一种大直径空心管桩高应变法检测中桩头处理方法探讨

杨泽东 （安徽建工检测科技集团有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式。随着生产水平的提高和科学技术的发展，桩基的类型、工艺和应用范围都有了很大的发展，并被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中。由于管桩具有施工周期短、桩长调节方便、施工无污染、成形质量稳定等特点，故其得到了广泛的应用。随着超高层建筑、大型桥梁、铁路和机场等工程建设的需要，对基桩承载力的要求越来越高。目前，大直径桩的应用也越来越广。大直径空心管桩型号主要有800（110、130）、1000（130）、1200（150）、1300（150）1400（150）等，单位为mm[1]。对于大直径空心管桩，由于单桩抗压承载力大，根据国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）[2]要求，重锤的重量不得小于单桩竖向抗压承载力极限值的0.01，否则试验检测锤的重量也会相应变大，在进行高应变法检测时，对桩头会产生一定的损伤。现有预制管桩桩帽与桩顶之间的接触不充分，使用过程中桩帽与桩顶不能紧密接触，重锤击打桩帽时桩顶受力不均匀，会得到低质量的锤击信号，影响基桩承载力分析，同时也容易造成桩头损坏。针对此类问题，本文给出了大直径空心管桩高应变法检测中一种桩头处理方法，并在工程实例中得到了有效应用。

1 桩头处理方法

中心轴线相同的圆形上、下端板，上端板直径与管桩直径相等，下端板直径略小于管桩内径，上、下端板通过若干根主筋相连接，主筋周围布置箍筋，下端板与主筋固定，上端板与主筋可拆卸连接，主筋沿端板周向分布设置。沿上端板周向布置螺栓孔，将管桩法兰盘与上端板连接，法兰盘与上端板之间设有垫圈，在上端板上布置垫层。在上端板和下端板之间浇筑混凝土。连接结构的立体示意图如图1所示，纵截面示意图如图2所示。

图1 连接结构的立体示意图

图2 纵截面示意图

2 工程实例

铜陵市枞阳县某特大桥项目，全长2387.53m，起止里程为DK46+696.42-DK49+84.150，全桥74 孔，其中71 孔简支T 梁、1 联3 孔（32+48+32）连续梁。全桥桩基础采用预制PHC1000AB130型管桩，桩基总长12724 延米（381 根），桩长为30～38m，设计单桩竖向抗压承载力特征值为3266kN，根据设计单位和规范要求，需对基桩进行承载力和完整性检测。

2.1 地质情况

根据勘察单位提交的岩土工程勘察报告，建设场地位于铜陵市郊区，项目地处扬子淮地台坳，淮阴山字型构造的前狐东翼，两端多为平原，中部低山丘陵，为冲积平原地貌，属长江一级阶地，地势较低，地形平坦开阔，地面高程一般为8.50～10.50 m，相对高差约2.0 m。根据钻探揭露地层及土工试验成果和原位测试数据分析，场地地基土层自上而下的分层如下所示。

①2-1 淤泥（Q4al）：黑色、灰黑色，流塑，含腐殖质，具腥臭味，层厚0.00～2.00 m。

②2-2 淤泥质黏土（Q4al）：黑色、灰黑色，流塑～软塑，含腐殖质，具腥臭味，局部夹粉土、粉砂，层厚0.50～6.90 m。

③3-1 粉质黏土（Q4al）：黄褐色、灰褐色，软塑，含铁锰质氧化物结核，层厚0.60～4.70 m。

④6-1 粉土与粉砂互层（Q4al）：灰色，松散，饱和，局部夹薄层黏性土，层厚1.60～10.70 m。

⑤7-2 粉细砂（Q4al）：灰褐色，稍密、饱和，主要由长石、石英、云母等组成，局部夹薄层粉土，层厚3.10～16.50 m。

⑥7-3 粉细砂（Q4al）：灰褐色，中密～密实，饱和，主要由长石、石英、云母等组成，局部夹薄层粉土，层厚11.60～22.50 m。

⑦8-2 中粗砂（Q4al）：灰褐色，中密，饱和，主要由长石、石英、云母等组成，局部夹少量砾卵石，层厚0.70～14.60 m。

⑧9-2 细圆砾土（Q4al）：灰褐色，中密，饱和，夹黏性土，其中砾石含量约60%，粒径5～30 mm，揭露层厚2.00～19.00 m。

⑨2-1 砾岩（Ed）：全风化，黄褐色、紫红色，原岩结构已基本破坏，岩芯风化呈土柱状，夹砂岩碎块，遇水易软化，层厚1.40～13.60 m。

⑩2-2 砂岩（Ed）：强风化，黄褐色、紫红色，砂状结构，层状构造，节理裂隙很发育，岩体破碎，岩芯呈块状、碎块状，层厚2.60～6.00 m。

[11]2-3 砂岩（Ed）：弱风化，黄褐色、紫红色，砂状结构，层状构造，节理裂隙较发育，岩体较完整，岩芯呈柱状、短柱状，局部地层破碎。RQD 一般为50%～95%，采取率一般为90%，最大揭露层厚14.30 m。

2.2 施工准备

打桩机进场前清除地表土，对原地表土进行换填处理，填筑打桩平台，填筑高度与施工便道等高并进行碾压，打桩平台填筑暂定长度19 m、宽度13 m、高度1.2 m。

柴油式导杆打桩机进场安装，并进行调试，满足施工正常运转。

打桩前在桩位上埋设直径1.3 m、长5 m 的钢护筒，护筒高度露出地面高20～30 cm，以保证地表水及周围土体杂物落入桩芯。

按照设计图纸要求，选定PHC 预制管桩厂家并签订供货合同外购管桩。预应力管桩的规格、质量满足设计要求，并有厂家出具合格证书，现场按要求进行验收。

管桩接桩采用二氧化碳保护焊进行焊接，并应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81）的相关规定。

2.3 桩基施工

管桩施工前，应综合考虑周围建筑物、施工设备、地质情况等因素，确保打入深度能够满足设计桩长要求。施工采用锤击打入法，控制方法有锤击应力控制法和总锤击数控制法。桩锤选择应充分考虑现场地质情况、桩的外形尺寸、重量、入土长度等条件。桩锤的夯击需克服桩的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。如果桩锤的能量不能满足上述要求，则会引起桩头部的局部压曲，难以将桩送到设计标高。桥址地质显示上层为软土及黏土、中下层为砂层。根据施工图纸桩锤选择建议，拟选用18T 导杆式柴油锤进行试桩，试桩过程中根据试桩情况再作锤型、锤重调整，通过地基承载力计算指导大面积管桩施工。PHC 管桩施工收锤目前是以标高控制，并记录管桩施工剩余1m 的锤击数和时间，取最终十击的贯入度作为最终贯入度，单位为mm。

2.4 桩基检测

对基桩进行承载力检测，静载试验和高应变法检测对比如表1所示。

表1 静载试验和高应变法检测对比

综合检测周期、场地要求、现场安全和成本，受建设单位的委托，对该项目桩基进行高应变法检测。采用自制具备导向机构和自动脱钩功能的高应变自由落锤（锤重8 t）及锤击装置，对桩头进行加固处理，采集了大直径空心管桩高应变信号，分析单桩竖向抗压极限承载力是否满足设计要求。

2.5 高应变法检测及分析原理

根据行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）采用波形拟合法进行检测分析。检测系统示意图见图3。

图3 高应变法检测系统示意图

2.5.1 检测前期准备

由于高应变法检测将使用重锤，因此检测前场地不可大开挖，必须修好通往每根被检测桩的路，以保证重型汽车和汽车吊机能驶近被测桩。

2.5.2 高应变检测桩头处理及检测基坑开挖

每根拟进行高应变法检测的基桩，都要特别制作桩头。为节省工期，应尽早按下列要求制作桩头。

①对每根受检基桩的桩头进行抱箍，高应变检测需待桩身混凝土强度达到设计强度等级且桩头混凝土强度达到C30时方可进行；

②受检基桩需开挖，对于大直径桩，开挖深度从桩顶算起一倍桩径，开挖宽度为3 m左右。

2.5.3 高应变法单桩承载力检测实施细则

①高应变法检测锤重：根据规范和委托单位提供的单桩承载力，本工程高应变法检测锤重为8 t。

②高应变法检测传感器安装：将严格按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）的规定进行。

2.6 实测曲线分析

其中40-2#基桩实测波形与拟合曲线、桩侧阻力分布和模拟的荷载-沉降曲线及拟合数据如图4-图6，桩侧摩阻力数据一览表如表2所示。

表2 桩侧摩阻力数据一览表

图4 实测力及实测速度曲线

图5 实测速度及计算速度曲线

图6 模拟P-S曲线

记录桩号为40-2、桩长为34.00 m、截面积为0.3553 m2、桩身混凝土平均纵波速为4300 m/s、Fmax=13497 kN、Vmax=3.75 m/s、Smax=11.05 mm。

Rs=6752 kN、Rt=1690 kN、Rsum=8442 kN、Jc=0.99、Qs=2.07 mm、Qt=4.19 mm、Js=0.76 s/m、Jt=2.00 s/m。

根据拟合数据得出该桩的侧摩阻力为6752 kN、端阻力为1690 kN、竖向抗压极限承载力检测值为8442 kN，大于设计承载力值的2 倍，该桩的承载力满足设计要求。

3 结语

本文给出的一种大直径空心管桩高应变法检测中桩头处理方法，能使端板与桩顶之间的紧密接触，得到较高的高应变法测试曲线，测定了试验桩各土层的分层摩阻力和桩尖端阻力，在工程实例中得到了有效应用。