PHC管桩桩身质量检测中多种方法的综合应用

杨春柳

（上海汇谷岩土工程技术有限公司，上海 201108）

0 引言

PHC管桩是一种采用先张法预应力、离心成型、蒸汽养护和圧蒸养护工艺制成的空心圆筒混凝土构件。相比其它基础建设材料，混凝土管桩凭借造价低、施工快、质量可靠等优势，逐渐得到工程界的青睐，在建筑行业中得到广泛应用，预制桩已占到我国桩基使用总量的半壁江山。

目前环保要求日趋严格，静压预应力混凝土管桩相比其它桩型的优势有以下几点：①施工噪音低；②施工振动小；③无污染，施工效率高。但是随着大吨位基桩的出现，也逐渐暴露出一些问题：①沉桩挤土会对周边环境设施造成不同程度的破坏，造成已有桩上浮、偏位、桩身损伤或断裂；②静压桩群桩施工过程中由于挤土效应会使桩间土和桩端土结构破坏从而降低其强度；③对于多节预应力管桩可能由于关键工序控制不严，很容易在施工过程中出现桩头、桩身剪切破坏，焊缝开裂，端板脱开等问题，如果桩身破坏位置较深，低应变则检测不出缺陷，但是静载试验结果会明显偏低。鉴于上述，有必要采取其他检测手段补充验证[1-7]。

1 检测方法

1.1 低应变动测法

将管桩视为一维线弹性杆件，当桩顶受一冲击力后，其应力（应变或位移）以波动形式在桩身中传播，遇到波阻抗差异界面后，产生反射波信号，通过分析入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，达到检测桩身完整性的目的。该方法的特点如下：

①方法较为快捷，对于缺陷严重程度并不能定量确定，当桩身存在多处缺陷时，一般只能识别距离桩顶最近的缺陷，深部的缺陷位置会受到反射波的叠加干扰造成误判或漏判，对于等间距的缺陷判识难度更大；②对多节预应力管桩接桩位置附近的缺陷，易误以为是端板焊接不佳引起的反射信号。无法检测垂直裂缝，检测深度有限[8]。

1.2 静载荷试验

单桩静载荷足尺试验通过堆载、锚桩、自平衡等方法提供反力，该方法是获得承载力最为可靠的方法，但是静载试验设备重、转场安装成本高，因此无法对桩基进行大规模试验检测。

1.3 孔内摄像法

孔内摄像法是利用管桩内部空心部分作为测试通道，采用能进行垂向和环向切换的防水摄像头对孔壁进行录像及观察，识别桩身缺陷及其位置、程度的检测方法。测试之前，需预先进行清孔作业，但要注意承压水的突涌问题。该方法特点是观察较为直观，可确定缺陷位置，对缺陷做出定量分析。管桩有多道缺陷时，可准确测出每道缺陷，可检测管桩的竖向裂缝并对深部缺陷进行检测。为后期缺陷的处理提供准确资料[9-10]。

2 工程实例

上海市某大型居住社区项目，拟建4幢17层高层住宅楼、6幢18层高层住宅楼、地下车库及垃圾房、P或K型站、水泵房等辅助用房。

拟建场区内地层分布稳定，第②层粉质黏土埋藏浅，第③层淤泥质粉质黏土，第④层淤泥质黏土，第⑤1-1层黏土，20 m以上土层以饱和软土为主。第⑤1-2层粉质黏土，软塑，高压缩性。第⑥层粉质黏土，土质均匀，可塑—硬塑，中压缩性，Ps平均值为2.41 MPa。第⑦1层为砂质粉土，中密，中压缩性，Ps平均值为6.98 MPa，层位稳定，层顶标高在-21.23～-23.54 m，厚度4.0～7.3 m，平均厚度为5.77 m。第⑦2-1层粉砂，密实，中—低压缩性，Ps平均值为13.85 MPa，标贯击数40击，层位稳定，层顶标高在-26.58～-29.73 m，厚度6.4～9.8 m，第⑦2-2层粉砂，密实，中—低压缩性，PS平均值为20.20 MPa，标贯击数60.2击。

项目共布设工前试桩10根，拟通过破坏性静载荷试验为设计提供设计依据。桩规格为PHC 500 AB 100-15，15桩顶标高为+3.400 m。桩端持力层⑦1砂质粉土，桩端进入持力层深度范围为3.06～4.82 m，入层段Ps值平均值为5.58～8.99 MPa。沉桩过程较为正常，终压力为2625～3000 kN之间。

在载荷试验过程中，3#—10#试桩单桩竖向抗压极限承载力表现正常，处在2700～3150 k N之间；1#、2#试桩单桩竖向抗压极限承载力表现异常，处在1800～2100 k N左右，明显低于正常极限荷载值，且远未达到设计预期。

为确保设计施工安全，有必要分析1#、2#试桩承载力表现异常的根本原因。

（1）试验前后的试桩低应变成果

试桩试验前后的低应变时域曲线特征表现正常（见图1）。低应变检测仅能检出桩身有效评价深度范围内的桩身缺陷，低应变检测显示：

1）桩身浅部（主要指上节桩）无缺陷；

2）桩身深部未检出缺陷；

3）桩顶外观检查：静载荷试验结束后，1#、2#桩顶完好。

图1 1#、2#桩静载前后低应变曲线对比图

（2）实测桩顶位移的同步性分析

1）1#桩

桩顶对称分布的四个数显位移计表明：破坏荷载及前一级荷载作用下，四个测点的位移同步性较好，详见表1。

表1 1#桩部分累计位移变化量汇总表

当加载至1800kN时，累计沉降仅达12mm左右，显然桩端阻力未曾有效发挥；当加载至2100kN时，桩顶位移呈沉降--收敛或加速沉降--收敛趋势，如此存在多个循环，该沉降显示为非桩土之间的正常位移表现，推测桩身深部存在结构破坏。

2）2#桩

桩顶对称分布的四个数显位移计揭露：破坏荷载及前一级荷载作用下，四个测点的位移同步性较差，详见表2。

表2 2#桩位移变化量汇总表

当加载至2100kN时，累计沉降不大，显然桩端阻力未曾有效发挥；当加载至2400kN时，桩顶位移呈沉降--收敛或加速沉降--收敛趋势，如此存在多个循环，该沉降显非桩土之间的正常位移表现。推测桩身深部存在结构破坏。

（3）s--lgt曲线特征分析

1）1#桩

在加载至2100kN荷载时，s-lgt曲线显示：前段位移变化越来越小，该级累计沉降量趋于稳定，后段位移突然增大，曲线成阶段性小折线，此曲线形态与桩身结构破坏特征相符（见表3，图2）。

表3 1#桩沉降量汇总表

图2 单桩竖向静载试验Q--s曲线及s--lgt曲线图

2）2#桩

在加载至2400kN荷载时，s--lgt曲线显示：位移变化呈明显折线型增大，此曲线形态与桩身结构破坏特征相符（见表4、图3）。

表4 2#桩沉降量汇总表

图3 单桩竖向静载试验Q--s曲线及s--lg t曲线图

（4）孔内摄像检测成果

1）1#桩：摄像结果显示，15.0 m接桩处欠贴合；桩顶往下约22.5 m桩身处，发现桩身严重断裂且伴有明显破碎，25.0 m处见水（见图4）。

图4 1#桩缺陷（破碎）位置处截图

2）2#试桩：摄像结果显示，15.0 m接桩处基本贴合；桩顶往下约22.7 m桩身处，发现桩身严重断裂且伴有明显破碎，26.5 m见水（见图5）。

图5 2#桩缺陷（破碎）位置处截图

（5）沉桩终压力分布和承载力之间的关系

沉桩终压力≯0.7fck×Ap≈4500 k N，施工时取3600 k N，分析详见表5。

（6）地质情况和承载力之间的关系

地质情况和承载力之间的关系分析见表6。

表5 沉桩终压力与承载力关系汇总表

表6 地质情况和极限承载力关系汇总表

由上表可知，就土体承载力而言，1#、2#桩单桩极限承载力理应高于其他试桩，现实测值却远低于其他试桩，故推测1#、2#桩破坏机理为桩身结构破坏。

综上所述要素，最终判定1#、2#桩为桩身结构破坏。

3 结语

本文以某大型居住区工前试桩为工程背景，得出了部分试桩承载力明显偏低的原因，得出以下结论：

1）对于多节PHC管桩基桩而言，若桩体结构深部出现明显缺陷，桩土耦合较好，局限于低应变的适用范围，缺陷无法检测出来，有可能出现误判、漏判。

2）10根试桩桩端以下4d范围内Ps平均值为7.72～14.40 MPa，结果表明选取⑦1作为持力层是合适的。1#、2#桩静载结果明显偏低，在地勘资料可靠的情况下，怀疑桩体结构深部破坏是合理的。

3）孔内摄像技术作为一种补充验证检测手段，通过对桩身孔内缺陷进行可视化检查，能比较直观的定位缺陷位置，判定缺陷的严重程度。本工程1#、2#试桩通过孔内摄像，结果表明两个试桩在第二节桩中部位置均发生明显破损，验证了导致极限承载力明显偏低原因的推断。

由于基础工程的隐蔽性和粧身缺陷类型的复杂性、多解性，釆用一种检测方法评价桩身质量一般不太准确和可靠，被漏判或误判的桩身完整性问题后期很难被发现，一般是难于补救的，会给建构筑物的长期使用，留下安全隐患。釆用多种方法综合检测判定桩身质量，这既是对工程质量负责，也是检测机构的分内之事。