PHC管桩接桩质量的一种检测方法

赵 虎 丁 博(中国建材检验认证集团江苏有限公司，江苏 苏州 215000)

1 引言

随着建筑行业的迅猛发展，预应力混凝土管桩的应用越来越广泛，其优点是桩身质量好，自身强度大，穿透能力强，耐打性好，施工周期短，对环境影响少，造价低；其缺点也非常明显，尤其是接桩处的处理，桩现场施打或静压时，目前多数工程是采用人工施焊。但工程施工实际情况，采用焊接连接时，连接处表面未清理干净，桩端不平整；焊接质量不好，焊缝不连续、不饱满、焊肉中夹有焊渣等杂物；有的焊完后，未按要求等焊缝自然冷却8分钟后施打或压桩，通常两、三分钟即继续施打沉桩，焊缝遇地下水发生淬火，易出现脆裂。当桩距过密或打桩未按规范要求顺序施工时，因孔隙水压力的突然增大，会引起土的隆起，使桩受到向上的拉力的作用，使得接桩质量差的接桩处拉裂，甚至完全断裂；还有侧向挤土作用使桩产生偏位，很容易造成严重的工程事故。

对于多节管桩的普查，目前采用低应变反射波法，低应变法对接桩处确有同向反射，但缺陷反射幅值受桩周土阻尼大小影响，无法定量；对缺陷性质以及对承载力影响程度无法评价。

本文提出用高应变锤击贯入法进行区域性普测，重点介绍该方法产生的工程背景、检测方法、使用仪器和检测步骤、分析研究过程，分类总结，提出工程处理的建议，并总结该方法优势。

2 工程背景简介

本工程为15层核心筒结构，基坑深度达负10米，基桩为PHC600AB130-12,12的预应力高强管桩，桩端持力层为8号粉土夹粉砂层，设计单桩竖向抗压极限承载力6700kN，采用静压沉桩，在桩长范围内地质情况见表1。

桩基施工完开挖后，坑内管桩普遍出现上浮，采用低应变检测发现该区域存在接桩反射的桩比例高于其他区域，但低应变法很难去判定哪些桩对承载力有影响，鉴于前期的各种检测手段尚未能探明桩基的承载能力出现明显离散的原因，故不能综合评估桩基的承载能力。业主及勘察、设计等均要求进一步扩大检测。在基础工程已全面开挖，基坑深度达负10米，基底垫层已做，且部分施工资料不详的情况下，常规的检测手段已无法实施。

3 检测方法

3.1 参考资料

参照《锤击贯入试桩法规程》CECS35:91[1]和《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003[2]。

3.2 检测仪器和步骤

高应变锤击贯入法试验仪器和设备由锤击装置、锤击力和速度量测和记录设备、贯入度量测设备三部分组成，见图1。

表1 工程地质分层表

1)锤击装置由质量均匀、形状对称、锤底平整光滑、整体铸造的5200kg重锤和脱钩装置、起吊设备等部分组成。

2)锤击方式，采用自由落锤方式。

3)锤垫采用2～6cm厚度的木纤维夹层胶合板。

4)锤击力的测量采取落锤上安装加速度传感器的方式。

5)贯入度量测设备利用相邻桩做基准桩，一端简支，一端铰支，用高精度数字倾角传感器测量角度得出贯入度，换算后位移的分度值不大于0.01mm。

为避免持续锤击破坏桩顶而导致无法继续试验的情况，本次试验统一锤击能量、限制锤击次数为四次、锤击高度分别为30、50、70、100㎝。试验中，实测每一锤击下的桩顶力和速度响应曲线及每一锤击下的桩顶贯入度。

3.3 分析方法

锤击贯入与高应变结合法，以贯入度分析为主，Qd-ΣSd趋势分析和高应变曲线分析为辅的方法。

1)贯入度分析：将每根试验桩在相同锤击状态下的累计贯入度ΣSd与已做静载试验的试桩累计贯入度进行比较，如果相近，则说明此桩承载力能够正常发挥；如果量值远大于标准值，说明承载力存在问题。

图1 高应变锤击贯入法检测示意图

2)Qd-ΣSd曲线分析：以每一根桩的实测静阻力Rsp和累计贯入度ΣSd绘制Qd-ΣSd曲线。同一场地相同桩型，在相同的锤击高度(能量)和锤击次数条件下，依据锤击高度增加而Rsp不增加甚至减少的特征，分析桩承载能力是否趋于或达到极限。

3)高应变曲线分析：逐步提高锤击高度，根据采集到的力波和速度波信息，检测到管桩的接桩处信息和桩土共同工作的其他信息，能够佐证承载力的逐步发挥情况。

4 分析情况

4.1 静载样本分析

本工程的66#桩(施工桩长12+12米)，静载荷试验承载力达6700kN，与勘察、设计数据比较吻合。79#桩(施工桩长12+12米)，静载荷试验承载力2010kN，出现极限状态，与上节桩参与桩土工作的状况比较吻合，两根桩的静载荷试验结果具有代表性。本次扩大试验先进行66#、79#桩的静动对比，并以此作为已知条件，进一步分析判断其他工程桩。

66#桩在落距100㎝时的Rsp为4459kN，ΣSd为5.94㎜，且曲线平缓变化，承载能力尚有余地，与静载试验曲线吻合。因避免持续锤击破坏桩顶，故未再继续锤击。

79#桩在落距100㎝时的Rsp为2104 kN，ΣSd为10.29㎜，贯入度较大。从落距50㎝时持续锤击Rsp不再明显增加，承载能力已达极限，与静载试验数据吻合。经与勘察资料校核，试验得到的单桩承载力表明该桩仅有上节桩参与工作，工作桩长为12米。

其余各试桩均以上述比对关系作依据进行分析。

图2 66#、79#桩的Qd—ΣSd曲线

4.2 Qd-ΣSd趋势分析

本次试验，以每一根桩的实测静阻力Rsp和累计贯入度ΣSd绘制Qd—ΣSd曲线。根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003的定义，Rsp是动力作用下的桩顶静阻力，即为动测得到的单桩承载力。

同一场地相同桩型，在相同的锤击高度(能量)和锤击次数条件下，依据锤击高度增加而Rsp不增加甚至减少的特征，分析桩承载能力是否趋于或达到极限。现根据分析情况，将所测桩按照承载力发挥分为三种情况：单节桩工作；贯入度较大，存在明显接桩缝隙，影响承载力的正常发挥；承载力正常发挥。

1)单节桩工作

经绘制Qd～ΣSd曲线，见图3，79#、30#、68#桩的Qd—ΣSd曲线形态非常相似，在落距50㎝以后Rsp增加很少；30#桩在落距100㎝时的Rsp为2082 kN，ΣSd为12.35㎜；68#桩在落距100㎝时的Rsp为2120kN，ΣSd为14.62㎜。

故这3根桩仅有上节桩参与工作，工作桩长约12米。

图3 30#、68#、79#桩的Qd—ΣSd曲线

2)桩贯入度较大，存在明显的接桩缝隙，影响单桩承载力的正常发挥。

有明显接桩反射的桩的Qd—ΣSd曲线见图4。

图4 有明显接桩反射的桩Qd—ΣSd曲线

从以上Qd-ΣSd曲线中可以看出，这类桩落距100㎝时的Rsp在3622-4124 kN之间，ΣSd均大于10㎜，量值较大。各桩最大贯入度均发生在锤击高度100㎝时，贯入度虽然较大，但承载力还能继续增加。

图5 贯入度正常，承载力正常发挥的桩Qd-ΣSd曲线

3)桩的贯入度正常，承载力正常发挥

贯入度正常、承载力正常发挥桩的Qd-ΣSd曲线见图5，和66#桩类似，也存在接桩缝隙，单桩承载力能够正常发挥。从以上Qd-ΣSd曲线中可以看出，这类桩在落距100㎝时的Rsp在3964-5202kN之间，ΣSd基本处于4-7㎜范围之间。

4.3 高应变F-ZV曲线分析

本次试验中，根据采集到的速度波，发现多数桩在锤击高度30㎝ 时尚不能发现接桩信息，在锤击高度50㎝、70㎝ 时才能看到接桩处反射，在锤击高度100㎝ 时接桩缝隙仍有变化。这个现象说明由于存在桩周土的阻尼和能量消耗，当激发能量过小时，仅依靠速度反射波不能发现接桩信息。这正是低应变检测中未能提供桩的全部信息的原因所在，也是低应变检测技术有待进一步完善之处。

而高应变锤击贯入法根据采集到的力波和速度波信息，较好的检测到了管桩的接桩处信息和桩土共同工作的其他信息。

1)单节桩工作

仅有单节桩参与工作的桩在30cm、50cm、70cm、100cm落距下的F-ZV曲线，见图6。

图6 仅有单节桩参与工作的桩在不同落距下的F-ZV曲线

由图6可看出，当落锤高度为30cm、50cm时，锤击能量不够大，力波和速度波无法传递到第二节桩底，在“接桩”处有反射，仅有侧摩阻力发挥作用；加大锤击能量，当落锤高度为70cm、100cm时，速度波在“接桩”处的反射更为明显，而力波在2L/C处没有端阻力反射，而正常桩在2L/C处有明显端阻力反射。通过分析可知，在锤击能量充分的情况下，力与速度波传递的终点为上节桩的桩底处，无法达到“下节桩”。从上述情况可以发现一个问题，对于高应变检测，只有在检测参数正确时，得出的承载力值才可靠，而以上桩，委托单位提供的桩长为两节桩24m，而实际“检测桩长”(能量传递的范围)为12m。当输入检测桩长为24m时，得出承载力与正常桩相差不大，就很难找到问题的根源。而输入检测桩长为12m时，得出的承载力与正常桩有明显差异，与静载结果相吻合，亦能从实测贯入度偏大这一点得到验证。可见，此次采用的高应变锤击贯入法与传统高应变法相比较，具有“盲打”的优点，即在桩长未知的情况下，通过以上分析，得出正确的结论。

2) 存在明显接桩缝隙，有闭合趋势的桩

结合锤击高度50、70㎝时的实测曲线发现此类桩均存在明显的接桩缝隙。但在历次锤击特别是锤击高度100㎝时锤击的作用下，接桩缝隙有闭合趋势，见图7。

图7 存在明显接桩缝隙，有闭合趋势的桩在不同落距下的F-ZV曲线

由上图可看出，对于54#桩，当落锤高度为30cm、50cm、70cm时，速度曲线在接桩处的缺陷反射逐步清晰地反映出来，力曲线的端阻力反射也逐渐清晰；加大锤击能量，当落锤高度为100cm时，接桩缝隙有闭合趋势，45#桩反映更为明显。此类桩表现出的特点为贯入度较大，接桩缝隙闭合后，承载力又能提高。

3)正常工作的桩

35#桩在锤击高度30、50、70㎝时的实测曲线，见图8，可以清楚的看到接桩信息被发现的历程。在落锤高度为30cm、50cm时，锤击能量不够大，速度曲线在接桩处有轻微反射，速度曲线与力曲线包围的区域为桩侧阻力；加大锤击能量，当落锤高度为70cm时，速度波在接桩处的反射较为清晰，力曲线在2L/C处有正常的端阻力反射，端阻力得以充分发挥，承载力能正常发挥。

图8 35#桩在不同落距下的F-ZV曲线

4.4 贯入度分析

正常桩的ΣSd基本处于4-7㎜范围之间，承载力发挥有问题的桩ΣSd均大于10㎜，量值较大。从累计贯入度这个思路来分析，更能体现“盲打”的效果，在每根桩锤击能量大致相等的前提下，正常桩的累计贯入度为4～7mm，当累计贯入度超过10mm，此桩在承载力的发挥上必然有承载力问题。

在仅有单节桩工作和接桩缝隙逐渐闭合的问题上，借助Qd—ΣSd曲线和F-ZV曲线分析情况，综合判定结果见表2。

5 结 语

根据以上分析结论，对于承载力发挥正常的桩不作处理；存在明显接桩缝隙，贯入度较大，但有闭合趋势的桩，在连续锤击后，接桩缝隙趋于闭合，可在接桩处灌芯；对于检测时，仅上节桩工作的桩，应采取补桩措施。通过上述分类处理后，该桩基工程质量得到了有力的保证。

通过上述工程实例可以发现，本方法与传统的检测方法相比，高应变锤击贯入法具有以下优点：

1)盲打效果好，即在无法得知准确的检测参数时，仍能探明承载力明显离散的桩，通过该方法可以使脱节桩准确复位，使其承载力正常发挥。

2)相比静载试验，受场地制约较小，试验周期短，费用较低，且可作为一定范围内的桩基质量普查。

3)相比低应变试验，检测信息丰富，基于承载力的发挥情况，能够定量分析桩身完整性，由小渐大的能量冲击下，可以清楚看到接桩缝隙的闭合趋势，分析结果的准确性大大提高。

4)相比高应变试验，克服了人为拟合的繁琐和随意性，减少了对检测参数依赖性，能够抓住整个场地基桩承载力发挥的大致情况，高应变常采用速度进行积分得到贯入度，由于速度曲线采样长度的限制，往往得不到桩静止时的最终位移，计算的贯入度值时常不准确。而本方法使用倾角传感器在桩相对静止时直接在桩顶测读角度，得出的贯入度值准确可靠。

表2 累计贯入度与承载力发挥情况汇总表

在今后的基桩完整性检测中，采用低应变普查时，若发现某一区域某种缺陷明显且数量较多时，应当引起重视，基于低应变法检测的局限性，宜采用本文所述检测方法做进一步探究，避免留下工程隐患。

[1]中国建筑科学研究院 CECS35：91《锤击贯入试桩法规程》[S]

[2]中国建筑科学研究院JGJ106-2003《建筑基桩检测技术规范》[S]中国建筑工业出版社