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高应变动力试桩法检测预应力管桩的工程实例与分析
[导读] 简要介绍了高应变动力试桩法的检测原理，并结合工程检测实例，总结了预应力管桩在检测过程中常遇到的桩质量问题，如桩身断裂、接桩质量差及假收锤等。根据试桩检测结果，分析和判断施工中存在的问题，提出了注意事项。
【摘要】简要介绍了高应变动力试桩法的原理，并结合工程实例，总结了预应力管桩在过程中常遇到的桩质量问题，如桩身断裂、接桩质量差及假收锤等。根据试桩结果，分析和判断施工中存在的问题，提出了注意事项。
【关键词】预应力管桩； 缺陷 实例
&&&&&&& 广东中山地区大部分是沿海冲积平原，地质复杂多变，持力层层面起伏变化大。由于预应力管桩桩身强度高，耐打性好，穿透性强，单桩承载力高，施工速度快，可以根据不同的地质条件，灵活选用配桩方案，因而在中山地区被广泛应用。高应变动力试桩法不仅能够确定桩的承载力，而且能够对桩身质量做出评价。采用CAPWAP法能够区分桩的摩阻力、端承力，以及各层土的分段摩阻力，它所获得的桩的信息量大，能够对整个桩基工程质量作出比较全面合理的评价。因此，中山地区很多工程都进行了高应变动力试桩法。
高应变动力试桩法是在打桩动力学研究的基础上发展起来的，是以重锤锤击桩顶，产生应力波以速度c沿桩身轴向传播，引起桩身各截面运动，产生速度和位移，激发桩周的土阻力；土阻力对桩周的反作用，在桩内形成向上传播的压缩波和向下传播的拉伸波。PDA打桩分析仪通过装在离桩顶至少二倍直径的桩身上的一对力和一对加速度传感器，测量桩身顶部的力和速度，用波动方程计算出与桩运动相关的土的静阻力、动阻力及桩身的缺陷程度，从而预测桩的极限承载力，并对桩身的完整性进行评价。
2 工程实例
1)中山市某镇工地采用预应力管桩，桩直径300mm，单桩竖向承载力设计值为900kN，总桩数96条。地质资料显示20m附近有一硬土层，上部为淤泥质土。一开始采用D50锤锤打，出现几条断桩，后改为D35锤，锤击效果良好。共进行了5条桩的，发现一条桩有严重缺陷，缺陷位置在软硬层附近，见图1。
打桩过程中，桩锤选择不当会导致桩身的破坏，如桩细长又遇到较硬土层时，锤击将使桩产生弯曲，所以施工过程中桩锤的选择尤为重要。一般是，根据单桩竖向承载力设计值的不同选择不同的桩锤：单桩竖向承载力设计值600～1200kN，宜选用25号锤：单桩竖向承载力设计值800 1600kN，宜选用32～36号锤： 单桩竖向承载力设计值kN，宜选用40～50号锤；单桩竖向承载力设计值kN，宜选用60~62号锤；单桩竖向承载力设计值kN，宜选用73号锤；单桩竖向承载力设计值kN，宜选用80号锤。
2)中山港某工地中发现一桩身有明显缺陷，缺陷位置在9m附近，查看打桩资料，刚好是焊接口位置(如图2所示)，锤击数1000多次。
不同的地质情况和桩型要选择合适的锤击数。试验资料表明，对于PC桩，当锤击应力为混凝土强度的75％时，锤击819次产生疲劳破坏；当锤击应力为混凝土强度的45％～57％ 时，锤击2400次产生疲劳破坏。实际打桩时，一般要求锤击应力控制在混凝土强度的50％以内，所以控制在2000击以内桩身不会产生疲劳破坏。对于PHC桩可适当增加，但不宜超过2500击。此外应保证桩接头焊接质量，焊缝要饱满连续，焊好的桩接头自然冷却后才可继续施打，严禁用水冷却或焊后即打。从高应变的测试结果来看，接头焊接质量，特别是较大直径桩的焊接质量还是比较好的。
3)某工程作为比对试验的桩，桩径500mm，采用自由落锤进行，锤重5t，落距由低至高为1．2～1．8m。从结果可以看出(如图3、图4所示)，随着锤击数的增加和落距的提高，桩身缺陷在扩大直至断桩。
高应变测桩时，锤击桩会产生一个拉应力。同理，预应力管桩施工时也会产生一个拉应力，当这个应力超过桩管本身的极限拉伸强度时，桩身就会产生破坏。因此要合理地选择落距，使不同落距产生的应力在桩的承受范围内。
4)某桩为浅部缺陷桩，由于高应变对浅部缺陷不太敏感，穿透性又比较强，浅部缺陷容易闭合。从实测波形分析，力和加速度曲线不太明显，上下行波比较明显。后经开挖证实，3m附近有明显缺陷(见图5)。
高应变动测荷载起升时间一般大于2ms，因此对桩的浅部判定存在盲区，无法根据公式判断缺陷程度，也无法给出缺陷的具体部位，只能根据力和速度曲线比例失调的程度，来估计浅部缺陷的程度。桩身完整性时，易判别中深部的缺陷，而对浅部缺陷不敏感。因此，在桩的浅部缺陷时，建议配合其它方法。
5)某学校工地的锤击预应力管桩，桩径400mm，设计单桩承载力为1200kN，最后三阵贯入度每阵少于3cm，采用D50锤。打桩记录显示该桩入土深度为9．3m，时锤重3t，落距为1．5m，单击贯入度为9mm，测试分析该桩极限承载力没有达到设计要求(如图6所示)。后对该工地预应力管桩进行全面复打，此桩入土为11．2m，重新进行，其极限承载力达到了设计要求(见图7)。
关于假收锤的问题，与人员素质和技术素养有关，表现为施工时不看地质资料，想当然地认为打到了持力层：或收锤时把档位降得太低而使锤击能量不够，导致假性达到贯入度要求等。收锤标准(即停止施打)的控制条件与管桩的承载力之间关系密切，尤其是最后贯入度，常常被作为收锤的重要条件。但将最后贯入度作为收锤标准的唯一指标，其观点值得商榷，因为贯入度本身就是一个变化的不确定的量，所以收锤时一般地以桩端持力层、最后贯入度或最后lm沉桩锤击数为主要控制指标。其中桩端持力层作为定性控制，最后贯入度作为定量控制。
以上工程实例中发现的预应力管桩的质量问题，多数是由于一些施工单位对管桩的特点及施工要点掌握不好，或为了片面追求施工进度和经济效益而放松了施工质量管理造成的。桩基工程是隐蔽工程，一些问题在施工过程中不易被发现，因此，应加强质量控制措施，严格管理，规范技术操作，确保工程质量。
[整理编辑：中国测控网]
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各建设、施工、监理及相关单位：近年来，随着我市桩基工程越来越多，作为一种检测基桩承载力和完整性的有效检测方法，高应变已被纳入工程质量验收检测中。为确保高应变检测真正发挥质量检测的作用，针对当前高应变检测存在的信号采集质量不佳这一重点问题，尤其对于深基坑工程下的高应变检测，我中心为此制作了专用高应变落锤导向架，提升信号采集质量，请相关单位今后在委托高应变检测时，应做好以下准备工作，确保检测工作顺利进行，提高检测效率。一、& &桩头处理：1）平整、结实，对不能承受锤击的桩头应加固处理（通常情况下，灌注桩均需进行桩头处理），桩头处理要求见附件1。2）传感器安装部位及以下桩身材质、截面应基本均匀。3）应将桩顶周围土体开挖，周围开挖范围水平方向应挖出安装传感器的工作面，竖向应挖至传感器安装位置至桩头距离满足附件2的要求，一般不宜小于2.5D（D为桩径）。二、场地处理1）试桩周边场地平整，地坪应具有一定的承载力2）清除试桩周边障碍物，确保导向架能平稳安装（导向架最大外包平面尺寸：3.5m×3.5m），至少确保桩中心周围1.5m×1.5m范围内平整，或可放置钢梁，用于放置高应变落锤导向架。3）对于深基坑工程，应选择在挖土运输通道未挖除时进行委托。4）若试桩处不通道路或卡车、汽车吊通行条件不够，应采用挖机进行辅助运输，确保落锤导向架和重锤能够运输至试装部位，并能够进行安装，即挖机能将重锤吊至落锤导向架顶部吊钩处。三、注意事项1）现场应预留汽车吊安全作业场地2）现场应具备运送重力锤、反力架及其安装场地条件3）桩身完整性存在缺陷时，不宜通过高应变检测确定基桩承载力。本通知自2011年11月1日执行，请各相关单位做好相应配合工作，由此带来不便之处，请谅解，如在实际操作中有不妥之处，请各单位告之，以便修改完善。昆山市建设工程质量检测中心二O一一年十月三十日附件1：混凝土桩桩头处理1&&混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土。2&&桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。3 桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上。4&&距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为3～5mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片1～2层，间距60～100mm。5&&桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级，且不得低于C30。6&&高应变法检测的桩头测点处截面尺寸应与原桩身截面尺寸相同。7&&桩顶应用水平尺找平。
& & 附件2：传感器安装示意图
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附件3、典型工程高应变检测安装过程
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附件4：高应变检测仪器及辅助设备设备名称
RS-1616K(s)/PAX
(重力)锤（按极限承载力的1%-1.5选取）
落锤导向架
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高应变检测单桩轴向抗压承载力时，采用自由落锤为激振设备，宜重锤低击，锤的最大落距不宜大于(
A．0.5B．1C．2D．3
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3秒自动关闭窗口自由落锤上安装加速度传感器的高应变动力检测法及其应用--《广东土木与建筑》2004年05期
自由落锤上安装加速度传感器的高应变动力检测法及其应用
【摘要】：新 的 基 桩检 测 规 范 对高 应 变 动 力检 测 法 中 加速 度 传 感 器安 装 在 自 由落 锤 锤 体 上 的 方 法 作 出 了 具 体 描述 ,它 具 有 直 接测 定 锤 击 力、检 测 条件 适 应 性 强、操 作简 便 、避免 测 力 失 效等 特 点 ,但 在 我 省 尚 未 得 到 广 泛 应 用 ,我 们作 为 较早 应用 该 检测 方式 的 单位 之一 ,在 工程 实 践中 摸索 出 一些 应用 经 验,可供 同行 参考 。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TU473.16【正文快照】：
高应变动力检测技术在20 世纪80 年代中期从国外引进后迅速得到推广应用因其具有检测速度
,快费用低等优点在基桩质量检测中得到广泛应、
,用作为单桩竖向抗压静载试验的补充检测手段可,
,弥补其抽检数量少代表性较差等缺陷新颁布的
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