預應力管樁質量檢測.doc

預應力管樁的質量檢測1 前言高強預應力管樁基礎是本地區(qū)應用最廣的基礎型式。如何保證管樁的承載力是我們大家 都關心的問題。樁的承載力決定于土的承載力和樁身質量兩個方面。管樁的檢測就是用各種 不同的方法從不同的角度來考驗這兩個方面，以判斷其是否滿足要求。目前，管樁常見的檢 測方法有單樁豎向靜荷載試驗、高應變動力試樁、基樁反射波法等三種。本文就這三種方法 進行介紹并討論它們的適應性和應注意的地方，供同行參考。2 單樁豎向靜荷載試驗21單樁豎向靜荷載試驗的目的靜荷載試驗是采用接近樁的實際工作條件的試驗方法來考驗樁，主要是為了獲得樁的極 限承載力，作為設計的依據(jù)?；蛘咴跇兜尿炇针A段確定樁的承載力是否滿足設計要求。22單樁豎向靜荷載試驗的原理在樁頂施加了豎向荷載后，樁土間產(chǎn)生相對位移，樁身表面則出現(xiàn)向上的側阻力；樁身 上部產(chǎn)生壓應力和壓縮變形。隨著樁頂荷載的增加，樁土間的位移進一步加大，樁身的應力 進一步往下發(fā)展，樁下部的側阻力也逐漸發(fā)揮出來；當樁頂荷載足夠大時，側阻力達到最大 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。此時樁頂荷載就是其極限承載力。在試驗的過程中，若樁身有質量缺陷可 能會出現(xiàn)先期破壞(樁身發(fā)生破壞先于土承載力)，這樣也就一并對樁身質量作了檢驗。通過靜載試驗獲得樁的承載力，可分為按強度控制和按沉降控制兩大類：樁側、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，此種情況按強度控制，取荷載沉 降曲線出現(xiàn)陡降段的前一級荷載作為樁的極限承載力。土的承載力沒有發(fā)生破壞，隨著荷 載的增加，雖然沉降量也進一步增大，但樁端土的承載力也進一步增大，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)設計要求或規(guī)范要求取某一沉降所對應的荷載作 為樁的承載力。23單樁豎向靜荷載試驗的適應性討論靜載試驗對樁地承載力檢測是最適宜的。試驗施加的荷載，加載速度極為緩慢，樁的沉 平均速度為0.0001ms，加速度接近于零，靜載試驗測到的承載力，被認為是最接近于工程 實際。因此，靜載試驗也用作檢驗動力試樁的準確與否。靜載試驗對樁身質量檢測的適應性是不充分的，表現(xiàn)為以下四點：如果試驗中出現(xiàn)樁 身上部的先期破壞，無法判明破壞的位置：如果樁身急劇沉降而通過補加荷載，發(fā)現(xiàn)樁所 能承受的荷載沒有明顯降低的時候，難于判明是樁身下部破壞還是土承載力的破壞；試驗 對于樁身的水平裂縫無法檢測；無法對樁身強度進行充分檢驗。3 高應變動力試樁31高應變動力試樁的目的檢測土的承載力和樁身的質量。還可進行打樁監(jiān)測，確定樁錘效率、樁身應力等。32高應變動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 在樁頭附近造成應力，應力以波的形式往樁底方向傳播，沖擊應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往上及往下傳播。沖擊應力波和 土阻力波在傳播過程中如果遇到阻抗(cA)變化，就會在界面(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的動阻力和與位 移相關的靜阻力組成，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量的完整性情況。作法是，在管樁樁頭附近的某一截面上對稱安裝應變傳感器和加速度傳感器各一對，用 以得到此截面的力和速度變化曲線。由于沖擊應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量情況的信息。設定樁的模型，通過應力波理論進 行分析，便可得出土的參數(shù)，從而把動阻力、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 相應程度地調整樁的模型，這樣，樁的模型就反映了樁身的質量情況，通過計算可得到樁身 質量情況的定量值。這些分析計算過程都是通過計算機程序以人機對話的方式，不斷地進行 疊代、修正，以達最佳的結果。33高應變動力試樁的適應性討論就管樁來說，一般情況下，高應變動力試樁對土承載力檢測是適應的。理由如下：此 試樁方法用幾十kN的重錘進行錘擊，可使樁產(chǎn)生2510mm的位移，因而能充分調動土的承 載能力；此試樁法理論嚴密、可靠，有較長的工程實踐經(jīng)驗，國際上有三十年的發(fā)展歷史 ，我國也有近十年的時間。美國1989年頒布了ASTM標準，我國1997年頒布了行業(yè)標淮。為 了得到土承載力，在進行分析時，準確設定樁身模型是極重要的一環(huán)，而相對于灌注樁來說 ，管樁樁身情況簡單、明了，因而其結果要準確、可靠得多。高應變動力試樁法也有不適應的情況：薄持力層下有軟弱夾層的情況不宜應用，因為 此法動力作用明顯(力持續(xù)時間為001s)，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，而在靜荷載或長期力作用下，卻承受不了較高的荷載；樁身 存在嚴重缺陷或斷樁的情況下，無法準確給出土承載力，因為此時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。管樁的 堅向裂縫無法檢測。4 基樁反射波法4I基樁反射波法的目的檢測樁身質量的完整性。42基樁反射波法的原理通過在樁頂制造一個向下傳播的應力波，應力波遇到樁阻抗(cA)發(fā)生變化的界面便會 發(fā)生反射與透射。當樁身某處阻抗變大(擴頸等)，便會產(chǎn)生與入射波反相的反射；當樁身某 處阻抗變小(縮頸、離析、裂縫等)，便會產(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。43基樁反射波法的適應性討論基樁反射波法產(chǎn)生的加速度在幾g左右，應變在10左右，不可能調動土的阻力，因 此不能檢測土的承載力。此法能檢測樁質量的完整性情況，而且方便、迅速、費用低廉，對突變性的缺陷很敏感 。對于管樁來說，在以下局限性：垂直裂縫無法檢測，其原因與高應變動力試樁一樣；淺 部缺陷由于反射波與入射波波形疊加，較難檢測并不能判定缺陷位置：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，應力波經(jīng)不住土阻力、樁身微細裂縫的能量消 耗，難于到達樁底并返回樁頂，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。樁身彎曲，此法也無法檢測。樁身彎曲將會造 成一個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，筆者認為彎曲是許多管樁檢測不到樁底回波的主要原因。5 結語我們進行管樁質量檢測，就是要檢驗土的承載力和樁身質量能否滿足設計、規(guī)范的要求 ，有足夠的安全儲備，以保證建筑物的安全使用。檢測工作，筆者認為需注意以下幾點：(1)各種檢測手段有不同的費用、試驗時間、場地要求、試樁數(shù)量、檢測角度，因而應 綜合使用各種檢測手段，互相配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，使綜合檢測效果達到最優(yōu)。(2)對于經(jīng)高應變動力試樁或基樁反射波法檢測被判定存在明顯缺陷的管樁，雖然后來 經(jīng)靜載試驗合格，仍需進行樁身處理，以保證樁身的質量。(3)對于經(jīng)基樁反射波法檢測判定為樁身存在疑問的管樁，可進行高應變動力試樁，以 便定量缺陷的大小，或進行靜荷載試驗，對缺陷進行進一步的檢驗。(4)對于打爛樁或收不了