預(yù)應(yīng)力管樁的檢測(cè)方法

前言高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)是本地區(qū)應(yīng)用最廣的基礎(chǔ)型式。如何保證管樁的承載力是我們大家都關(guān)心的問題。樁的承載力決定于土的承載力和樁身質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。管樁的檢測(cè)就是用各種不同的方法從不同的角度來考驗(yàn)這兩個(gè)方面，以判斷其是否滿足要求。目前，管樁常見的檢測(cè)方法有單樁豎向靜荷載試驗(yàn)、高應(yīng)變動(dòng)力試樁、基樁反射波法等三種。本文就這三種方法進(jìn)行介紹并討論它們的適應(yīng)性和應(yīng)注意的地方，供同行參考。單樁豎向靜荷載試驗(yàn)2．1單樁豎向靜荷載試驗(yàn)的目的靜荷載試驗(yàn)是采用接近樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法來考驗(yàn)樁，主要是為了獲得樁的極限承載力，作為設(shè)計(jì)的依據(jù)?；蛘咴跇兜尿?yàn)收階段確定樁的承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。2．2單樁豎向靜荷載試驗(yàn)的原理在樁頂施加了豎向荷載后，樁土間產(chǎn)生相對(duì)位移，樁身表面則出現(xiàn)向上的側(cè)阻力；樁身上部產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓縮變形。隨著樁頂荷載的增加，樁土間的位移進(jìn)一步加大，樁身的應(yīng)力進(jìn)一步往下發(fā)展，樁下部的側(cè)阻力也逐漸發(fā)揮出來；當(dāng)樁頂荷載足夠大時(shí)，側(cè)阻力達(dá)到最大值，樁端土產(chǎn)生壓縮變形和土反力。繼續(xù)增加荷載，直到樁頂沉降大于期望值或樁端土出現(xiàn)了刺入破壞為止。此時(shí)樁頂荷載就是其極限承載力。在試驗(yàn)的過程中，若樁身有質(zhì)量缺陷可能會(huì)出現(xiàn)先期破壞（樁身發(fā)生破壞先于土承載力），這樣也就一并對(duì)樁身質(zhì)量作了檢驗(yàn)。通過靜載試驗(yàn)獲得樁的承載力，可分為按強(qiáng)度控制和按沉降控制兩大類：①樁側(cè)、樁底的土承載力均發(fā)生破壞，荷載?沉降曲線表現(xiàn)為陡降型，此種情況按強(qiáng)度控制，取荷載?沉降曲線出現(xiàn)陡降段的前一級(jí)荷載作為樁的極限承載力。②土的承載力沒有發(fā)生破壞，隨著荷載的增加，雖然沉降量也進(jìn)一步增大，但樁端土的承載力也進(jìn)一步增大，荷載?沉降曲線表現(xiàn)為緩變型，此種情況按沉降控制，可依據(jù)設(shè)計(jì)要求或規(guī)范要求取某一沉降所對(duì)應(yīng)的荷載作為樁的承載力。2．3單樁豎向靜荷載試驗(yàn)的適應(yīng)性討論靜載試驗(yàn)對(duì)樁地承載力檢測(cè)是最適宜的。試驗(yàn)施加的荷載，加載速度極為緩慢，樁的沉平均速度為0.0001m/s，加速度接近于零，靜載試驗(yàn)測(cè)到的承載力，被認(rèn)為是最接近于工程實(shí)際。因此，靜載試驗(yàn)也用作檢驗(yàn)動(dòng)力試樁的準(zhǔn)確與否。靜載試驗(yàn)對(duì)樁身質(zhì)量檢測(cè)的適應(yīng)性是不充分的，表現(xiàn)為以下四點(diǎn)：①如果試驗(yàn)中出現(xiàn)樁身上部的先期破壞，無法判明破壞的位置：②如果樁身急劇沉降而通過補(bǔ)加荷載，發(fā)現(xiàn)樁所能承受的荷載沒有明顯降低的時(shí)候，難于判明是樁身下部破壞還是土承載力的破壞；③試驗(yàn)對(duì)于樁身的水平裂縫無法檢測(cè)；④無法對(duì)樁身強(qiáng)度進(jìn)行充分檢驗(yàn)。高應(yīng)變動(dòng)力試樁3．1高應(yīng)變動(dòng)力試樁的目的檢測(cè)土的承載力和樁身的質(zhì)量。還可進(jìn)行打樁監(jiān)測(cè)，確定樁錘效率、樁身應(yīng)力等。3．2高應(yīng)變動(dòng)力試樁的原理和作法介紹用重錘（柴油錘或自由落錘）錘擊樁頂，使樁產(chǎn)生一定的永久貫入度。重錘引起的沖擊力在樁頭附近造成應(yīng)力，應(yīng)力以波的形式往樁底方向傳播，沖擊應(yīng)力波過處引起該處樁的速度和位移，從而激發(fā)起土阻力。土阻力也以波的形式在樁身內(nèi)往上及往下傳播。沖擊應(yīng)力波和土阻力波在傳播過程中如果遇到阻抗（pcA）變化，就會(huì)在界面（如樁頂、樁底、樁身截面積的變化處等）處發(fā)生透射和反射。試樁過程所激發(fā)起的土阻力由與速度相關(guān)的動(dòng)阻力和與位移相關(guān)的靜阻力組成，而靜阻力正是我們所希望得到的土承載力；而應(yīng)力波傳播過程中出現(xiàn)的反射和透射則可以告知人們樁身質(zhì)量的完整性情況。作法是，在管樁樁頭附近的某一截面上對(duì)稱安裝應(yīng)變傳感器和加速度傳感器各一對(duì)，用以得到此截面的力和速度變化曲線。由于沖擊應(yīng)力波和土阻力波均經(jīng)過此截面，因而這兩條力和速度變化曲線中含有土阻力和樁身質(zhì)量情況的信息。設(shè)定樁的模型，通過應(yīng)力波理論進(jìn)行分析，便可得出土的參數(shù)，從而把動(dòng)阻力、靜阻力分離開來，得到土的承載力并模擬出靜力作用下的荷載?沉降曲線；分析力、速度曲線的變化情況，并在曲線反映存在缺陷的地方相應(yīng)程度地調(diào)整樁的模型，這樣，樁的模型就反映了樁身的質(zhì)量情況，通過計(jì)算可得到樁身質(zhì)量情況的定量值。這些分析計(jì)算過程都是通過計(jì)算機(jī)程序以人機(jī)對(duì)話的方式，不斷地進(jìn)行疊代、修正，以達(dá)最佳的結(jié)果。3．3高應(yīng)變動(dòng)力試樁的適應(yīng)性討論就管樁來說，一般情況下，高應(yīng)變動(dòng)力試樁對(duì)土承載力檢測(cè)是適應(yīng)的。理由如下：①此試樁方法用幾十kN的重錘進(jìn)行錘擊，可使樁產(chǎn)生2.5?10mm的位移，因而能充分調(diào)動(dòng)土的承載能力；②此試樁法理論嚴(yán)密、可靠，有較長(zhǎng)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，國(guó)際上有三十年的發(fā)展歷史，我國(guó)也有近十年的時(shí)間。美國(guó)1989年頒布了ASTM標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)1997年頒布了行業(yè)標(biāo)淮。③為了得到土承載力，在進(jìn)行分析時(shí)，準(zhǔn)確設(shè)定樁身模型是極重要的一環(huán)，而相對(duì)于灌注樁來說，管樁樁身情況簡(jiǎn)單、明了，因而其結(jié)果要準(zhǔn)確、可靠得多。高應(yīng)變動(dòng)力試樁法也有不適應(yīng)的情況：①薄持力層下有軟弱夾層的情況不宜應(yīng)用，因?yàn)榇朔▌?dòng)力作用明顯（力持續(xù)時(shí)間為0.01s），在快速的加載速度下，薄持力層來不及充分變形，可能能夠承受較高的荷載，而在靜荷載或長(zhǎng)期力作用下，卻承受不了較高的荷載；②樁身存在嚴(yán)重缺陷或斷樁的情況下，無法準(zhǔn)確給出土承載力，因?yàn)榇藭r(shí)土阻力波無法順利傳遞到樁頂傳感器處，力、速度曲線中沒有足夠的土阻力信息，因此無法得出土承載力。③管樁的堅(jiān)向裂縫無法檢測(cè)?；鶚斗瓷洳ǚ?.I基樁反射波法的目的檢測(cè)樁身質(zhì)量的完整性。4.2基樁反射波法的原理通過在樁頂制造一個(gè)向下傳播的應(yīng)力波，應(yīng)力波遇到樁阻抗（pcA）發(fā)生變化的界面便會(huì)發(fā)生反射與透射。當(dāng)樁身某處阻抗變大（擴(kuò)頸等），便會(huì)產(chǎn)生與入射波反相的反射；當(dāng)樁身某處阻抗變小（縮頸、離析、裂縫等），便會(huì)產(chǎn)生與入射波同相的反射。比較反射波與入射波的相位、幅度大小，便可大致判斷樁身的完整性程度。4.3基樁反射波法的適應(yīng)性討論基樁反射波法產(chǎn)生的加速度在幾g左右，應(yīng)變?cè)?0匪左右，不可能調(diào)動(dòng)土的阻力，因此不能檢測(cè)土的承載力。此法能檢測(cè)樁質(zhì)量的完整性情況，而且方便、迅速、費(fèi)用低廉，對(duì)突變性的缺陷很敏感。對(duì)于管樁來說，在以下局限性：①垂直裂縫無法檢測(cè)，其原因與高應(yīng)變動(dòng)力試樁一樣；淺部缺陷由于反射波與入射波波形疊加，較難檢測(cè)并不能判定缺陷位置：②樁底附近的缺陷無法作出正確判斷。一是小錘產(chǎn)生的能量較小，應(yīng)力波經(jīng)不住土阻力、樁身微細(xì)裂縫的能量消耗，難于到達(dá)樁底并返回樁頂，因而難于把樁底附近的完整性信息帶上來；二是難于把樁底附近的缺陷反射與樁底界面的反射相區(qū)別。③樁身彎曲，此法也無法檢測(cè)。樁身彎曲將會(huì)造成一個(gè)逐漸變化的阻抗情況，而這種漸變的情況正是此法的一大局限性?？紤]到不少在樁底附近均有程度不一的彎曲，筆者認(rèn)為彎曲是許多管樁檢測(cè)不到樁底回波的主要原因。結(jié)語我們進(jìn)行管樁質(zhì)量檢測(cè)，就是要檢驗(yàn)土的承載力和樁身質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范的要求，有足夠的安全儲(chǔ)備，以保證建筑物的安全使用。檢測(cè)工作，筆者認(rèn)為需注意以下幾點(diǎn)：各種檢測(cè)手段有不同的費(fèi)用、試驗(yàn)時(shí)間、場(chǎng)地要求、試樁數(shù)量、檢測(cè)角度，因而應(yīng)綜合使用各種檢測(cè)手段，互相配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，使綜合檢測(cè)效果達(dá)到最優(yōu)。對(duì)于經(jīng)高應(yīng)變動(dòng)力試樁或基樁反射波法檢測(cè)被判定存在明顯缺陷的管樁，雖然后來經(jīng)靜載試驗(yàn)合格，仍需進(jìn)行樁身處理，以保證樁身的質(zhì)量。對(duì)于經(jīng)基樁反射波法檢測(cè)判定為樁身存在疑問的管樁，可進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)力試樁，以便定量缺陷的大小，或進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，對(duì)缺陷進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)。對(duì)于打爛樁或