改装测斜仪在测试管桩垂直度中的应用

2015-03-23史烽迪王绎栋

浙江建筑 2015年6期

周晔，史烽迪，王绎栋，胡斌

ZHOU Ye1，SHI Fengdi2，WANG Yidong1，HU Bin1

(1.浙江华展工程研究设计院有限公司，浙江宁波315012;2.浙江海洋学院东海科学技术学院机电工程系，浙江舟山316000)

1 概述

预应力管桩因其承载力高、造价低等优点被广泛应用于基坑工程中作为工程桩使用。然而，抗剪性能低的缺点使得预应力管桩在基坑工程施工中频频遭到破坏。为了有效地进行管桩纠偏，必须准确地测出管桩的实际垂直度。对于管桩垂直度的检测，目前工程界存在诸多方法。其中有邓业灿等［1］提出的基桩倾斜无损检测方法;于秉坤等［2］提出的弹性波法;赵平等［3］提出的三角架法;吴涛［4］提出的孔斜测试方法。笔者在总结上述已有经验的基础上提出了一种改装测斜仪测试管桩垂直度的方法。通过实践证明，该方法能准确并快速检测管桩的垂直度。

2 仪器设备

改装测斜仪是利用常规测斜仪使其外接可以让其在管桩内壁顺利滑动的导轮改装而成(图1)，其部件包括:(1)测斜仪;(2)三个专用导轮架。

图1 改装测斜仪零部件示意图

3 测试原理

常规测斜仪通过探头内的传感器可以直接测出测斜管与垂直线之间的夹角即测斜管的垂直度(图2)。要让测斜仪准确地测出测斜管的倾斜角，必须做到以下两点:第一，测斜仪探头在测孔内必须与测孔深度方向保持平行，不能出现因重力因素产生的探头与测孔深度方向不平行的情况;第二，要使测斜仪探头在测孔内时刻处于中心位置，探头在测孔内的姿态不能发生任何扭转或者偏斜等情况。常规测斜仪在使用时为了满足以上两个条件，配备了专用的测斜管(图3)。但是作为测试对象的管桩与普通测斜管存在很大的区别。首先，管桩内径(一般大于300 mm)远远大于测斜管内径(51～76 mm)，测斜仪自身配置的导轮无法用于测试大口径的管桩;其次，管桩内壁没有用于固定探头方向的凹槽，要保持测斜仪探头与管桩深度方向平行比较困难。

图2 常规测斜仪测试原理

图3 测斜管

我们改装的测斜仪克服了以上提到的两点困难，使测斜仪在管桩内壁能顺利地滑动，且能够准确测量管桩变形。从图4 中可以看出，改装测斜仪没有对原有测斜仪进行破坏性改装，只是在原有测斜仪外部加装了适用于管桩倾斜测试的大导轮及外接支架。该支架内部安装了弹簧，这样可以让支架两端的导轮适应不同的管桩内径，且弹簧受压缩后，朝向两端的挤压力使得导轮紧紧地贴住管桩内壁从而使得导轮在水平面内发生滑移的摩擦力大大增加，确保了导轮在滑入管桩后，仪器不会发生水平面内的扭转，这样就等效于管桩内壁有个定向的凹槽。在需要测试的方向配置两对导轮，确保测斜仪进入管桩后探头的方向与管壁的方向平行。同时，为了测斜仪探头在管桩内不发生垂直测试方向的偏移，在测斜仪探头中部加一对垂直测试方向的导轮，保证探头进入管桩后的姿态保持居中。

图4 安装完导轮架的测斜仪

4 测试流程

该测试方法需将管壁清洗干净，且对桩长有限制，对桩长较长且存在接头部位的管桩倾斜测试难度较大。

管桩倾斜测试前要求对测试管桩进行内壁清洗，将管桩内壁粘附的泥皮清洗干净，同时将积水抽出，在管桩口用红色油漆标绘方向(图5)。将管桩倾斜专用测试导轮安装在测斜仪上，导轮共有3 个，3 个导轮沿着测斜仪探头分上中下三个部位进行安装，安装时需要注意的是最上一个导轮安装方向要与测斜仪上导轮方向严格一致，中间一个导轮与上导轮方向保持90°垂直，最下一个导轮安装方向要与测斜仪下导轮方向严格一致。导轮安装到位后，旋紧导轮外侧螺丝，使导轮与测斜仪连接牢固。

管桩的倾斜方向是任意的，所以为了测出管桩的具体倾斜方向，需要对管桩沿东西及南北两个方向进行测试，通过矢量叠加，算出管桩的具体倾斜方向。

测试时，将导轮弹簧压缩，使探头可以与管桩内壁保持平行状态滑入管桩，待仪器滑至管桩最底部时，静置15 min，使得仪器内晶片温度与环境温度保持一致。在管桩顶部放置一根木条，尽量使木条的一条边位于管桩直径位置(图7)，使仪器线缆对准木条中心位置，自下而上每隔500 mm 向上拉线读数，待一个方向测试完成后再测试另外一个方向，测试过程中必须待测斜仪测读仪数据稳定了再进行数据存储记录。

图5 在管桩口用红色油漆标绘方向

图6 安装测斜仪导轮架

图7 管桩顶部放置一根木条

5 应用实例

某工程基坑施工过程中出现了部分管桩倾斜的问题，纠偏前先对管桩的垂直度进行测试，筛选出需要纠偏的管桩，然后根据测试结果进行相应的纠偏，再对纠偏后的管桩进行测试，如此反复直到测试结果满足0.5%的垂直度［5］要求。

以其中一根管桩为例，这根管桩取6 m 为测试深度，测试结果见图8、图9。从图中可以看出这根管桩的第一次测试结果显示其管口存在向北170 mm 的偏移及向西55.3 mm 的偏移，进行两个方向的矢量叠加，计算出该管桩向西北倾斜2.9%，超过了规范要求，经过纠偏，对其进行第二次测试，测试结果显示其向东北倾斜0.7%，垂直度较第一次有明显好转，但尚有轻微的超限。经过二次纠偏，该管桩垂直度为向东南倾斜0.36%，达到了国家规范要求。