯的分離，F(xiàn)曲線出現(xiàn)明顯的上移，ZV曲線出現(xiàn)明顯的反向反射。樁底與持力層接觸良好，基本無間隙，且持力層強度較高。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程不斷強化，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

對于某些巖層埋置很深，達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)能夠滿足設(shè)計要求的情況下，無需將樁底打至硬質(zhì)巖層。此時樁為純摩擦樁，承載力全部由樁側(cè)土阻力提供，F(xiàn)與ZV曲線在達到峰值后迅速開始拉開，ZV曲線下移，在沖擊脈沖達到樁底時F曲線出現(xiàn)反向反射，對應(yīng)位置的ZV曲線有較大的正向反射。由于東莞地區(qū)的巖層深度基本在40 m以內(nèi)，故缺乏此類樁的實測曲線。

2.2 樁身存在缺陷，按缺陷部位來分

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)計承載力特征值800 KN，樁端持力層為強風(fēng)化巖層，高應(yīng)變檢測承載力2169 KN，此樁在10 m處存在輕微缺陷。此類樁身存在缺陷，但是缺陷程度不是特別嚴(yán)重。實測曲線在缺陷位置同樣會出現(xiàn)一個上行拉力波，在2x/c時刻(此時x為10 m)，ZV曲線有微小的上移，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)脈沖將全部透過缺陷截面。下行壓力波的能量絕大部分透過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)計承載力特征值1200 KN，樁端持力層為礫砂或強風(fēng)化混合巖，經(jīng)檢測判別12 m處存在嚴(yán)重缺陷，配樁為13+13 m。此類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時刻，曲線表現(xiàn)為F曲線相對減小，ZV曲線出現(xiàn)非常明顯的增大。此時，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方可確定。

出現(xiàn)此類嚴(yán)重缺陷的有可能是以下幾個原因：1)焊接質(zhì)量差，未嚴(yán)格按照施焊要求連續(xù)飽滿或未冷卻足夠的時間，在打樁過程中導(dǎo)致焊口脫開；2)穿過局部硬夾層時在壓應(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)打樁過程中樁錘選擇不當(dāng)，導(dǎo)致樁身疲勞破壞；5)設(shè)計有地下室，開挖基坑到設(shè)計標(biāo)高處存在軟弱土層時，機械或周圍土體堆載不合理導(dǎo)致土體移動樁被擠斷。在樁基施工過程中應(yīng)注意避免以上幾種情況發(fā)生，對不可避免的情況應(yīng)該合理選擇施工工藝保證基樁質(zhì)量，如存在硬夾層時采用密錘輕打，對于某些特殊地質(zhì)情況下可以采取先引孔再沉樁；對于樁數(shù)較多的多樁承臺，合理安排沉樁順序，控制沉樁速率減少擠土效應(yīng)的影響；開挖基坑時采取有效措施防止樁被施工機械或周圍堆載擠斷。

2.2.3 樁底缺陷

如圖5所示，某工程21-16#基樁，設(shè)計承載力特征值1000 KN，樁徑400 mm，樁端持力層為強風(fēng)化砂巖，此類基樁在樁底處存在缺陷。實測曲線中，ZV曲線在2L/c時刻明顯上移，存在明顯的同向反射。下行壓力波到達樁底時，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)曲線對應(yīng)部位下移。實測曲線形態(tài)類似樁身嚴(yán)重缺陷時缺陷部位之前的那部分曲線，不同的只是缺陷部位改為樁底，而后續(xù)土阻力的發(fā)揮所引起的曲線形態(tài)也有所不同。

圖5 樁底存在缺陷的樁

出現(xiàn)此類嚴(yán)重缺陷的有可能是以下幾個原因：1)擠土效應(yīng)使基樁上浮，預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，在多樁承臺基樁施工時，由于樁距過密擠土作用使樁上??；2)持力層軟化或持力層強度不足，場地所選持力層為軟質(zhì)巖層時，持力層遇水易軟化崩解，導(dǎo)致端阻力缺失；3)在場地地層分布不均勻的情況下，片面追求最后三陣貫入度，過度重錘擊打，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)變檢測時一般伴隨較大的單擊貫入度，承載力很可能不滿足設(shè)計要求。但在某些情況下，通過連續(xù)的幾次錘擊，將提高基樁的承載力，通過連續(xù)復(fù)打?qū)兜讚舸蛉氤至?，使樁底與持力層良好接合，通過端阻力的提高使承載力有顯著提高。對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，或補樁的措施進行補救加固。例如某工程經(jīng)高應(yīng)變檢測判定樁身上部完整，但普遍存在沉降量大、樁端承阻力低，基樁承載力不滿足設(shè)計要求的情況。該工程設(shè)計有地下室，打樁時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，如果開挖基坑后再復(fù)打，不管是靜壓樁機或錘擊樁機均無法行走，后采用帶簡易導(dǎo)架的自由落錘復(fù)打法進行加固，之后重新進行高應(yīng)變檢測滿足設(shè)計承載力要求。

3 結(jié)論

以上通過對實踐過程中一些曲線的歸納，將預(yù)應(yīng)力管樁進行了簡單的分類與概括，實際工程中很多基樁是介于各個類型之間。文中重點分析了一些的預(yù)應(yīng)力管樁樁基礎(chǔ)常見質(zhì)量問題引起的原因，并聯(lián)系實際實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，可能遠遠不止這些簡單的原因影響基樁的質(zhì)量，這就要求我們檢測工作者積累經(jīng)驗，通過不斷的學(xué)習(xí)與研究努力提高檢測精確度，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。

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

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

[3]薛浩.高應(yīng)變動力試樁對摩擦型樁檢測的研究分析[J].質(zhì)量檢測，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)工程檢測中心工程師。

TU473.1

A

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