朱 正，朱 田

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

1 問題的提出

近年來，螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異型管樁（以下簡稱異型管樁）在沿海軟土地區(qū)逐步推廣，目前該樁施工方式主要分2種，第一種是直接沉入土中，即單樁；第二種是與柔性樁相結(jié)合形成復(fù)合型樁[1]。JGJ/T 405——2017《預(yù)應(yīng)力混凝土異型預(yù)制樁技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定異型管樁應(yīng)檢測(cè)樁身完整性，異型復(fù)合樁可不檢測(cè)樁身完整性[2]。JGJ/T 330——2014《水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》中提出水泥土復(fù)合管樁的樁身完整性類別判定主要受管樁的樁身完整性控制[3]。在實(shí)際工程檢測(cè)中也發(fā)現(xiàn)，部分異型管樁及異型復(fù)合樁接頭處均存在樁身裂縫、破損、接頭脫開及錯(cuò)位等嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，因樁身完整性與樁基承載力密切相關(guān)，異型管樁及異型復(fù)合樁均有必要進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。

目前預(yù)制管樁完整性檢測(cè)主要采用低應(yīng)變法進(jìn)行普測(cè)，亦可采用孔內(nèi)攝像法、高應(yīng)變法及靜載法等綜合評(píng)定樁身質(zhì)量[4]。異型管樁樁身截面沿樁軸線變化，且使用機(jī)械接頭，采用低應(yīng)變法檢測(cè)完整性時(shí)，樁身阻抗變化會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力波多次反射，加之接樁位置接縫比較明顯，導(dǎo)致實(shí)測(cè)波形難以識(shí)別，無法準(zhǔn)確判斷檢測(cè)結(jié)果[5]。

在上述調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)上海某工程中應(yīng)用的螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異型管樁進(jìn)行大量樁身完整性檢測(cè)，結(jié)合該樁型的特征、施工工藝及施工環(huán)境，對(duì)該異型管樁樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)分析，總結(jié)該樁型科學(xué)有效的樁身完整性檢測(cè)方法，可供同類工程參考。

2 工程概況

2.1 基樁概況及場(chǎng)地環(huán)境

上海某水利工程地下水池箱體基礎(chǔ)采用螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異型管樁，部分基樁施工采用單樁，部分基樁采用復(fù)合樁。單樁施工過程主要為：先施打下節(jié)樁，在下節(jié)樁上涂抹由環(huán)氧樹脂、固化劑按比例組成的密封材料，上下節(jié)樁機(jī)械連接好后，沉入至設(shè)計(jì)高程。復(fù)合樁施工過程主要為：先施打水泥土攪拌樁，6 h內(nèi)植入異型管樁，接樁工藝同單樁。

本工程異型管樁采用的型號(hào)為T-PHC C500-460（100），該樁型最大外徑、最小外徑分別為500 ，460 mm，最大外徑處壁厚120 mm，最小外徑處壁厚100 mm。異型管樁外形示意見圖1。工程樁采用2節(jié)樁，接樁方式見圖2。為了解機(jī)械接頭強(qiáng)度及接樁縫隙實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)部分樁在接樁工藝完成后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，完成接樁工藝后先往下壓樁2～3 m，再整體上拔樁體，檢查機(jī)械接頭施工質(zhì)量，在上拔后對(duì)接樁處間隙進(jìn)行測(cè)量，間隙范圍為2～6 mm，機(jī)械接頭未出現(xiàn)脫開現(xiàn)象。

圖1 異型管樁外形示意圖 單位：mm

圖2 機(jī)械連接方式圖

本工程自然地面高程為4.00 m，樁頂設(shè)計(jì)高程為-12.40～-10.00 m。異型管樁采用靜壓法從自然地面沉樁，場(chǎng)地送樁深度為14～16 m，場(chǎng)地土層情況見表1。

表1 場(chǎng)地土層情況表

3 樁身完整性分析

3.1 低應(yīng)變法

樁身阻抗計(jì)算公式如下：

式中：Z為樁身阻抗（kg/s）；ρ為樁身材料密度（kg/m3）；C為樁身波速（m/s）；A為樁身面積（m2）。

本工程異型管樁樁身最大外徑處與最小外徑處樁身截面阻抗比為1.267。對(duì)堆放于現(xiàn)場(chǎng)的單節(jié)異型管樁進(jìn)行低應(yīng)變測(cè)試，被測(cè)樁長8 m，測(cè)試曲線見圖3。

圖3 單節(jié)異型管樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線圖

低應(yīng)變信號(hào)特征如下：①該樁樁底同向反射明顯，實(shí)測(cè)波速4 100 km/s；②在樁身由最大外徑——最小外徑變截面處（1.80，3.65，5.45 m）均出現(xiàn)同向反射，在樁身由最小外徑——最大外徑變截面處（2.50，4.65，6.50 m）均出現(xiàn)反向反射，且曲線中亦存在多個(gè)阻抗變化截面的一次或多次反射相互疊加。

對(duì)工程樁（單樁和復(fù)合樁）進(jìn)行低應(yīng)變普測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析后低應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果主要呈現(xiàn)3種低應(yīng)變典型曲線（見圖4）。

圖4 低應(yīng)變典型曲線圖

單樁3類典型低應(yīng)變曲線特征為：①3種類型信號(hào)在樁身淺部（8 m以內(nèi)）受樁身阻抗變化影響明顯；②第一類信號(hào)（樁號(hào)S1）無接樁反射，可見樁底反射；第二類信號(hào)（樁號(hào)S2）接樁位置出現(xiàn)輕微反射，可見樁底反射；第三類信號(hào)（樁號(hào)S3）接樁位置反射明顯，或有二次反射，無樁底反射。

復(fù)合樁3類典型低應(yīng)變曲線特征為：①低應(yīng)變曲線出現(xiàn)類似“淺部擴(kuò)徑”的特征，受樁身阻抗變化影響不明顯；②第一類信號(hào)（樁號(hào)A1）無接樁反射，可見樁底反射；第二類信號(hào)（樁號(hào)A2）接樁位置出現(xiàn)輕微反射，可見樁底反射；第三類信號(hào)（樁號(hào)A3）接樁位置反射明顯，或有二次反射，無樁底反射。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該工程單樁中第一類信號(hào)占比約85%，第二類信號(hào)占比約12%，第三類信號(hào)占比約3%。復(fù)合樁中第一類信號(hào)占比約68%，第二類信號(hào)占比約20%，第三類信號(hào)占比約12%。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該樁樁頭傾斜度進(jìn)行測(cè)量，傾斜度大于5%，經(jīng)低應(yīng)變檢測(cè)大部分樁均為第三類信號(hào)。

3.2 孔內(nèi)攝像法

孔內(nèi)攝像法可直觀、精確地檢測(cè)多重缺陷的位置及對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析。對(duì)上述低應(yīng)變法檢測(cè)出現(xiàn)的3種類型樁分別進(jìn)行孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，在檢測(cè)過程中重點(diǎn)對(duì)接樁部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，如地下滲水、泥掛壁等情況。典型檢測(cè)成果見圖5。

圖5 孔內(nèi)攝像成果圖

孔內(nèi)攝像法檢測(cè)結(jié)果：

（1）低應(yīng)變檢測(cè)為第一類樁（52#樁）：樁孔內(nèi)壁未見樁身裂縫，接樁處無滲水或流掛現(xiàn)象，接樁處密貼且吻合程度較好；

（2）低應(yīng)變檢測(cè)為第二類樁（48#樁）：樁孔內(nèi)壁未見樁身裂縫，接樁處局部可見約3 mm的縫隙，有輕微滲水現(xiàn)象，接樁處局部稍欠密貼；

（3）低應(yīng)變檢測(cè)為第三類樁（247#、352#、421#、69#樁）：247#樁孔內(nèi)壁未見樁身裂縫，接樁處泥掛明顯，上節(jié)樁混凝土局部破碎并有輕微錯(cuò)位；352#樁孔內(nèi)壁未見樁身裂縫，接樁處可見約8 mm的間隙，有輕微滲水現(xiàn)象，接樁處不密貼；421#樁孔內(nèi)有明顯的泥掛現(xiàn)象；69#樁未見樁身裂縫，上下樁完全脫開，脫開距離約6 cm，機(jī)械連接插桿清晰可見，中間夾泥較厚。

以上分析可知：經(jīng)低應(yīng)變及孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，有樁底反射的樁，接樁處質(zhì)量較好；有明顯接樁缺陷的樁，接樁處可能存在錯(cuò)位、脫開、間隙3種情況，受機(jī)械插桿安裝偏差、端面不平整等影響，機(jī)械接頭連接好后，端面本身會(huì)存在一定的間隙，僅低應(yīng)變法和孔內(nèi)攝像法無法直接判定有間隙的樁接頭是否脫開。

3.3 靜載法

該工程水池采用異型復(fù)合樁，設(shè)計(jì)樁長為28 m，樁徑500 mm，水泥土攪拌樁直徑700 mm，內(nèi)芯與外芯樁長相等，單節(jié)異型管樁長度分別為13，15 m。設(shè)計(jì)要求復(fù)合樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2 412 kN，復(fù)合樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1 080 kN。

經(jīng)低應(yīng)變法普測(cè)后，挑選典型低應(yīng)變信號(hào)樁進(jìn)行豎向抗壓及抗拔承載力試驗(yàn)。

（1）無接樁反射及有輕微接樁反射的樁。對(duì)120#、285#樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，2根樁在接樁位置均有輕微反射，且有樁底反射，對(duì)120#樁進(jìn)行豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，對(duì)285#樁進(jìn)行豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見圖6。

檢測(cè)結(jié)果表明：抗壓樁Q-s曲線及抗拔樁U-δ曲線呈緩變型，抗壓樁s-lgt曲線及抗拔樁δ-lgt曲線尾部無明顯彎曲，抗壓極限承載力及抗拔極限承載力均不小于最大試驗(yàn)荷載，試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）有明顯接樁缺陷的樁。對(duì)10#、25#樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，接樁位置均有明顯反射，對(duì)10#樁進(jìn)行豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，對(duì)25#樁進(jìn)行豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見圖7。

豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)：荷載加載至第6級(jí)（1 447 kN）并維持30 min后沉降量突然增大，s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯的彎曲。該級(jí)荷載作用共歷時(shí)300 min后，樁頂沉降量達(dá)到穩(wěn)定，最終該級(jí)沉降量為22.83 mm，為上一級(jí)荷載作用下沉降量的5.06倍，在該級(jí)荷載作用下最終累計(jì)沉降量為35.28 mm。繼續(xù)加載至設(shè)計(jì)最大加載量2 412 kN，樁土未破壞，累計(jì)沉降量為52.36 mm。

圖6 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果圖

圖7 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果圖

試樁結(jié)果說明該樁未經(jīng)壓實(shí)前上下2節(jié)樁接樁處有28 mm左右脫開。加載至1 447 kN時(shí)，上節(jié)樁樁側(cè)摩阻力破壞，未壓實(shí)前，豎向抗壓極限承載力為1 260 kN，上下2節(jié)樁被壓實(shí)后，下節(jié)樁承載力開始發(fā)揮，壓實(shí)后豎向抗壓極限承載力不小于2 412 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)：荷載加載至第5級(jí)（540 kN）并維持90 min后上拔量突然增大，s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯的彎曲，本級(jí)樁頂上拔量為24.73 mm，是上一級(jí)荷載下上拔量的26.3倍，試驗(yàn)終止。最終累計(jì)上拔量為27.41 mm，該樁豎向抗拔極限承載力僅為432 kN，不滿足設(shè)計(jì)要求。說明25#樁上下接頭脫開，僅上節(jié)樁承受拉力。

3.4 樁身質(zhì)量的影響因素

結(jié)合場(chǎng)地施工環(huán)境、施工工藝及檢測(cè)結(jié)果分析該工程異型樁接樁處存在缺陷的原因如下：

（1）復(fù)合樁施工中壓樁力小，樁側(cè)水泥土提供的土壓力小，且送樁深度較深，施工垂直度不易控制，導(dǎo)致單樁及復(fù)合樁接樁處一側(cè)受壓，一側(cè)受拉。受壓側(cè)混凝土容易壓碎，受拉側(cè)接頭容易拉斷，導(dǎo)致上下節(jié)樁出現(xiàn)脫開、錯(cuò)位；

（2）機(jī)械接頭安裝過程中，由于端面混凝土平整度不滿足要求、人工插桿的安裝高度不一致等導(dǎo)致上下樁之間端面縫隙超過允許偏差（≤2 mm）；

（3）沉樁速率過快，日打樁量較多，沉樁順序不滿足規(guī)范要求，部分樁因擠土效應(yīng)上浮或傾斜，造成上下樁端面出現(xiàn)較大縫隙或脫開；

（4）現(xiàn)場(chǎng)基坑開挖時(shí)，土體開挖速率過快，導(dǎo)致部分樁頭上浮超過20 cm，部分樁出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象；

（5）因安裝偏差，部分樁插桿未能全數(shù)就位，導(dǎo)致可用機(jī)械接頭數(shù)量減少，抗拉強(qiáng)度不滿足要求，接頭易被拉斷。

4 樁身完整性綜合評(píng)價(jià)

對(duì)本工程異型管樁先進(jìn)行低應(yīng)變普測(cè)，再進(jìn)行孔內(nèi)攝像法、靜載法綜合驗(yàn)證，總結(jié)本工程異型管樁樁身完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，作為質(zhì)量驗(yàn)收和評(píng)定的重要依據(jù)，具體如下：

Ⅰ類（無缺陷）：低應(yīng)變檢測(cè)，無接樁反射，且有樁底反射；孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，樁孔內(nèi)壁無樁身裂縫，接樁處無滲水或掛泥現(xiàn)象，接樁處密貼且吻合程度較好；靜載法檢測(cè)，抗壓樁Q-s曲線及抗拔樁U-δ曲線呈緩變型，抗壓樁s-lgt曲線及抗拔樁δ-lgt曲線尾部無明顯彎曲，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

Ⅱ類（輕微缺陷）：低應(yīng)變檢測(cè)，有輕微的接樁反射，且有樁底反射；孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，樁孔內(nèi)壁有輕微裂縫，或接樁處有輕微縫隙，或有輕微滲水、掛泥等現(xiàn)象，接樁處局部稍欠密貼；靜載法檢測(cè)，抗壓樁Q-s曲線及抗拔樁U-δ曲線呈緩變型，抗壓樁s-lgt曲線及抗拔樁δ-lgt曲線無明顯彎曲，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

Ⅲ類（明顯缺陷）：低應(yīng)變檢測(cè)，有明顯的接樁反射或有二次反射，無樁底反射；孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，樁孔內(nèi)壁明顯裂縫（多呈環(huán)狀），或明顯的滲水、掛泥現(xiàn)象，或接樁處存在局部脫開，明顯錯(cuò)位；靜載法檢測(cè)，在某級(jí)荷載作用下抗壓樁Q-s曲線及抗拔樁U-δ曲線發(fā)生明顯陡降，抗壓樁s-lgt曲線及抗拔樁δ-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲，承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，接樁處脫開距離不大于10 mm。若承載力滿足設(shè)計(jì)要求，且接樁處脫開距離不大于6 mm可判Ⅱ類，大于6 mm可判Ⅲ類。

Ⅳ類（嚴(yán)重缺陷）：低應(yīng)變檢測(cè)，有明顯的接樁反射或有二次反射，無樁底反射；孔內(nèi)攝像法檢測(cè)，樁孔內(nèi)壁嚴(yán)重裂縫（多呈破碎狀），或滲水、掛泥現(xiàn)象明顯，或接樁處全部脫開、嚴(yán)重錯(cuò)位；靜載法檢測(cè)，抗壓樁Q-s曲線及抗拔樁U-δ曲線發(fā)生明顯陡降，抗壓樁s-lgt曲線及抗拔樁δ-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲，承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，接樁處脫開距離大于10 mm。

5 結(jié)論和建議

（1）異型管樁的完整性檢測(cè)應(yīng)先采用低應(yīng)變法進(jìn)行普測(cè)，在整體分析低應(yīng)變曲線特征基礎(chǔ)上，對(duì)不同類型曲線進(jìn)行孔內(nèi)攝像法、靜載法等方法驗(yàn)證，總結(jié)樁身完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而科學(xué)、準(zhǔn)確判定樁身完整性。

（2）在低應(yīng)變普測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)無明顯接樁缺陷的樁進(jìn)行承載力抽檢驗(yàn)證，若承載力滿足設(shè)計(jì)要求，可認(rèn)定接樁質(zhì)量可靠。

（3）對(duì)有明顯接樁缺陷的樁，最直接有效的驗(yàn)證方法是進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)。

（4）受樁身截面變化及樁側(cè)水泥土的影響，低應(yīng)變法無法準(zhǔn)確識(shí)別樁身淺部缺陷，如樁身裂縫、破損等缺陷，對(duì)此類樁身質(zhì)量有疑問可采取孔內(nèi)攝像法補(bǔ)充檢測(cè)，建議異型管樁在出場(chǎng)及進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)收，嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)吊裝、沉樁施工工藝。

（5）嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)異型管樁施工質(zhì)量，尤其對(duì)送樁深度、垂直度及機(jī)械連接件的安裝質(zhì)量進(jìn)行控制；嚴(yán)控基坑開挖方式和周邊環(huán)境，減少樁周土體環(huán)境對(duì)樁身完整性的影響。