高速公路PHC管桩软基处理病害现场检测探究

鄂海清（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州510507）



高速公路PHC管桩软基处理病害现场检测探究

鄂海清
（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州510507）

摘要：采用管桩内钻孔、孔内摄像和物理探测等方法，联合检测查找高速公路PHC管桩处理软基现场病害出现原因，保证管桩软基处理满足设计要求，确保工程质量。

关键词：高速公路；PHC管桩；软基处理；现场检测

1 概述

预应力高强度混凝土管桩（简称PHC管桩），是采用先张预应力离心成型的一种空心圆筒型混疑土预制构件。PHC管桩单桩承载力高、施工方便，对提高地基承载力和减少公路工后沉降有显著效果。

近年来高速公路建设发展迅速，项目建设周期短，为减少软土路基处理及堆载预压时间，PHC管桩已广泛应用于高速公路软基处理中。目前，对于PHC管桩现场检测主要是桩径、壁厚、桩身完整性、垂直度和单桩竖向承载力等项目。对于施工完成后的管桩桩身完整性及有效长度，常常因为现场施工控制不到位导致管桩内填满泥土或杂物而难以检测，虽然可以通过载荷原位试验检测单桩竖向承载力，但毕竟检测比例和数量有限，大面积检测费用较高。特别是PHC管桩软基处理路段出现病害后，为查清病害出现原因，对PHC管桩现场检测方法的可行性、便捷性及可靠性就显得尤为重要。

本文结合某在建高速公路工程项目，在采用PHC管桩进行软基处理后，路基出现开裂，PHC管桩单桩竖向载荷试验检测单桩极限承载力达不到设计要求值后，在现场采用管桩内钻孔、孔内摄像和物理探测法（单孔地震法及管波探测法）检测已施工管桩的桩身完整性及有效长度，为病害处理提供可靠的基础数据，进而保证软基处理的效果及工程的完全性和耐久性。

2 PHC管桩软基处理概况

某高速公路K30+900～K30+950软基路段，路堤平均填土高度约4.2 m。采用PHC管桩进行处理，场地软土地层参数如表1所示。管桩外直径300 mm，壁厚7 cm，正方形布置，间距2.4 m，设计桩长24 m，管桩采用2根焊接的方式达到设计桩长，桩端持力层为细砂层。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）和静力触探测试的地层参数，经过计算得到的极限承载力标准值，如表2所示。

表1　场地软土地质资料

表2　单桩竖向极限承载力计算值

2 现场病害情况

2014年9月，软基监测单位在K30+900断面布设了监测点，2014年10月初开始填土，截至2015年7月3日，该断面累计填高2.8 m，累计沉降250 mm，填土期间最大沉降速率5 mm/d，填土间歇期最大沉降速率3 mm/d；累计侧向位移29.1 mm，最大侧向位移速率为0.15 mm/d。2014年12月中旬，在路基填筑施工至2.8 m高度时，出现纵向裂缝，2015年6月底，出现横向裂缝，且路基出现明显的差异沉降。

3 现场垂直度、低应变及单桩竖向载荷试验检测

为了解路基开裂的原因，对已施工管桩进行了垂直度检测、低应变检测和单桩竖向载荷试验。

3.1 垂直度检测

在载荷试验前后，分别对3根管桩进行了垂直度检测，如表3所示。

表3　载荷前后垂直度检测对比

表3表明，管桩垂直度不满足设计不大于1%的要求。载荷试验前、后两次测得的管桩倾斜率相近，载荷试验对管桩垂直度的影响较小。

3.2 低应变检测

在载荷试验前后，分别对3根管桩进行了低应变检测（切除桩帽影响长度1 m），如图1和表4所示。

图1和表4表明，K30+905处管桩在10.2 m和5.7 m处分别存在明显缺陷和轻微缺陷，管桩12 m以下部分测试效果不明显，初步分析管桩接头影响了波的传递，检测效果不理想，无法精确确定管桩长度。管桩在载荷试验前、后低应变成果图几乎没有变化，载荷试验对管桩完整性影响较小。

表4　载荷前低应变检测成果

3.3 单桩竖向载荷试验

在该路段选取3根管桩进行单桩竖向载荷试验，如表5所示。

表5　单桩载荷试验成果

图1　管桩低应变检测波形

表5表明，K30+905位置管桩极限承载力不超过200 kN，不满足设计要求。

以上检测结果初步确定，路基出现纵横向裂缝，主要是由于管桩施工长度达不到设计要求造成，一是施工桩长不足，二是断桩造成有效桩长不足。但已施工桩体有效长度仍不能精确掌握。

4 现场管桩内钻孔、孔内摄像及物理探测检测

根据管桩垂直度、低应变及单桩竖向载荷试验的检测结果，仅确定了管桩存在缺陷，管桩单桩承载力不足是由于管桩的缺陷或长度不足造成，但管桩有效长度仍无法精确确定。为进一步确定该处管桩的有效长度，对该处已施工管桩进行管桩内钻孔、孔内摄像及物理探测的检测。

4.1 管桩内钻孔检测

在编号为“1#”、“2#”、“3#”管桩内进行钻探，探查管桩有效长度并穿透设计桩底土层，探明设计管桩桩底持力层的工程地质特征。

现场查勘发现管桩2#已出现大角度倾斜，无法进行钻探，实际完成了编号为1#、3#的管桩内钻探工作。并在1#外侧3 m处进行了常规工程地质钻探，完成钻孔1#-1。钻孔地质柱状图，如图2所示。

在钻孔3#的钻探过程中，钻进至深度8 m附近出现钻机循环泥浆从管桩口周围涌出的情况，推测该桩在8 m或其上的深度存在较大的裂缝或断口。

钻孔1#、钻孔3#在设计管桩深度（24 m）之内均钻遇较多的原状土层（分别为15.10 m及15.30 m）。钻探至管桩桩底深度未钻遇管靴，初步判定在15.1～15.3 m以下无管桩。

图2　管桩内钻孔地质柱状图

4.2 管桩内孔内摄像检测

在管桩内钻孔1#、3#内进行了多次孔内摄像、录像工作。在钻孔1#的摄像过程中，在深度约11.60 m处可见类似管桩端口的影像。11.60～20.00 m见淤泥质土夹砂层的影像，约20.00 m之下见类似灰黄色砂层的影像，如图3所示。

图3　管桩内钻孔孔内录像截图

根据管桩内钻孔摄像、录像成果，推测钻孔1#管桩长度约为11.50～11.60 m，之下为淤泥、砂层等土层；钻孔3#管桩长度不大于8 m。

4.3 物理探测

在管桩内钻孔1#、3#内进行了单孔地震法、管波探测法等物探工作。

4.3.1 单孔地震法

根据图4，1#管桩在11.50 m处有一明显波速拐点，拐点以上沿桩混凝土直达波平均纵波波速为4 560 m/s，拐点下方沿土层直达波平均纵波波速急剧下降到1 300 m/s；且直达波能量迅速下降，频率变低。由此拐点计算该桩桩长为11.45 m。

3#管桩在6.25 m处有一明显波速拐点，拐点以上沿桩混凝土直达波平均纵波波速为4 560 m/ s，拐点下方沿土层直达波平均纵波波速急剧下降到1 300 m/s；且直达波能量迅速下降，频率变低。由此拐点计算该桩桩长为6.24 m。

图4　单孔地震法成果图

4.3.2 管波探测法

根据图5，1#管桩桩底深度为11.3 m，11.3～13.7 m及15.6～16.6 m段管波直达波无能量，推测该段土层以流塑至软塑状为主；13.7～15.6 m及16.6～21.5 m段可见微弱管波直达波，推测该段土层以硬塑中密状为主。

3#管桩桩底深度为6.0 m，6.0～16.1 m段管波直达波无能量，推测该段土层以流塑至软塑状为主；16.1～19.5 m段可见微弱管波直达波，推测该段土层以硬塑中密状为主。根据管波探测法成果1#桩桩长为11.30 m，3#桩桩长为6.00 m。

两种物探结果差异不大，存在的差异主要是物探测试时空间采样率不一致引起，单孔地震法探测间距为0.25 m，而管波探测法的探测间距为0.1 m。

综合管桩内钻孔地质柱状图、孔内摄像、物探等多手段检测成果，对管桩有效长度及岩土层情况作如下判断：

（1）1#管桩、3#管桩长度分别约为11.60 m和 6.0 m。

（2）1#管桩、3#管桩孔内摄像、物探成果反映的地层情况与钻孔1#、3#地质柱状图基本相符。1#管桩、3#管桩淤泥层层底深度分别约为19.80 m 及16.20 m，与设计参照地层情况基本相符。

综上所述，该软基路段出现纵横向裂缝，主要是由于管桩施工长度达不到设计要求造成，一是施工桩长不足，二是断桩造成有效桩长不足。

5 结语

（1）高速公路PHC管桩处理软基病害，通过垂直度、低应变和单桩竖向载荷试验等检测可以确定已施工管桩是否满足设计要求。

（2）通过管桩内钻孔、孔内摄像、物探等检测方法，可以相对精确的检测已施工管桩的长度，并校验设计参照地层情况，为查明PHC管桩处理软基现场病害提供了可行、有效、精确的检测方法，为下一步病害处理提供了可靠的基础资料。

图5　管波探测法成果图

参考文献：

［1］中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］中华人民共和国行业标准.公路软土地基路堤设计与施工技术细则［S］.北京：人民交通出版社，2013.

［3］陈爱元.PHC管桩低应变法检测异常波形探讨［J］.福建建筑，2008，（6）：55-57.

［4］郭连盛.PHC管桩检测的常用方法及效果分析［J］.建筑，2014，（4）：72-73.

［5］沈 建.多级PHC管桩完整性的检测方案［J］.城市建设理论：电子版，2013.

［6］常 润，陈华杰，陈海飞.沉桩后管桩垂直度检测方法研究［J］.城市建筑，2013，（6）：276-276.

［7］饶其荣，李学文.用于探测孔旁溶洞的管波探测法［J］.地质与勘探.2004（z1），130-135.

研究方向：道路设计和软基处理

中图分类号：U416.1

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-01-0009-06

收稿日期：2015-12-30

作者简介：鄂海清（1983-），男，工程师，硕士

On-site Detection of PHC Piles in Soft Soil Foundation Treatment of Highway

E Hai-qing
（Guangdong Province Communication Planning&Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 501507，China）

Abstract:This paper explores how to ensure the soft soil foundation treatment of pile to meet the design requirements，and the quality of the project.by employing the drilling in the pile，video monitor in the hole and physical exploration method，combined with detection the diseases cause of highway PHC pile in soft soil foundation treatment. Key words:highway；PHC piles；soft soil foundation treatment；field detection