PHC管樁樁身質量檢測中多種方法的綜合應用

楊春柳

（上海匯谷巖土工程技術有限公司，上海 201108）

0 引言

PHC管樁是一種采用先張法預應力、離心成型、蒸汽養護和圧蒸養護工藝制成的空心圓筒混凝土構件。相比其它基礎建設材料，混凝土管樁憑借造價低、施工快、質量可靠等優勢，逐漸得到工程界的青睞，在建筑行業中得到廣泛應用，預制樁已占到我國樁基使用總量的半壁江山。

目前環保要求日趨嚴格，靜壓預應力混凝土管樁相比其它樁型的優勢有以下幾點：①施工噪音低；②施工振動小；③無污染，施工效率高。但是隨著大噸位基樁的出現，也逐漸暴露出一些問題：①沉樁擠土會對周邊環境設施造成不同程度的破壞，造成已有樁上浮、偏位、樁身損傷或斷裂；②靜壓樁群樁施工過程中由于擠土效應會使樁間土和樁端土結構破壞從而降低其強度；③對于多節預應力管樁可能由于關鍵工序控制不嚴，很容易在施工過程中出現樁頭、樁身剪切破壞，焊縫開裂，端板脫開等問題，如果樁身破壞位置較深，低應變則檢測不出缺陷，但是靜載試驗結果會明顯偏低。鑒于上述，有必要采取其他檢測手段補充驗證[1-7]。

1 檢測方法

1.1 低應變動測法

將管樁視為一維線彈性桿件，當樁頂受一沖擊力后，其應力（應變或位移）以波動形式在樁身中傳播，遇到波阻抗差異界面后，產生反射波信號，通過分析入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達時間等特征，達到檢測樁身完整性的目的。該方法的特點如下：

①方法較為快捷，對于缺陷嚴重程度并不能定量確定，當樁身存在多處缺陷時，一般只能識別距離樁頂最近的缺陷，深部的缺陷位置會受到反射波的疊加干擾造成誤判或漏判，對于等間距的缺陷判識難度更大；②對多節預應力管樁接樁位置附近的缺陷，易誤以為是端板焊接不佳引起的反射信號。無法檢測垂直裂縫，檢測深度有限[8]。

1.2 靜載荷試驗

單樁靜載荷足尺試驗通過堆載、錨樁、自平衡等方法提供反力，該方法是獲得承載力最為可靠的方法，但是靜載試驗設備重、轉場安裝成本高，因此無法對樁基進行大規模試驗檢測。

1.3 孔內攝像法

孔內攝像法是利用管樁內部空心部分作為測試通道，采用能進行垂向和環向切換的防水攝像頭對孔壁進行錄像及觀察，識別樁身缺陷及其位置、程度的檢測方法。測試之前，需預先進行清孔作業，但要注意承壓水的突涌問題。該方法特點是觀察較為直觀，可確定缺陷位置，對缺陷做出定量分析。管樁有多道缺陷時，可準確測出每道缺陷，可檢測管樁的豎向裂縫并對深部缺陷進行檢測。為后期缺陷的處理提供準確資料[9-10]。

2 工程實例

上海市某大型居住社區項目，擬建4幢17層高層住宅樓、6幢18層高層住宅樓、地下車庫及垃圾房、P或K型站、水泵房等輔助用房。

擬建場區內地層分布穩定，第②層粉質黏土埋藏淺，第③層淤泥質粉質黏土，第④層淤泥質黏土，第⑤1-1層黏土，20 m以上土層以飽和軟土為主。第⑤1-2層粉質黏土，軟塑，高壓縮性。第⑥層粉質黏土，土質均勻，可塑—硬塑，中壓縮性，Ps平均值為2.41 MPa。第⑦1層為砂質粉土，中密，中壓縮性，Ps平均值為6.98 MPa，層位穩定，層頂標高在-21.23～-23.54 m，厚度4.0～7.3 m，平均厚度為5.77 m。第⑦2-1層粉砂，密實，中—低壓縮性，Ps平均值為13.85 MPa，標貫擊數40擊，層位穩定，層頂標高在-26.58～-29.73 m，厚度6.4～9.8 m，第⑦2-2層粉砂，密實，中—低壓縮性，PS平均值為20.20 MPa，標貫擊數60.2擊。

項目共布設工前試樁10根，擬通過破壞性靜載荷試驗為設計提供設計依據。樁規格為PHC 500 AB 100-15，15樁頂標高為+3.400 m。樁端持力層⑦1砂質粉土，樁端進入持力層深度范圍為3.06～4.82 m，入層段Ps值平均值為5.58～8.99 MPa。沉樁過程較為正常，終壓力為2625～3000 kN之間。

在載荷試驗過程中，3#—10#試樁單樁豎向抗壓極限承載力表現正常，處在2700～3150 k N之間；1#、2#試樁單樁豎向抗壓極限承載力表現異常，處在1800～2100 k N左右，明顯低于正常極限荷載值，且遠未達到設計預期。

為確保設計施工安全，有必要分析1#、2#試樁承載力表現異常的根本原因。

（1）試驗前后的試樁低應變成果

試樁試驗前后的低應變時域曲線特征表現正常（見圖1）。低應變檢測僅能檢出樁身有效評價深度范圍內的樁身缺陷，低應變檢測顯示：

1）樁身淺部（主要指上節樁）無缺陷；

2）樁身深部未檢出缺陷；

3）樁頂外觀檢查：靜載荷試驗結束后，1#、2#樁頂完好。

圖1 1#、2#樁靜載前后低應變曲線對比圖

（2）實測樁頂位移的同步性分析

1）1#樁

樁頂對稱分布的四個數顯位移計表明：破壞荷載及前一級荷載作用下，四個測點的位移同步性較好，詳見表1。

表1 1#樁部分累計位移變化量匯總表

當加載至1800kN時，累計沉降僅達12mm左右，顯然樁端阻力未曾有效發揮；當加載至2100kN時，樁頂位移呈沉降--收斂或加速沉降--收斂趨勢，如此存在多個循環，該沉降顯示為非樁土之間的正常位移表現，推測樁身深部存在結構破壞。

2）2#樁

樁頂對稱分布的四個數顯位移計揭露：破壞荷載及前一級荷載作用下，四個測點的位移同步性較差，詳見表2。

表2 2#樁位移變化量匯總表

當加載至2100kN時，累計沉降不大，顯然樁端阻力未曾有效發揮；當加載至2400kN時，樁頂位移呈沉降--收斂或加速沉降--收斂趨勢，如此存在多個循環，該沉降顯非樁土之間的正常位移表現。推測樁身深部存在結構破壞。

（3）s--lgt曲線特征分析

1）1#樁

在加載至2100kN荷載時，s-lgt曲線顯示：前段位移變化越來越小，該級累計沉降量趨于穩定，后段位移突然增大，曲線成階段性小折線，此曲線形態與樁身結構破壞特征相符（見表3，圖2）。

表3 1#樁沉降量匯總表

圖2 單樁豎向靜載試驗Q--s曲線及s--lgt曲線圖

2）2#樁

在加載至2400kN荷載時，s--lgt曲線顯示：位移變化呈明顯折線型增大，此曲線形態與樁身結構破壞特征相符（見表4、圖3）。

表4 2#樁沉降量匯總表

圖3 單樁豎向靜載試驗Q--s曲線及s--lg t曲線圖

（4）孔內攝像檢測成果

1）1#樁：攝像結果顯示，15.0 m接樁處欠貼合；樁頂往下約22.5 m樁身處，發現樁身嚴重斷裂且伴有明顯破碎，25.0 m處見水（見圖4）。

圖4 1#樁缺陷（破碎）位置處截圖

2）2#試樁：攝像結果顯示，15.0 m接樁處基本貼合；樁頂往下約22.7 m樁身處，發現樁身嚴重斷裂且伴有明顯破碎，26.5 m見水（見圖5）。

圖5 2#樁缺陷（破碎）位置處截圖

（5）沉樁終壓力分布和承載力之間的關系

沉樁終壓力≯0.7fck×Ap≈4500 k N，施工時取3600 k N，分析詳見表5。

（6）地質情況和承載力之間的關系

地質情況和承載力之間的關系分析見表6。

表5 沉樁終壓力與承載力關系匯總表

表6 地質情況和極限承載力關系匯總表

由上表可知，就土體承載力而言，1#、2#樁單樁極限承載力理應高于其他試樁，現實測值卻遠低于其他試樁，故推測1#、2#樁破壞機理為樁身結構破壞。

綜上所述要素，最終判定1#、2#樁為樁身結構破壞。

3 結語

本文以某大型居住區工前試樁為工程背景，得出了部分試樁承載力明顯偏低的原因，得出以下結論：

1）對于多節PHC管樁基樁而言，若樁體結構深部出現明顯缺陷，樁土耦合較好，局限于低應變的適用范圍，缺陷無法檢測出來，有可能出現誤判、漏判。

2）10根試樁樁端以下4d范圍內Ps平均值為7.72～14.40 MPa，結果表明選取⑦1作為持力層是合適的。1#、2#樁靜載結果明顯偏低，在地勘資料可靠的情況下，懷疑樁體結構深部破壞是合理的。

3）孔內攝像技術作為一種補充驗證檢測手段，通過對樁身孔內缺陷進行可視化檢查，能比較直觀的定位缺陷位置，判定缺陷的嚴重程度。本工程1#、2#試樁通過孔內攝像，結果表明兩個試樁在第二節樁中部位置均發生明顯破損，驗證了導致極限承載力明顯偏低原因的推斷。

由于基礎工程的隱蔽性和粧身缺陷類型的復雜性、多解性，釆用一種檢測方法評價樁身質量一般不太準確和可靠，被漏判或誤判的樁身完整性問題后期很難被發現，一般是難于補救的，會給建構筑物的長期使用，留下安全隱患。釆用多種方法綜合檢測判定樁身質量，這既是對工程質量負責，也是檢測機構的分內之事。