第卷第期建筑结构年月预制方桩缺陷的综合检测方法与判别张学文上海市建筑 科学研究院≈提要以某实际工程为背景介绍在用°×进行常规的低应变检测后发现
较高比例的桩在接头位置都存在缺陷通过进一步用°??打桩分析仪进行测试并结合 相关资料进行综合分析对桩的缺陷性质做出了正确判别由此杜绝了工程隐患??≈关
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一前言近年来预制方桩在上海地区的多层小高层民用住宅以及工
微型齿轮业厂房项目的基桩工程中得到了广泛的应用随之而来的是由于打桩过程中不恰当的
起吊多节桩接头的焊接质量不好现场预制导致桩身混凝土强度偏低锤击应力过高及
土方开挖等施工因素而造成的预制方桩产生裂缝断裂甚至上下节脱离的工程质量事
故时有发生??沉桩后的基桩检测成为对预制方桩施工质量的主要控制手段之一??上
海地区常规做法是每个单体工程需做的静载荷试验及以上的随机抽检低应变动测试
验因此检测单位如何正确地检测评定基桩质量消除可能的工程隐患就显得十分重
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进行常规的低应变检测后发
要??某实际工程用美国产°×° ×
现较高比例的桩在接头位置都存在缺陷但如何对缺陷性质进行正确评价仅靠低应变
检测方法无法回答通过进一步用美国°??° ?? √
打桩分析仪
进行测试并结合沉降测量地质资料施工资料等进行综合分析对桩的缺陷性质做出了
正确判别??二工程背景简介某工程为小高层建筑基础埋深约1 ??基桩为
1 ??1 ?? 桩身混凝土的强度为≤桩尖持力层为层砂质粉土桩进入持力层深
度约 ??采用柴油锤打入方式沉桩??其中机组沉桩根机组沉桩根??拟建场地属滨海
平原地貌类型在桩长范围内各土层的物理力学指标详见表??地基土土层分布及物理
力学指标表1层号土层名称土层面埋深 比贯入阻力∏ °标贯试验实测击数Ν1击预
制柱θ °θ °压缩模量Ε ∏??∏??°击褐黄粉质粘土11灰黄粉质粘土11灰
砂质粉土11≈灰淤泥质粉质粘土11 以上以下…灰淤泥质粘土11灰粘土11
暗绿??草黄粉质粘土11草黄??灰黄砂质粉土11三低应变测试测试方法为反射波
法??测试仪器为°×桩身完整性测试仪测试时混凝土的波速设定为 ??1正常桩的
波形曲线图波形曲线特征为波形清晰无同向反射出现??图正常桩桩的实测波形曲
线1非正常缺陷桩的波形曲线图波形曲线特征桩三根桩每根桩三个测点在 附近均
有同向反射波存在??限于篇幅文中只给出桩的波形曲线和测试曲线??初步判定在接
桩位置存在明显缝隙但上下两节桩是否脱离上节桩是否上浮低应变检测无法回答图
非正常桩的实测波形曲线可能性之一接桩处存在明显缝隙而四周角钢焊接质量良
好角钢连接处完好无损上节桩未上浮尽管上下节接桩处存在缝隙但不影响垂直荷载
传递??可能性之二接桩处损坏断开上节桩上浮??若缺陷为第一种情形则基本不影响
基桩使用若为第二种情形则问题较严重??故需在低应变检测的基础上结合其它检测
手段如高应变检测对缺陷性质做进一步确定??四高应变测试1理论土阻力模型高应
变应力波测试曲线≈如图所示在冲击时刻Τ时力波与速度波曲线基本重合并且一直
保持到时刻∧/Χ之后由于土阻力的激发力曲线稍稍高于速度曲线并且力曲线微微升高而速度曲线相应降低??到时刻∧/Χ由于大量土阻力被激发力与速度曲线迅速分离在时刻∧/Χ速度曲线升高而力曲线降低Χ为桩身应力波传播速度Ε为桩身材料弹性模量Α为桩截面积??1缺陷桩的高应变测试曲线测试时用打桩机提供锤击力锤重 采用自由落锤方式落距??1 ??采用°??打桩分析仪对锤击信号进行跟踪测试测试时
混凝土的波速设定为 传感器安装在距桩顶以下1 的位置??每锤击三次后测读一次沉降将高应变测试曲线与沉降值相对照进行分析若测试曲线损坏特征明显改善且与之对应的最后三锤的沉降值之和小于 则停止锤击??图为桩锤击各个阶段的测试曲线??从图锤击初始阶段的高应变测试曲线特征ΒΝΒΝ为自动记录的锤击次数可以看出在冲击时刻η力曲线与速度曲线基本重合之后随着土阻力被激发力和速度曲线逐渐分离但在约 处力曲线与图力与速度曲线速度曲线交汇紧接着速度曲线迅速升高形成一个峰值而力曲线迅速下降形成一个凹槽??这个回响反应速度曲线峰值与力曲线凹槽即为典型的桩身阻抗减少或桩损坏??损坏程度可用损坏截面波阻抗与正常截面波阻抗的比值Β来表示即ΒΖ/Ζ劳契∏ 和高勃尔 给出的桩损坏的判别标准见表??此时Β值为凯斯2高勃尔法反映的极限承载力Ρ 值为 ??沉降测试反映此时贯入度不大桩刚被打动?? Β值与桩身完整性对应关系描述表
2Β11??11??11损坏程度完好轻微损坏损坏断裂图桩锤击测试曲线锤击中间阶段曲线特征同锤击初始阶段相似速度曲线峰值与力曲线凹槽仍旧非常明显此时Β值为
Ρ 值为 两者均比初始阶段略有降低沉降测试反映此阶段贯入度比锤击初始阶段有所增大由此可知此时 接桩处缺陷依旧明显??沉降量增大Ρ 值略微减小说明桩已被打动桩被打动后可导致其侧壁摩阻力降低致使Ρ 值略减由估算分析可知Ρ 值的大小有与上节桩的桩长相匹配的特征??故缺陷初步定性为上下两节桩有分离的可能??收锤阶段速度曲线峰值与力曲线凹槽的变化由逐渐减小到不很明显Β值的变化由初始阶段左右上升到左右Ρ 值的变化由初始阶段的 上升到 ??沉降测试反映此阶段贯入度呈减小趋势
收锤阶段三锤的沉降量之和为1 由此可知此时 接桩处缺陷已明显改善Ρ 值显著增大及沉降量明显减小均显示出与整个桩长相匹配的特征表明前面打动的桩实际为上节桩此时脱开的上下节桩基本闭合整根桩共同受力??由以上检测过程及分析结果可知由低应变检测确定的桩 接桩处的缺陷经用°??检测并结合沉降观测可具体定性为桩上下两节脱开但竖直方向基本未错位通过动力锤击可使上下两节桩基本闭合使其承载力提高??图为桩锤击初始阶段及收锤阶段的测试曲线??表为锤击前后三根桩的测试曲线中Β值与Ρ 值的变化??图桩锤击初始和收锤阶段测试曲线Β值与Ρζπ值变化汇总表3桩号ΒΡ 初始阶段收锤阶段初始阶段收锤阶段1沉降测量高应变测试过程中同时进行沉降测量测试仪器为索佳精度为1 三根桩的沉降测试结果如表所示??由以上图表及沉降测量结果可知桩与桩的高应变试验曲线特征与变化规律非常相似具体表现为锤击初始阶段速度曲线峰值与力曲线凹槽明显与之相应的Β值仅为左右接桩处缺陷特征明显Ρ 值的大小表现为与上节桩桩长相匹配的特征锤击贯入度较小锤击中间阶段速度曲线峰值与力曲线凹槽依旧明显与之相应的Β值及Ρ 值的大小与初始阶段相比变化不大接桩处缺陷特征依旧明显锤击贯入度有所增大仍表现为上节桩受力的特征收锤阶段速度曲线峰值与力曲线凹槽明显减小Β值与Ρ 值显著升高Ρ 值的大小表现为与整根沉降测量结果汇总表4桩号总沉降量 最后三锤沉降量
111111桩的桩长相匹配的特征与之相对应的桩的锤击贯入度明显减小桩表现出
整体受力的特征?? 以下两点值得说明第一Β值有助于判别桩的完整性但是完全依
靠Β值来判别桩身的损坏程度是不恰当的测试时不恰当的波速桩身弹性模量的输入
锤击不居中导致力曲线记录中有明显受弯现象产生传感器安装不平整不牢固等原因
都有可能导致错误的Β值从而错误判别桩身的完整性第二高应变测试方法不宜用于
提供明显缺陷桩的承载力此处Ρ 值主要用于监控手段有助于估算判别是上节桩
被打动还是整根桩被打动以及上下节桩是否基本闭合??五断桩原因分析将整幢楼的
测试结果与工程施工资料进行比较可以看出类桩均产生在机组所施工的桩中表明施合欢椅
工单位选锤不当是造成桩损坏的原因之一选锤范围远远超出了5预制钢筋混凝土方
桩6所推荐的标准详见表??桩的分类表表5机组锤重 沉桩数量抽检数量类桩数量类
档案管理方法桩中的脱节桩类桩比例11接桩处焊接质量不好以及接头空隙处未被充分垫实都可能
成为质量事故的隐患锤击应力过高相邻桩的沉桩施工产生的挤土效应以及挖土卸荷
等其他因素作用均可使先期已施工好的桩接桩处焊缝脱开致使上节桩浮起??六结论
预制方桩的损坏特征多表现为接头损坏桩身裂缝断裂挖机造成的浅部裂缝及断裂??
在用常规的低应变检测技术做检测时若发现某一性态特征的缺陷表现较明显且数量
较多检测单位应引起重视尽可能借助其他检测手段对缺陷灾首鼋 徊教骄勘苊夤こ
过氧化氢浓度测定
桃 紒6?低应变检测由于具有价格便宜易于实施检测面大等特点在用于检测桩是否
存在缺陷时十分有效但对缺陷性质如何定性目前技术上尚未成熟??只有将多种检测
手段结合起来并同时充分研究已有的工程施工资料地质资料进行综合分析才能正确
判别桩的缺陷性质及损坏程度??文中所用的方法亦可作为桩的动复位方法通过复位
可以提高桩的竖向承载力??参考文献
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