方桩缺陷治理分析论文
时间:2022-07-07 08:22:00
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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PITPDA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,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)(PileIntegrityTester)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)(PileDrivingAnalyzer)打桩分析仪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⑤-1b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1地基土土层分布及物理力学指标
层号
土层名称
厚度(m)
比贯入阻力Ps(Mpa)
标准贯入
N63.5(击)
预制桩
fs(kPa)
fp(kPa)
②
粉质粘土
0.00~2.20
0.60
15
③
淤泥质粉质粘土
615~8.90
0.48
<6m,15
>6m,20
④
淤泥质粘土
3.90~8.10
0.59
20
⑤1a
粘土
4.40~7.30
0.80
30
⑤1b
粉质粘土夹砂
2.95~13.20
1.73
5.7
50
1500
⑤4
粉质粘土
0.00~6.30
3.37
7.8
65
2000
⑦1
砂质粉土
0.00~6.55
8.02
25.4
75
4000
⑦2a
粉砂
7.90~14.90
14.27
39.6
90
6000
图1.57#桩低应变实测曲线
图2.106#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曲线及S-lgQ曲线见图3-5。
图3静载实测Q-S曲线
图4静载实测S-LgT曲线
图5静载实测S-LgQ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)
44.84
43.83
45.78
55.82
55.00
49.70
1.54
1.70
最后两锤平均贯入量(mm)
0.65
0.60
0.77
0.91
0.45
0.98
0.77
0.85
5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)(PileDrivingAnalyzer)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657#桩复位初始阶段测试曲线
图757#桩复位中间阶段测试曲线
图857#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阻抗减少或桩损坏。此时β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β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。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,β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9.106#桩复位初始阶段测试曲线
图10.106#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
①.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,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。
②.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
1PDA-WUsersManual(version:July2001,PileDynamics,Inc.)
2PileDamageAssessmentsUsingThePileDrivingAnalyzer(byScottD.WebsterandWondemTeferra,Stresswave’96Conference,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
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