预应力管桩高应变动力检测典型实测曲线分析

尹杨特

(东莞市建设工程检测中心，广东东莞523000)

预应力管桩高应变动力检测典型实测曲线分析

尹杨特

(东莞市建设工程检测中心，广东东莞523000)

预应力管桩由于单桩承载力较高、成桩质量较可靠、且施工速度快工效高工期短的优点被广泛应用。通过对实测过程中一些曲线的归纳，将预应力管桩进行了简单的分类与概括。文中重点分析了预应力管桩桩基础常见质量问题引起的原因，并联系实际工程提出了一些解决方案和避免的方法。

预应力管桩；高应变动力检测；承载力

由于预应力管桩单桩承载力较高、成桩质量较可靠、且施工速度快工效高工期短，目前被广泛应用于各类工业与民用建筑的桩基础中。笔者所处的东莞市地处广东省南部，地貌以丘陵台地、冲积平原为主，预应力管桩被广泛应用于全市范围。由于经济的飞速发展，各类建筑大量兴建，每年桩基高应变检测数量近万根。在桩基础的承载力检测方法中，基桩高应变动测法与静载法相比具有费用相对低廉、检测速度快等优点。高应变动力检测法与其他各类检测方法互相补充，在本市的桩基质量控制方面发挥了重要作用。文中选取了检测过程中出现的几种典型的实测曲线进行分析。

1 高应变动力检测原理

高应变动力试桩法是一种给桩顶施加较高能量的冲击脉冲，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩-土之间产生一定的永久位移，从而自上而下依次激发桩侧及桩端的岩土阻力的一种动力检测基桩承载力的方法。高应变法广义上包含了锤击贯入法、波动方程法和静动法。国内应用最广的是CASE法和实测曲线拟合法。CASE法和实测虚线拟合法是对同一分析对象——通过在桩上部离开一段距离的桩身两侧对称安装的加速度计和力传感器，测得该处桩身横截面的力和运动速度的时程曲线，采用不同的数理模型、不同的计算方法进行分析处理。

具体到实测曲线来说，在F-ZV图中凡是下行波都将使两条曲线同向平移，原有距离保持不变，凡是上行波都将使两条曲线反向平移，互相靠拢或互相分离。F-ZV图中两条曲线的的相对移动直接反映了上行波的作用。实测曲线包含了桩身阻抗的变化所产生的应力波与土阻力所产生的应力波两者的信息。桩身阻抗增大或者土阻力向上则产生上行的压力波，在到达检测截面时将引起力值的增大和速度值的减小，曲线表现为力曲线上升、速度曲线下移；反之，桩身阻抗减小或者土阻力向下则产生上行的拉力波，在到达检测截面时将引起力值的减小和速度值的增大，曲线表现为力曲线下移、速度曲线上移。下文以具体工程实例来分别说明。

2 各典型实测曲线分析

在冲击脉冲作用的最开始阶段，只有下行压力波，F与ZV曲线重合，同时起跳同时达到最高峰。

2.1 桩身完整，承载力满足设计要求时，按阻力类型来区分

2.1.1 承载力由桩侧阻力与端阻力共同提供

如图1所示，某工程39#基桩，桩径500 mm，设计承载力特征值2000 KN，桩端持力层为强风化花岗岩岩层，高应变检测承载力4448 KN。桩侧土总阻力3953 KN，桩端土阻力495 KN。桩侧各分段土阻力分布较均匀。此类基桩与上述端承型基桩区别在于桩侧存在一定土阻力，实测曲线特征表现为F与ZV曲线达到峰值后就产生分离，随着时间的推移，F与ZV曲线分离越来越大，并在2L/C时刻前后达到最大值。基桩承载力由桩侧土阻力与桩端土阻力共同提供，为摩擦端承型桩。

图1 承载力则侧阻与端阻共同提供的桩

2.1.2 承载力以桩端阻力为主

如图2所示，某工程ZA406#基桩，桩径400 mm，高应变检测承载力1284.6 KN。桩身上部各分段土阻力几乎为0，承载力由桩底端承力及靠近桩底附近分段的土阻力提供。此类基桩桩侧土阻力相对较小，只有在靠近桩底附近时存在强烈的土阻力，基桩承载力绝大部分由桩端提供。实测曲线特征表现为F与ZV曲线达到峰值后并不会马上分离，而是随着时间的推移，在2L/C时刻前后才产生明显的分离，F曲线出现明显的上移，ZV曲线出现明显的反向反射。桩底与持力层接触良好，基本无间隙，且持力层强度较高。预应力管桩一般为挤土桩，桩端挤压桩底土，引起桩端土体的挤密并使作用在桩身下部的法向应力增加，根据土体的变形特性，在高围压下，土体一般表现为硬化型。桩下端附近土体的刚度随着打桩过程不断强化，而最终导致靠近桩底附近的侧阻力的增加。

图2 承载力以端阻力为主的桩

2.1.3 承载力由桩侧阻力提供

对于某些岩层埋置很深，达到几十米甚至上百米的地区，由桩侧提供的土阻力已经能够满足设计要求的情况下，无需将桩底打至硬质岩层。此时桩为纯摩擦桩，承载力全部由桩侧土阻力提供，F与ZV曲线在达到峰值后迅速开始拉开，ZV曲线下移，在冲击脉冲达到桩底时F曲线出现反向反射，对应位置的ZV曲线有较大的正向反射。由于东莞地区的岩层深度基本在40 m以内，故缺乏此类桩的实测曲线。

2.2 桩身存在缺陷，按缺陷部位来分

2.2.1 桩身中段一般缺陷

如图3所示，某工程128#基桩，桩径500 mm，设计承载力特征值800 KN，桩端持力层为强风化岩层，高应变检测承载力2169 KN，此桩在10 m处存在轻微缺陷。此类桩身存在缺陷，但是缺陷程度不是特别严重。实测曲线在缺陷位置同样会出现一个上行拉力波，在2x/c时刻(此时x为10 m)，ZV曲线有微小的上移，呈同向反射的状态。由于缺陷程度不严重，冲击脉冲的波前区能使缺陷处接缝闭合，后续脉冲将全部透过缺陷截面。下行压力波的能量绝大部分透过接缝向下端桩身传播，只有少许被缺陷截面反射，故仍然可以在一定程度上判定桩底承载力。

图3 桩身存在一般缺陷的桩

2.2.2 桩身中段严重缺陷

如图4所示，某工程826#基桩，桩径500 mm，设计承载力特征值1200 KN，桩端持力层为砾砂或强风化混合岩，经检测判别12 m处存在严重缺陷，配桩为13+13 m。此类基桩由于在桩身出现严重缺陷，导致下行压力波在缺陷截面处无法向下段桩身传播，并在此截面产生上行的拉力波。设缺陷深度为x，则在2x/c时刻，曲线表现为F曲线相对减小，ZV曲线出现非常明显的增大。此时，桩的承载力很可能受桩身结构承载力控制，而高应变法难以评估桩身结构破坏的荷载大小，如需得出确切的基桩承载力则需另做静载试验方可确定。

出现此类严重缺陷的有可能是以下几个原因：1)焊接质量差，未严格按照施焊要求连续饱满或未冷却足够的时间，在打桩过程中导致焊口脱开；2)穿过局部硬夹层时在压应力较集中或桩身质量稍差的部位出现桩身破坏；3)由于挤土效应，土体水平挤压使前期基桩侧向受弯在薄弱处产生破坏；4)打桩过程中桩锤选择不当，导致桩身疲劳破坏；5)设计有地下室，开挖基坑到设计标高处存在软弱土层时，机械或周围土体堆载不合理导致土体移动桩被挤断。在桩基施工过程中应注意避免以上几种情况发生，对不可避免的情况应该合理选择施工工艺保证基桩质量，如存在硬夹层时采用密锤轻打，对于某些特殊地质情况下可以采取先引孔再沉桩；对于桩数较多的多桩承台，合理安排沉桩顺序，控制沉桩速率减少挤土效应的影响；开挖基坑时采取有效措施防止桩被施工机械或周围堆载挤断。

2.2.3 桩底缺陷

如图5所示，某工程21-16#基桩，设计承载力特征值1000 KN，桩径400 mm，桩端持力层为强风化砂岩，此类基桩在桩底处存在缺陷。实测曲线中，ZV曲线在2L/c时刻明显上移，存在明显的同向反射。下行压力波到达桩底时，由于桩底或者持力层存在缺陷即阻抗降低，压力波在此处反射为上行拉力波，F曲线对应部位下移。实测曲线形态类似桩身严重缺陷时缺陷部位之前的那部分曲线，不同的只是缺陷部位改为桩底，而后续土阻力的发挥所引起的曲线形态也有所不同。

图5 桩底存在缺陷的桩

出现此类严重缺陷的有可能是以下几个原因：1)挤土效应使基桩上浮，预应力管桩属于挤土桩，在多桩承台基桩施工时，由于桩距过密挤土作用使桩上浮；2)持力层软化或持力层强度不足，场地所选持力层为软质岩层时，持力层遇水易软化崩解，导致端阻力缺失；3)在场地地层分布不均匀的情况下，片面追求最后三阵贯入度，过度重锤击打，导致桩底桩身破坏。上述各种情况都将使桩底阻抗降低，缺陷的严重程度决定了承载力的大小。

桩底缺陷的基桩高应变检测时一般伴随较大的单击贯入度，承载力很可能不满足设计要求。但在某些情况下，通过连续的几次锤击，将提高基桩的承载力，通过连续复打将桩底击打入持力层，使桩底与持力层良好接合，通过端阻力的提高使承载力有显著提高。对于桩底缺陷引起的基桩不合格情况可以采用复打复压，或补桩的措施进行补救加固。例如某工程经高应变检测判定桩身上部完整，但普遍存在沉降量大、桩端承阻力低，基桩承载力不满足设计要求的情况。该工程设计有地下室，打桩时已将桩送至地下四米左右，由于存在素填土加淤泥层的软弱土层，如果开挖基坑后再复打，不管是静压桩机或锤击桩机均无法行走，后采用带简易导架的自由落锤复打法进行加固，之后重新进行高应变检测满足设计承载力要求。

3 结论

以上通过对实践过程中一些曲线的归纳，将预应力管桩进行了简单的分类与概括，实际工程中很多基桩是介于各个类型之间。文中重点分析了一些的预应力管桩桩基础常见质量问题引起的原因，并联系实际实例提出了一些解决方案和避免的方法。由于基桩是深埋于地下的隐蔽工程，地底的情况很难完全掌握，可能远远不止这些简单的原因影响基桩的质量，这就要求我们检测工作者积累经验，通过不断的学习与研究努力提高检测精确度，一方面为改善和提高预应力管桩的制作工艺及施工方法提供参考，另一方面为工程质量做出积极的贡献。

[1]中国建筑科学研究院.JGJ106-2014.建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[2]广东省建设工程质量安全监督检测总站.工程桩质量检测技术培训教材[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3]薛浩.高应变动力试桩对摩擦型桩检测的研究分析[J].质量检测，2014，32(7)：63-64.

[责任编辑 贺小林]

2015-04-12

尹杨特(1981—)，男，湖南邵东人，东莞市建设工程检测中心工程师。

TU473.1

A

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