浅析PHC管桩桩身缺陷的验证及处理

沈晓野

摘要：目前，PHC管桩在建筑工程、公路工程、铁路工程广泛运用，隐蔽性和复杂性较高，基桩完整性是工程基础安全质量的重要保障，因此桩身完整性检测控制桩身质量的重要一环。低应变检测是PHC管桩桩身完整性中最常用的方法，但也有其局限性，实践证明如有桩身缺陷应结合孔内摄像法验证，能准确确定空心桩的缺陷的位置、范围及程度，使得检测结果科学公正。

关键词：桩身完整性；低应变检测；孔内摄像法

1 前言

基桩完整检测各方法均有其局限性，在各方法运用过程中应充分发挥其优点，当遇到完整性存在缺陷且难以判别缺陷性质的桩应辅以其他检测方法加以验证，综合分析与评判，确定缺陷原因、性质及位置，得出科学合理的检测结果，为后续处理提供依据并制定处理方法，通过工程处理及检测验证使得该类桩可以利用，使得后期的工程质量、安全、工期、成本均得到有效控制，不留任何安全及质量隐患。同时分析原因指导后期施工工艺的改进，类似工程情况可以借鉴。

2 某9号地块公建配套设施PHC管桩桩身缺陷的验证及处理

2.1 低应变检测

2.1.1检测原理

低应变瞬态锤击反射波法桩身完整性检测是用小锤锤击桩顶，产生沿桩顶向下传播的一维应力波，这种应力波在传播过程中遇到不连续界面，将表现为波阻抗Z的变化。根据基桩应力波理论，阻抗Z= Aρc，其中ρ为桩身材料密度，A为桩身截面积，c为应力波，设无缺陷部位的桩身的阻抗为Z1，缺陷部位的阻抗为Z2，当A、ρ、c这3个物理量中的1个或几个开始变小时，会导致Z2小于Z1，从而使得应力波在该部位发生反射，反射的信息传播到桩顶便与桩顶的时域信号叠加并通过安装在桩顶的速度传感器被仪器接收，桩顶接收到的时域信号还包括桩侧土阻力的增加（表现为波阻抗增大）或减小（表现为波阻抗减小）而引起的叠加信息，因此可以根据时域曲线反射信号的位置来判断桩缺陷的深度，根据反射信号的相位变化来判断缺陷的性质。

通过对实测时域曲线上有关桩底反射、质点振幅、波形状况及桩身缺陷反射等特征参量的分析，结合频域曲线上频率特征的分析可将桩身完整性划分为四类

2.1.2现场检测及结果

工程桩采用PHC-AB500（100）-12 12型管桩，桩端持力层为⑤2层。低应变检测抽检数量≥30%总桩数，随机均匀且每个承台至少一根。检测仪器采用RS-1616K（S），传感器安装在壁厚的1/2处，击振点的位置与传感器安装位置的水平夹角为90°。共对67根桩进行低应变动力测试。依据上海市工程建设规范《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2017）对被检的67根桩进行综合分析，桩身完整性疑似明显缺陷的和严重的桩为5根。代表性时域曲线见图1-1、图1-2

2.2 检测结果的验证

根据低应变检测结果中发现部分桩疑似明显或严重缺陷，为查清该单体疑似缺陷桩基本数量及分布情况，其后检测工作以普检形式对基桩进行检测。为明确该批疑似缺陷桩桩身缺陷程度和性质，根据低应变曲线中缺陷反射波幅值AR与曲线起始波幅值AI比值对168根桩进行分类归集。随决定以基桩孔内摄像检测重点对疑似明显缺陷的和严重的桩进行验证和综合评定，在该类别缺陷桩中有针对性地选取4 根桩进行孔内摄像检测。孔内摄像检测适用于建设工程基桩中的空心桩的完整性检测及对钻有竖向孔灌注桩的验证检测。基桩孔内摄像检测沿空心桩或灌注桩钻成的竖向孔道采用摄像技术对孔壁进行拍摄观察，识别桩身缺陷及其位置、形式、程度，特别是经低应变（如：反射波法）检测难以定性的空心桩，可以使用孔内摄像技术对其进行复核。它在一定程度上弥补了现有对于桩身完整性检测方法中的不足，使得检测结果更为直观、准确，并可定量分析。以确定其缺陷程度和性质，并对该批缺陷桩的缺陷程度进行界定。

通过孔内摄像检测发现典型严重缺陷主要为接桩部位断开，接桩部位有土体挤入、流挂、塌落并伴有水渗入的情况（见图2），与低应变检测结果一致。为了进一步明确该工程内基桩轻度缺陷、明显缺陷或严重缺陷的样本分界点，最终基本确定各缺陷桩缺陷类别。根据普测的低应变检测结果对疑似桩身缺陷的11 根桩进行孔内摄像检测验证。根据低应变动力测试结果及孔内摄像检测验证得出：无缺陷桩157根、轻度缺陷桩 4 根、明显缺陷桩 4 根、严重缺陷桩 3根。

2.3 测试结果的处理

考虑本工程的实际情况以及各种检测方法的局限性，在检测方法选用时要力主互相印证，以实现局限性互补，从而确保检测方法选用合理、检测结论充分可靠。制定处理方案：第一步重锤动力复位、第二步复位后孔内摄像检测验证复位情况、第三步清孔灌芯处理、第四步低应变复测验证处理结果、第五步单桩竖向抗压静载荷试验验证。

2.3.1 重锤动力复位

動力复位前先在有严重缺陷的1根上进行试验，检验该桩在重锤的锤击下是否存在桩顶变形异常。如存在突变异常，根据不同落距的作用下，每锤观测的桩顶变形量、沉降速率及规律、闭合后的回弹量等指标，确定后期动力复位的技术参数。现场对采用高应变法对每击次进行监测、精密水准仪对桩顶每次锤击的变形量进行监测。高应变法通过每次采集的曲线比对F、V曲线变化情况，因初始贯入度较大，上节桩土阻发已充分挥，随着桩顶变形量的收敛上、下节桩的逐渐密贴，下节桩部分土阻也随着发挥，F、V曲线发生明显变化，缺陷位置不是很明显，实现动力复位闭合效果。

通过对92#桩复位结果得出，锤重宜选择2.5t，第一阵次锤击恒落距为1.2m，第二阵次恒落距为0.8m，为后续的基桩复位提供宝贵依据。

2.3.2复位后孔内摄像检测验证

92#桩复位后孔内摄像判断接桩部位基本贴合见图3，复位后12.0m接桩处的土体挤入、流挂、缓慢塌落情况，通过孔内摄像检测发现动力复位已达到预期效果。

2.3.3 灌芯处理及低应变复测

动力复位后应把桩孔内清洗干净，安置钢筋笼的长度应超出接桩部位3m，浇筑砼时应一次灌注成功，且要振捣密实，砼强度不得低于桩身强度。14天后对其7根桩进行低应变动力测试，桩身完整性无明显缺陷及严重缺陷。部分低应变检测曲线图见图4。

2.3.4单桩竖向抗压静载荷试验承载力验证

在低应变检测的结果后，采取用单桩竖向抗压静载荷试验对处理桩中的92#桩进行承载力验证，试验荷载为2200kN，加载极差按10级划分，第1次加载取2倍极差。试验结果根据《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2017）判定，该桩单桩竖向抗压极限承载力不小于2200kN，满足设计要求。

3 结论

通过对该工程检测结果的综合分析，低应变检测技术远未成熟，因此应充分认识到该种检测方法的局限性，单一的检测方法对工程质量容易造成误判或漏判，在检测方法选用时要力主不同检测方法的互相印证，以实现检测方法的局限性互补，从而确保检测方法选用合理、检测结果准确可靠。虽然PHC管桩而言有其质量难以保证的一面，但又有其便于桩身质量处理缺陷的一面，通过孔内摄像准确的确定缺陷性质及其位置，复位后可通过桩孔内填芯弥补结构强度，解决桩身强度和完整性的问题，使其在验证处理后得以利用。

参考文献：

[1]上海市工程建设规范《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2017）.

[2]中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）.

[3]丁恒轩低应变反射波法在基桩检测中的应用，南京理工大学；2012年.

[4]刘福臣，王文，张振善，刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身完整性判别[J].港工技术，2012年第02期：46-49.

[5]中国工程建设协会标准《基桩孔内摄像检测技术规程》（CECS253-2009）.

[6] 赵虎，丁博PHC管桩接桩质量的一种检测方法《中国建材科技》，2014（1）：3-8 .

（作者单位：上海同纳建设工程质量检测有限公司）