预制方桩的缺陷送别及治理

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1、预制方桩的缺陷送别及治理 来源：中国论文下载中心 06-03-15 16:02:00 作者：中科院武汉岩土力学研 编辑：studa9ngns 摘要：以某实际工程为背景，介绍在用 PIT 进行常规的低应变检测和静 载荷试验后，发现较高比例的桩在接头位置都存在缺陷，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；而后采用动力复位的方法，同时进一步采用 PDA 打桩分析 仪和精密水准仪进行跟踪监测，由此杜绝了工程隐患。 关键词：预制方桩 缺陷 波形曲线 PIT PDA 沉降 0 引言近年来，预制方桩在上海地区的多层、小高层民用住宅以及工业厂房项目的基桩工程 中得到了广泛的应用，随之而来的，

2、由于打桩过程中多节桩接头的焊接质量不好、现场预 制而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。本文以位于上海郊区软弱土层上建造的一 12 层住宅楼为背景，介绍在用 PIT（美） (Pile Integrity Tester) 桩身完整性测试仪进行低应变检测和静载荷试验后，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，并采取了动力复 位的治理方法及 PDA（美） （Pile Driving Analyzer）打桩分析仪

3、的高应变法对复位效果进 行评判，由此杜绝了工程隐患。1 工程概况某民用住宅工程为 12 层的框剪结构，基桩采用混凝土预制方桩。桩型为 JZHb-235- 1313B，桩端持力层为-1b 粉质粘土夹砂层，单桩抗压承载力设计值为 680kN，总桩数为 235 根。场地地质概况：拟建场地属滨海平原地貌类型，桩长范围内各土层物理力学指标 表 1。2 工程桩检测结果该工程基坑开挖 1.5 米左右，按设计要求对 3 根桩进行单桩竖向抗压极限承载力试验， 试验前的低应变动测试验发现其中 2 根的反射波曲线出现明显的接桩位置缺陷，其 57#和 106#桩低应变反射波曲线分别见图 1 和图 2。表表 1 地基土

4、土层分布及物理力学指标地基土土层分布及物理力学指标预制桩层号土层名称厚 度（m）比贯入阻力Ps（Mpa）标准贯入N63.5（击）fs（kPa）fp（kPa）粉质粘土0.002.200.60 15 淤泥质粉质粘土6158.900.48 6m,20淤泥质粘土3.908.100.59 20 1a粘土4.407.300.80 30 1b粉质粘土夹砂2.9513.201.735.75015004粉质粘土0.006.303.377.86520001砂质粉土0.006.558.0225.47540002a粉砂7.9014.9014.2739.6906000图图 1. 57#桩低应变实测曲线桩低应变实测曲线图

5、图 2. 106#桩低应变实测曲线桩低应变实测曲线随后的静载试验结果也表明此 2 根试验桩的单桩极限抗压承载力均未达到设计值，且其中 1 根的情况非常典型: Q-S 曲线在 550kN 出现明显向下的拐点，即 660kN 荷载下的沉降明 显增大，是前一级的 3 倍多，而在 770kN 后沉降收敛，曲线又开始上翘；从 S-lgt 曲线中 也可以看到 660kN 荷载级明显曲折，沉降出现极大值。上述现象非常明确的表明本试桩接 桩处有明显缺陷，上、下两节桩脱开约 15mm，在空隙压实前的竖向极限承载力为 550kN, 压实后的竖向极限承载力可以达到 1100kN。静载 Q-S 曲线、S-lgt 曲线

6、及 S-lgQ 曲线见图 3-5。图图 3 静载实测静载实测 Q-S 曲线曲线图图 4 静载实测静载实测 S-LgT 曲线曲线图图 5 静载实测静载实测 S-LgQ 曲线曲线综合静载试验和低应变动测试验曲线可表明，在接桩处有明显的脱开缺陷，且由于接桩部 位脱节，严重影响其单桩承载力的向上传递，但其上下两节桩的桩身完整性均良好。后对该工程的全部基桩进行低应变动测试验，检测发现有 34 根桩在不同程度上在接桩 处存在明显的缺陷，事故的规模和性质是显而易见的，为了充分利用脱节的两节桩，并弥 补脱节的缺陷，使其缺陷桩的竖向承载力能正常传递，让缺陷桩的单桩极限承载力基本达 到设计要求，所以我们采用了锤击

7、技术对其进行动力复位。3 复位方法的选择和复位控制该工程基桩由打桩机沉桩，但基坑已经开挖，打桩机无法下基坑安装到位，即使能实 施费用也很大，得不偿失。故采用三脚架顶部悬挂一落锤的方法(落锤重 2 吨，落距 0.5 米)， 对缺陷桩进行锤击。复位前先对四根正常桩进行锤击以验证锤击能量是否合适，四根桩两 次锤击的总贯入量在 1.54mm-1.84mm 之间，说明动力复位的锤重及落距选择是合适的，即 能将上节桩打动，同时很难将整节桩打动，可将复位停锤标准定为 1mm 左右，也就是说， 当最后两锤的平均贯入量约为 1mm 时，可停止复位锤击。4 复位贯入度测量我们采用索佳 B1 精密水准仪(测试精度为

8、 0.01mm)对被锤击桩进行贯入度测量，复位 的锤击贯入度除三根桩的总贯入量在 6.52mm-9.90mm 之间，其余被复位的锤击贯入度除三 根桩的总贯入量在 6.52mm-9.90mm 之间外，其余被复位的缺陷桩的总贯入量在 28.80mm-55.82mm， 说明由低应变动测试验确定的此类桩，上下两节桩接头处存在明显空隙,脱节 程度较大，但通过上述动力复位后，接头处的空隙已趋于零。代表性桩位复位锤击贯入度 列表如下：桩 号16#57#59#84#106#230#正常桩正常桩总贯入量(mm)44.8443.8345.7855.8255.0049.701.541.70最后两锤平均贯入量(mm)

9、0.650.600.770.910.450.980.770.855 复位效果监测和评判复位后缺陷桩的最终承载力是否得到了较大的提高，运用 PDA（美） （Pile Driving Analyzer）打桩分析仪对其中的 5 根桩进行了复位效果监测和评判，得到了复位后缺陷桩 的竖向抗压承载力。测试时砼的波速设定为 3500m/s，传感器安装在距桩顶以下 0.7m 的位置，通过基桩的 高应变测试仪器，接受复位时的每一次锤击信号,通过分析程序可以监控复位的全过程，从 下图 6-图 10,可以看出随着复位锤击数的增加,缺陷处反射信号逐渐变小和桩身完整性系数 逐渐变大；缺陷反射信号小到一定程度后，随着复位

10、锤击数的增加，缺陷反射信号再不变 化，桩身完整性系数保持为常数，说明复位已经完成。图图 6 57#桩复位初始阶段测试曲线桩复位初始阶段测试曲线 图图 7 57#桩复位中间阶段测试曲线桩复位中间阶段测试曲线图图 8 57#桩复位收锤阶段测试曲线桩复位收锤阶段测试曲线图 6 为 57#桩复位初始阶段的测试曲线。从高应变测试曲线特征可以看出，在冲击时刻 （t=0） ，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 13m 处，力曲线与速度曲线交汇，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

11、阻 抗减少或桩损坏。此时 值为 52%，凯斯-高勃尔法反映的极限承载力 Rsp 值为 360kN 左 右。沉降测试反映此时贯入度不大，桩刚被打动。图 7 为 57#桩复位中间阶段的高应变测试曲线，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 值为 48%，Rsp 值为 297kN，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 13m 接桩处缺陷依旧明显。沉降量增大，Rsp 值略微减少，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 Rsp 值略减，由估算分析可知，Rsp 值的大小有与上节桩 的桩长相匹配的特征

12、。故缺陷初步定性为：上下两节桩有分离的可能。图 8 为 57#桩收锤阶段的测试曲线，从高应变测试曲线特征可以看出：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， 值的变化由初始阶段 52%左右上升到 84% 左右，Rsp 值的变化由初始阶段的 360kN（图 6）上升到 905kN。沉降测试反映此阶段贯入 度呈减小趋势，收锤阶段最后一锤的沉降量为 0.60mm，由此可知，此时 13m 接桩处缺陷 已明显改善，Rsp 值的显著增大及沉降量明显的减少，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

13、低应变检测确定的 57#桩 13m 接桩处的缺陷，经 用 PDA 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。图图 9. 106#桩复位初始阶段测试曲线桩复位初始阶段测试曲线 图图 10. 106#桩复位收锤阶段测试曲线桩复位收锤阶段测试曲线图 9、图 10 为 106#桩复位初始阶段及复位收锤阶段的测试曲线，其测试曲线的变化特征与 57#相同，复位后的单桩竖向抗压极限承载力也达到 910kN。6 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

14、测时，若发现某一性态特征的缺陷表现较明显且数量较多， 应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。.对于本文所述的混凝土预制方桩有脱节缺陷的工程桩，采用本文所介绍的动力复位法进 行修复是完全可行的，经复位后基本可以使脱节部分闭合，复位后的单桩承载力有明显的 提高。参考文献1 PDA-W Users Manual ( version: July 2001, Pile Dynamics, Inc.) 2 Pile Damage Assessments Using The Pile Driving Analyzer (by Scott D. Webster and Wondem Teferra，Stress wave 96 Conference, Orlando, FL, 1996) 3 刘金砺. 桩基础设计与计算. 北京：中国建筑工业出版社，1990 4 桩基工程手册编写委员会. 桩基工程手册. 北京：中国建筑工业出版社，1995