預(yù)制方樁的缺陷送別及治理
2009-09-28 
0 引言   近年來,預(yù)制方樁在上海地區(qū)的多層、小高層民用住宅以及工業(yè)廠房項(xiàng)目的基樁工程中得到了廣泛的應(yīng)用,隨之而來的,由于打樁過程中多節(jié)樁接頭的焊接質(zhì)量不好、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制而導(dǎo)致樁身混凝土強(qiáng)度偏低、錘擊應(yīng)力過高及土方開挖等施工因素而造成的預(yù)制方樁產(chǎn)生裂縫、斷裂甚至上下節(jié)脫離的工程質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生。沉樁后的基樁檢測(cè),成為對(duì)預(yù)制方樁施工質(zhì)量的主要控制手段之一。  本文以位于上海郊區(qū)軟弱土層上建造的一12層住宅樓為背景,介紹在用PIT(美)(Pile Integrity Tester) 樁身完整性測(cè)試儀進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)和靜載荷試驗(yàn)后,結(jié)合沉降測(cè)量、地質(zhì)資料、施工資料等進(jìn)行綜合分析,對(duì)樁的缺陷性質(zhì)做出了正確判別,并采取了動(dòng)力復(fù)位的治理方法及PDA(美)(Pile Driving Analyzer)打樁分析儀的高應(yīng)變法對(duì)復(fù)位效果進(jìn)行評(píng)判,由此杜絕了工程隱患。 1 工程概況   某民用住宅工程為12層的框剪結(jié)構(gòu),基樁采用混凝土預(yù)制方樁。樁型為JZHb-235-1313B,樁端持力層為⑤-1b粉質(zhì)粘土夾砂層,單樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值為680kN,總樁數(shù)為235根。場(chǎng)地地質(zhì)概況:擬建場(chǎng)地屬濱海平原地貌類型,樁長(zhǎng)范圍內(nèi)各土層物理力學(xué)指標(biāo)表1。 2 工程樁檢測(cè)結(jié)果   該工程基坑開挖1.5米左右,按設(shè)計(jì)要求對(duì)3根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓極限承載力試驗(yàn),試驗(yàn)前的低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其中2根的反射波曲線出現(xiàn)明顯的接樁位置缺陷,其57#和106#樁低應(yīng)變反射波曲線分別見圖1和圖2。 表1 地基土土層分布及物理力學(xué)指標(biāo) 層號(hào) 土層名稱 厚 度(m) 比貫入阻力Ps(Mpa) 標(biāo)準(zhǔn)貫入 N63.5(擊) 預(yù)制樁 fs(kPa) fp(kPa) ② 粉質(zhì)粘土 0.00~2.20 0.60 15 ③ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 615~8.90 0.48 %26lt;6m,15 %26gt;6m,20 ④ 淤泥質(zhì)粘土 3.90~8.10 0.59 20 ⑤1a 粘土 4.40~7.30 0.80 30 ⑤1b 粉質(zhì)粘土夾砂 2.95~13.20 1.73 5.7 50 1500 ⑤4 粉質(zhì)粘土 0.00~6.30 3.37 7.8 65 2000 ⑦1 砂質(zhì)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  圖1. 57#樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線 圖2. 106#樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線   隨后的靜載試驗(yàn)結(jié)果也表明此2根試驗(yàn)樁的單樁極限抗壓承載力均未達(dá)到設(shè)計(jì)值,且其中1根的情況非常典型: Q-S曲線在550kN出現(xiàn)明顯向下的拐點(diǎn),即660kN荷載下的沉降明顯增大,是前一級(jí)的3倍多,而在770kN后沉降收斂,曲線又開始上翹;從S-lgt曲線中也可以看到660kN荷載級(jí)明顯曲折,沉降出現(xiàn)極大值。上述現(xiàn)象非常明確的表明本試樁接樁處有明顯缺陷,上、下兩節(jié)樁脫開約15mm,在空隙壓實(shí)前的豎向極限承載力為550kN, 壓實(shí)后的豎向極限承載力可以達(dá)到1100kN。靜載Q-S曲線、S-lgt曲線及S-lgQ曲線見圖3-5。 圖3 靜載實(shí)測(cè)Q-S曲線 圖4 靜載實(shí)測(cè)S-LgT曲線 圖5靜載實(shí)測(cè)S-LgQ曲線 綜合靜載試驗(yàn)和低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn)曲線可表明,在接樁處有明顯的脫開缺陷,且由于接樁部位脫節(jié),嚴(yán)重影響其單樁承載力的向上傳遞,但其上下兩節(jié)樁的樁身完整性均良好?! 『髮?duì)該工程的全部基樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn),檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有34根樁在不同程度上在接樁處存在明顯的缺陷,事故的規(guī)模和性質(zhì)是顯而易見的,為了充分利用脫節(jié)的兩節(jié)樁,并彌補(bǔ)脫節(jié)的缺陷,使其缺陷樁的豎向承載力能正常傳遞,讓缺陷樁的單樁極限承載力基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求,所以我們采用了錘擊技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力復(fù)位。 3 復(fù)位方法的選擇和復(fù)位控制   該工程基樁由打樁機(jī)沉樁,但基坑已經(jīng)開挖,打樁機(jī)無法下基坑安裝到位,即使能實(shí)施費(fèi)用也很大,得不償失。故采用三腳架頂部懸掛一落錘的方法(落錘重2噸,落距0.5米),對(duì)缺陷樁進(jìn)行錘擊。復(fù)位前先對(duì)四根正常樁進(jìn)行錘擊以驗(yàn)證錘擊能量是否合適,四根樁兩次錘擊的總貫入量在1.54mm-1.84mm之間,說明動(dòng)力復(fù)位的錘重及落距選擇是合適的,即能將上節(jié)樁打動(dòng),同時(shí)很難將整節(jié)樁打動(dòng),可將復(fù)位停錘標(biāo)準(zhǔn)定為1mm左右,也就是說,當(dāng)最后兩錘的平均貫入量約為1mm時(shí),可停止復(fù)位錘擊。 4 復(fù)位貫入度測(cè)量   我們采用索佳B1精密水準(zhǔn)儀(測(cè)試精度為0.01mm)對(duì)被錘擊樁進(jìn)行貫入度測(cè)量,復(fù)位的錘擊貫入度除三根樁的總貫入量在6.52mm-9.90mm之間,其余被復(fù)位的錘擊貫入度除三根樁的總貫入量在6.52mm-9.90mm之間外,其余被復(fù)位的缺陷樁的總貫入量在28.80mm-55.82mm, 說明由低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn)確定的此類樁,上下兩節(jié)樁接頭處存在明顯空隙,脫節(jié)程度較大,但通過上述動(dòng)力復(fù)位后,接頭處的空隙已趨于零。代表性樁位復(fù)位錘擊貫入度列表如下: 樁 號(hào) 16# 57# 59# 84# 106# 230# 正常樁 正常樁 總貫入量(mm) 44.84 43.83 45.78 55.82 55.00 49.70 1.54 1.70 最后兩錘平均貫入量(mm) 0.65 0.60 0.77 0.91 0.45 0.98 0.77 0.85 5 復(fù)位效果監(jiān)測(cè)和評(píng)判   復(fù)位后缺陷樁的最終承載力是否得到了較大的提高,運(yùn)用PDA(美)(Pile Driving Analyzer)打樁分析儀對(duì)其中的5根樁進(jìn)行了復(fù)位效果監(jiān)測(cè)和評(píng)判,得到了復(fù)位后缺陷樁的豎向抗壓承載力?! y(cè)試時(shí)砼的波速設(shè)定為3500m/s,傳感器安裝在距樁頂以下0.7m的位置,通過基樁的高應(yīng)變測(cè)試儀器,接受復(fù)位時(shí)的每一次錘擊信號(hào),通過分析程序可以監(jiān)控復(fù)位的全過程,從下圖6-圖10,可以看出隨著復(fù)位錘擊數(shù)的增加,缺陷處反射信號(hào)逐漸變小和樁身完整性系數(shù)逐漸變大;缺陷反射信號(hào)小到一定程度后,隨著復(fù)位錘擊數(shù)的增加,缺陷反射信號(hào)再不變化,樁身完整性系數(shù)保持為常數(shù),說明復(fù)位已經(jīng)完成。 圖6 57#樁復(fù)位初始階段測(cè)試曲線 圖7 57#樁復(fù)位中間階段測(cè)試曲線 圖8 57#樁復(fù)位收錘階段測(cè)試曲線   圖6為57#樁復(fù)位初始階段的測(cè)試曲線。從高應(yīng)變測(cè)試曲線特征可以看出,在沖擊時(shí)刻(t=0),力曲線與速度曲線基本重合,之后,隨著土阻力被激發(fā),力和速度曲線逐漸分離,但在約13m處,力曲線與速度曲線交匯,緊接著速度曲線迅速升高形成一個(gè)峰值,而力曲線迅速下降形成一個(gè)凹槽。這個(gè)回響反應(yīng),速度曲線峰值與力曲線凹槽即為典型的樁身阻抗減少或樁損壞。此時(shí)β值為52%,凱斯-高勃爾法反映的極限承載力Rsp值為360kN左右。沉降測(cè)試反映此時(shí)貫入度不大,樁剛被打動(dòng)?! D7為57#樁復(fù)位中間階段的高應(yīng)變測(cè)試曲線,曲線特征同錘擊初始階段相似,速度曲線峰值與力曲線凹槽仍舊非常明顯,此時(shí)β值為48%,Rsp值為297kN,兩者均比初始階段略有降低,沉降測(cè)試反映此階段貫入度比錘擊初始階段有所增大,由此可知,此時(shí)13m接樁處缺陷依舊明顯。沉降量增大,Rsp值略微減少,說明樁已被打動(dòng),樁被打動(dòng)后,可導(dǎo)致其側(cè)壁摩阻力降低,致使Rsp值略減,由估算分析可知,Rsp值的大小有與上節(jié)樁的樁長(zhǎng)相匹配的特征。故缺陷初步定性為:上下兩節(jié)樁有分離的可能?! D8為57#樁收錘階段的測(cè)試曲線,從高應(yīng)變測(cè)試曲線特征可以看出:速度曲線峰值與力曲線凹槽的變化由逐漸減小到不很明顯,β值的變化由初始階段52%左右上升到84%左右,Rsp值的變化由初始階段的360kN(圖6)上升到905kN。沉降測(cè)試反映此階段貫入度呈減小趨勢(shì),收錘階段最后一錘的沉降量為0.60mm,由此可知,此時(shí)13m接樁處缺陷已明顯改善,Rsp值的顯著增大及沉降量明顯的減少,均顯示出與整個(gè)樁長(zhǎng)相匹配的特征,表明前面打動(dòng)的樁實(shí)際為上節(jié)樁,此時(shí)脫開的上下節(jié)樁基本閉合,整根樁共同受力。  由以上檢測(cè)過程及分析結(jié)果可知,由低應(yīng)變檢測(cè)確定的57#樁13m接樁處的缺陷,經(jīng)用PDA檢測(cè)并結(jié)合沉降觀測(cè),可具體定性為:樁上下兩節(jié)脫開,但豎直方向基本未錯(cuò)位,通過動(dòng)力錘擊,可使上下兩節(jié)樁基本閉合,使其承載力提高。 圖9. 106#樁復(fù)位初始階段測(cè)試曲線 圖10. 106#樁復(fù)位收錘階段測(cè)試曲線   圖9、圖10為106#樁復(fù)位初始階段及復(fù)位收錘階段的測(cè)試曲線,其測(cè)試曲線的變化特征與57#相同,復(fù)位后的單樁豎向抗壓極限承載力也達(dá)到910kN。 6 結(jié)論 ①.預(yù)制方樁的損壞特征多表現(xiàn)為接頭損壞,樁身裂縫、斷裂,挖機(jī)造成的淺部裂縫及斷裂。在用常規(guī)的低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)做檢測(cè)時(shí),若發(fā)現(xiàn)某一性態(tài)特征的缺陷表現(xiàn)較明顯且數(shù)量較多,應(yīng)將多種檢測(cè)手段結(jié)合起來,并同時(shí)充分研究已有的工程施工資料、地質(zhì)資料,進(jìn)行綜合分析,才能正確判別樁的缺陷性質(zhì)及損壞程度。②.對(duì)于本文所述的混凝土預(yù)制方樁有脫節(jié)缺陷的工程樁,采用本文所介紹的動(dòng)力復(fù)位法進(jìn)行修復(fù)是完全可行的,經(jīng)復(fù)位后基本可以使脫節(jié)部分閉合,復(fù)位后的單樁承載力有明顯的提高。 參考文獻(xiàn) 1 PDA-W Users Manual ( version: July 2001, Pile Dynamics, Inc.)2 Pile Damage Assessments Using The Pile Driving Analyzer (by Scott D. Webster and Wondem Teferra,Stress wave ’ 96 Conference, Orlando, FL, 1996)3 劉金礪. 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,19904 樁基工程手冊(cè)編寫委員會(huì). 樁基工程手冊(cè). 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995
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