一種大直徑空心管樁高應變法檢測中樁頭處理方法探討

楊澤東 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

樁基礎是一種承載能力高、適用范圍廣、歷史久遠的基礎形式。隨著生產水平的提高和科學技術的發展，樁基的類型、工藝和應用范圍都有了很大的發展，并被廣泛應用于高層建筑、港口、橋梁等工程中。由于管樁具有施工周期短、樁長調節方便、施工無污染、成形質量穩定等特點，故其得到了廣泛的應用。隨著超高層建筑、大型橋梁、鐵路和機場等工程建設的需要，對基樁承載力的要求越來越高。目前，大直徑樁的應用也越來越廣。大直徑空心管樁型號主要有800（110、130）、1000（130）、1200（150）、1300（150）1400（150）等，單位為mm[1]。對于大直徑空心管樁，由于單樁抗壓承載力大，根據國家行業標準《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）[2]要求，重錘的重量不得小于單樁豎向抗壓承載力極限值的0.01，否則試驗檢測錘的重量也會相應變大，在進行高應變法檢測時，對樁頭會產生一定的損傷。現有預制管樁樁帽與樁頂之間的接觸不充分，使用過程中樁帽與樁頂不能緊密接觸，重錘擊打樁帽時樁頂受力不均勻，會得到低質量的錘擊信號，影響基樁承載力分析，同時也容易造成樁頭損壞。針對此類問題，本文給出了大直徑空心管樁高應變法檢測中一種樁頭處理方法，并在工程實例中得到了有效應用。

1 樁頭處理方法

中心軸線相同的圓形上、下端板，上端板直徑與管樁直徑相等，下端板直徑略小于管樁內徑，上、下端板通過若干根主筋相連接，主筋周圍布置箍筋，下端板與主筋固定，上端板與主筋可拆卸連接，主筋沿端板周向分布設置。沿上端板周向布置螺栓孔，將管樁法蘭盤與上端板連接，法蘭盤與上端板之間設有墊圈，在上端板上布置墊層。在上端板和下端板之間澆筑混凝土。連接結構的立體示意圖如圖1所示，縱截面示意圖如圖2所示。

圖1 連接結構的立體示意圖

圖2 縱截面示意圖

2 工程實例

銅陵市樅陽縣某特大橋項目，全長2387.53m，起止里程為DK46+696.42-DK49+84.150，全橋74 孔，其中71 孔簡支T 梁、1 聯3 孔（32+48+32）連續梁。全橋樁基礎采用預制PHC1000AB130型管樁，樁基總長12724 延米（381 根），樁長為30～38m，設計單樁豎向抗壓承載力特征值為3266kN，根據設計單位和規范要求，需對基樁進行承載力和完整性檢測。

2.1 地質情況

根據勘察單位提交的巖土工程勘察報告，建設場地位于銅陵市郊區，項目地處揚子淮地臺坳，淮陰山字型構造的前狐東翼，兩端多為平原，中部低山丘陵，為沖積平原地貌，屬長江一級階地，地勢較低，地形平坦開闊，地面高程一般為8.50～10.50 m，相對高差約2.0 m。根據鉆探揭露地層及土工試驗成果和原位測試數據分析，場地地基土層自上而下的分層如下所示。

①2-1 淤泥（Q4al）：黑色、灰黑色，流塑，含腐殖質，具腥臭味，層厚0.00～2.00 m。

②2-2 淤泥質黏土（Q4al）：黑色、灰黑色，流塑～軟塑，含腐殖質，具腥臭味，局部夾粉土、粉砂，層厚0.50～6.90 m。

③3-1 粉質黏土（Q4al）：黃褐色、灰褐色，軟塑，含鐵錳質氧化物結核，層厚0.60～4.70 m。

④6-1 粉土與粉砂互層（Q4al）：灰色，松散，飽和，局部夾薄層黏性土，層厚1.60～10.70 m。

⑤7-2 粉細砂（Q4al）：灰褐色，稍密、飽和，主要由長石、石英、云母等組成，局部夾薄層粉土，層厚3.10～16.50 m。

⑥7-3 粉細砂（Q4al）：灰褐色，中密～密實，飽和，主要由長石、石英、云母等組成，局部夾薄層粉土，層厚11.60～22.50 m。

⑦8-2 中粗砂（Q4al）：灰褐色，中密，飽和，主要由長石、石英、云母等組成，局部夾少量礫卵石，層厚0.70～14.60 m。

⑧9-2 細圓礫土（Q4al）：灰褐色，中密，飽和，夾黏性土，其中礫石含量約60%，粒徑5～30 mm，揭露層厚2.00～19.00 m。

⑨2-1 礫巖（Ed）：全風化，黃褐色、紫紅色，原巖結構已基本破壞，巖芯風化呈土柱狀，夾砂巖碎塊，遇水易軟化，層厚1.40～13.60 m。

⑩2-2 砂巖（Ed）：強風化，黃褐色、紫紅色，砂狀結構，層狀構造，節理裂隙很發育，巖體破碎，巖芯呈塊狀、碎塊狀，層厚2.60～6.00 m。

[11]2-3 砂巖（Ed）：弱風化，黃褐色、紫紅色，砂狀結構，層狀構造，節理裂隙較發育，巖體較完整，巖芯呈柱狀、短柱狀，局部地層破碎。RQD 一般為50%～95%，采取率一般為90%，最大揭露層厚14.30 m。

2.2 施工準備

打樁機進場前清除地表土，對原地表土進行換填處理，填筑打樁平臺，填筑高度與施工便道等高并進行碾壓，打樁平臺填筑暫定長度19 m、寬度13 m、高度1.2 m。

柴油式導桿打樁機進場安裝，并進行調試，滿足施工正常運轉。

打樁前在樁位上埋設直徑1.3 m、長5 m 的鋼護筒，護筒高度露出地面高20～30 cm，以保證地表水及周圍土體雜物落入樁芯。

按照設計圖紙要求，選定PHC 預制管樁廠家并簽訂供貨合同外購管樁。預應力管樁的規格、質量滿足設計要求，并有廠家出具合格證書，現場按要求進行驗收。

管樁接樁采用二氧化碳保護焊進行焊接，并應符合現行行業標準《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81）的相關規定。

2.3 樁基施工

管樁施工前，應綜合考慮周圍建筑物、施工設備、地質情況等因素，確保打入深度能夠滿足設計樁長要求。施工采用錘擊打入法，控制方法有錘擊應力控制法和總錘擊數控制法。樁錘選擇應充分考慮現場地質情況、樁的外形尺寸、重量、入土長度等條件。樁錘的夯擊需克服樁的貫入阻力，包括克服樁尖阻力、樁側摩阻力和樁的回彈產生的能量損失等。如果樁錘的能量不能滿足上述要求，則會引起樁頭部的局部壓曲，難以將樁送到設計標高。橋址地質顯示上層為軟土及黏土、中下層為砂層。根據施工圖紙樁錘選擇建議，擬選用18T 導桿式柴油錘進行試樁，試樁過程中根據試樁情況再作錘型、錘重調整，通過地基承載力計算指導大面積管樁施工。PHC 管樁施工收錘目前是以標高控制，并記錄管樁施工剩余1m 的錘擊數和時間，取最終十擊的貫入度作為最終貫入度，單位為mm。

2.4 樁基檢測

對基樁進行承載力檢測，靜載試驗和高應變法檢測對比如表1所示。

表1 靜載試驗和高應變法檢測對比

綜合檢測周期、場地要求、現場安全和成本，受建設單位的委托，對該項目樁基進行高應變法檢測。采用自制具備導向機構和自動脫鉤功能的高應變自由落錘（錘重8 t）及錘擊裝置，對樁頭進行加固處理，采集了大直徑空心管樁高應變信號，分析單樁豎向抗壓極限承載力是否滿足設計要求。

2.5 高應變法檢測及分析原理

根據行業標準《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）采用波形擬合法進行檢測分析。檢測系統示意圖見圖3。

圖3 高應變法檢測系統示意圖

2.5.1 檢測前期準備

由于高應變法檢測將使用重錘，因此檢測前場地不可大開挖，必須修好通往每根被檢測樁的路，以保證重型汽車和汽車吊機能駛近被測樁。

2.5.2 高應變檢測樁頭處理及檢測基坑開挖

每根擬進行高應變法檢測的基樁，都要特別制作樁頭。為節省工期，應盡早按下列要求制作樁頭。

①對每根受檢基樁的樁頭進行抱箍，高應變檢測需待樁身混凝土強度達到設計強度等級且樁頭混凝土強度達到C30時方可進行；

②受檢基樁需開挖，對于大直徑樁，開挖深度從樁頂算起一倍樁徑，開挖寬度為3 m左右。

2.5.3 高應變法單樁承載力檢測實施細則

①高應變法檢測錘重：根據規范和委托單位提供的單樁承載力，本工程高應變法檢測錘重為8 t。

②高應變法檢測傳感器安裝：將嚴格按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）的規定進行。

2.6 實測曲線分析

其中40-2#基樁實測波形與擬合曲線、樁側阻力分布和模擬的荷載-沉降曲線及擬合數據如圖4-圖6，樁側摩阻力數據一覽表如表2所示。

表2 樁側摩阻力數據一覽表

圖4 實測力及實測速度曲線

圖5 實測速度及計算速度曲線

圖6 模擬P-S曲線

記錄樁號為40-2、樁長為34.00 m、截面積為0.3553 m2、樁身混凝土平均縱波速為4300 m/s、Fmax=13497 kN、Vmax=3.75 m/s、Smax=11.05 mm。

Rs=6752 kN、Rt=1690 kN、Rsum=8442 kN、Jc=0.99、Qs=2.07 mm、Qt=4.19 mm、Js=0.76 s/m、Jt=2.00 s/m。

根據擬合數據得出該樁的側摩阻力為6752 kN、端阻力為1690 kN、豎向抗壓極限承載力檢測值為8442 kN，大于設計承載力值的2 倍，該樁的承載力滿足設計要求。

3 結語

本文給出的一種大直徑空心管樁高應變法檢測中樁頭處理方法，能使端板與樁頂之間的緊密接觸，得到較高的高應變法測試曲線，測定了試驗樁各土層的分層摩阻力和樁尖端阻力，在工程實例中得到了有效應用。