预应力混凝土管桩断桩事故的检测与分析.pdf

第5 期 2 O O 7 年5 月 广东土 木与建 筑 GUANGD0NG ARC HⅡEC T URE C I VI L E NGI NEE RI NG № ． 5 MA Y 2 O 预应力混凝土管桩断桩事故的检测与分析 杨 晓 淞 ( 广东天信电力工程检测有限公 司 广州 5 1 0 6 0 0 ) 摘 要 ： 某工程设备基础 的高强预应力 混凝 土管桩 ， 由于打桩 时压应 力过 大而导致桩 身断裂 ， 文 中根据 该桩的 高、 低应 变检 测结果分析此 类断桩桩 身完整性检测 曲线的特征 。 关键词 ： 高应变动测；低应 变动测 ；断裂 1 概 述 目前对沉桩后的管桩进行桩身完整性检测的常 用方法是高、 低应变法 ， 其 中低应变法在检测速度和 费用方面更具优势 ， 而且从理论上讲 ， 由于大的冲击 能量更易使裂缝 闭合 ， 因此它对接缝和水平裂缝 的 敏感度要高于高应变法 ． 更适宜作为桩身完整性普 查 的手段。 但在受到土阻力影 响的情况下 ． 低应变检测的 冲击能量在传播过程中会迅速衰减 ， 致使桩身缺陷 反射 明显减弱 ， 甚至无法获取信号。打桩时由于压应 力过大而使桩身被压至断裂 ．则有可能出现非 因能 量衰减而检测不到 ． 相反是低应变冲击能量能被有 效传递的情况 ． 但在高应变冲击能量下桩表现出明 显或严重的缺陷形式 ． 这种压断与接缝或打桩时拉应 力过大而使桩身拉至断裂的情况有些不同 一方面压 碎的混凝土可能对低应变检测产生干扰 ． 或造成 断 桩处阻抗变化 ： 另一方面 ， 压断的上下两截桩的连接 状况 比接缝或拉断的情况要好 ． 也可能是 由于缺陷 周围的损伤区域在高低应变下桩身应力水平不同 ． 在高应力水平下桩的完整性系数减小 2 检测情况及其分析 2 ． 1 土 阻力 的影 响 工程检测实践表明 ， 由于冲击能量在桩身传递 过程 中的衰减 ． 低应变法能否检测到管桩的桩身缺 陷， 与桩侧土阻力大小和休止时间长短有很大关系 图 1 a为某 电厂化学水处理楼 管桩施工中监测到 的 断桩实测 曲线 ． 该桩为 ~ 4 0 0 — 9 5高强预应力混凝土 管桩 ， 配桩 1 3 m+ 1 2 m， 采用 H D5 0型柴油锤施打 ， 收 锤后拉高导致突然 断裂 ： 图 1 b为桩身 断裂后立即进行 的 低 应 变 实测 曲线 ． 图 1 c为沉 桩 4 3 d后 进行 的低应变实测 曲线 ． 可见土阻力对 检测结果影响较大 2 ． 2冲击能量能被 有效传递 打桩 时 由 于压 应力过大而将桩身 压至断裂 ． 可能出现 低应变 冲击能量能 被 有 效 传 递 的 情 况 ．这 时 桩 表 现 为 无缺陷或仅有轻微 缺陷 0 5 l 0 l5 2 o 2 5 3 0 3 5 ( c ) 某工程设备基图1 某断桩的低应变检测曲线 础的预应力混凝土管桩为 ~ 4 0 0 - 9 5型． 配桩 3 ~ 1 3 m， 焊接接头 ， 十字桩尖 ． HD 5 0型柴油锤施工， 最后 3阵 贯入度分别为 3 2 ， 3 0 ， 2 7 mm；设计单桩竖 向承载力 1 2 0 0 k N， 桩端支承于全风化花岗岩 ， 高应变试验用锤 重 5 t 。该场地典型地质状况见表 1 ． 检测情况如下： ( 1 )高应变检测： 采用美国 P D A公司生产的 P A K 型基桩动测仪和 5 t自由落锤 ．检测在桩施工后 1 4 d 进行 。从实测 曲线可以看 出． 桩身在约 1 0 m处存在 缺陷 ， 最初的 3锤使缺陷发展迅速 ， 实测贯入度也从 7 ． 1 mm增至 1 3 ． 4 mm， 其后缺陷稳定 ， 波幅平缓且宽 ， 能见二次反射 ， 5次锤击的桩身总下沉量达 4 5 mm。 在征得业主、 监理和施工单位同意后 ． 于当次检测完 成 2 h后又进行 了高应变检测 ， 共锤击 4次 ， 使缺陷 4 9 维普资讯 2 O O 7 年5 月 第5 期 杨跷凇： 预 应力混 凝土管 桩断桩 事故的 检测与 分析 M A Y 2 0 o 7№ 表 1 场地典型地质情 况 一称 毒 霉 土 层 名 称 意 薰 (m ) (击 ) 1 素填土① 1 ． 7 一 一 6 粉质粘土@ 7 ． 0 1 4 3 0 2 细砂 2 ． 8 7 7 粉质粘土@ 3 ． 5 1 7 2 1 3淤泥质土 7 ． 0 3 ~ 4 8 砂质粘性土 2 ．5 2 4 4 粉土 2 ． 5 5 9 全风化花岗岩 6 ．O 3 1 3 9 5 中砂 2 ．O 3 O 1 O 强风化花岗岩 1 O ． 7 5 2 ～ 1 0 o 注)①经分层碾压处理； ②海积成因； ③残积成因。 基本稳定 ， 但贯人度增 大 ， 每次均为 1 2 ． 8 — 1 5 ． 8 m m， 两次累积下沉近 1 0 0 m m， 实测波形如图 2所示。 ( a )第 1 次第 5锤 ( b ) 第 2次第 3锤 图 2 先后两次 高应变实测 曲线对比 ( 2 )低应变检测 ： 分别在第 1 、 2次高应变检测后 进行低应变检测 ， 实测 曲线如图 3 a ， 可见桩底清晰， 桩身基本完整 ． 约 1 0 m处有轻微缺 陷 ． 改变冲击频 率和提高冲击 能量也没有根本改善 ． 只有将桩长设 为 1 5 m放大至 7倍时桩身缺陷才较明显 ． 如图 3 b 。 一 一 瑚． _ J ． — 鬻 。 ( Ⅱ ) ( a ) ( b ) 图 3两次低应变实测曲线 6 0 ( 3 )其它辅助检查 ： 为了弄清桩身状况 ， 在现场 利用探照灯和吊锤从管桩中间往下吊．在 1 0 m处可 见明显的混凝土碎块 ． 用吊锤冲击未见散落 ． 应是碎 块下有钢筋支撑 从检测实际情况来看 ． 高应变检测力与速度曲 线起始峰不重合 ． 缺陷形态为速度曲线呈现波幅平 缓且宽。 在多次锤击下缺陷趋于稳定、 贯人度大的特 点 ， 这与管桩通常的裂缝或接缝波幅尖而窄不同． 在 多次锤击下缺陷程度有明显发展 ．但贯人度不大或 趋向变小 。如广州某变电站工程 5 0 0锤击管桩高 应变检测曲线 ( 图略) 显示接缝处有缺陷， 且在 3次 锤击下缺陷越发明显 ． 贯人度越来越小 与上述情况不同 ． 该设备基础桩 的低应变检测 5 0 可见清晰的桩底反射． 这与该场地约 5 0 ％的被检 桩 ( 共 1 0 0根 ) 有明确的桩底反射是吻合的， 因此 可认为低应变检测的应力波能量基本被有效传 递 从辅助检查和高应变检测来看 ． 此类缺陷在 断1： 3 处碎裂 ． 因拉力或水平力导致断桩的可能性 极小 ． 而因压力过大导致断桩的可能性极大。 本例 中断桩处堆积有大量混凝土碎块 ． 低应 变检测能量能有效传递至桩底而高应变检测存 在严重缺陷， 这与冲击能量不无关系。由于断桩 周围形成损伤区域 ．且上下两截桩压断处碎裂混凝 土 的不规则接触在高应力作用下形成应力集 中现 象 ． 加速了损伤区域的破坏 。 其直观表现是贯人度增 大 ： 低应变检测能量不足以产生使混凝土破坏的应力 水平． 相反由于碎裂混凝土堆积和较好连接状况使缺 陷反射不明显 3 讨 论 3 ． 1 对于打桩施工时压应力过大导致的桩身断裂 ． 低应变检测不到或仅能检测到轻微缺陷 ．而高应变 检测则反映存在严重缺陷 ．其原因一是桩侧土阻力 使低应变检测的冲击能量迅速衰减 ． 二是此类桩身碎 裂缺陷可能将低 冲击能量的应力波近乎完整地传递 过去 ． 表现为桩身完整或仅有轻微缺陷． 这与试验时 冲击能量 的大小有关。如桩尖附近发生碎裂 ． 当其位 于孤石或有硬夹层的岩层时 ．静载试验可能达到要 求． 但若桩身上部发生碎裂 ． 则静载试验时会突然沉 降而导致承载力降低 ．使桩身失稳破坏的可能性加 大． 因此考虑安全 ． 建议对此类管桩在验收时增加高 应 变检 测 的 比例 3 ． 2 上述工程桩长 3 9 m且桩端支承于全风化花 岗 岩 ， 总锤击数 9 8 2击 ， 断桩位于第 3节上， 这在施工中 是较易察觉的．但现场施工记录显示施打过程基本 正常． 因此这类断桩原因应引起施工人员的重视 。 参考文献 [ 1 ]陈久照． 高应变动力试桩技术[ G ] ／ ／ 2 o o 5 年P D I 基桩动 测技术培训班培训讲义． 2 0 o 5 ． 5 [ 2 ]杨晓淞． 某厂房桩基工程质量事故分析及处理 [ J ] ．岩土 工 程 界 ， 2 0 0 3 ( 6) [ 3 ]陈凡 ， 徐天平 ， 陈久 照等．基桩质量 检测技术 [ M] ．北京 ： 中国建筑工业 出版社 ． 2 0 0 3 [ 4 ]J G J 1 0 6 ～ 2 0 0 3 建筑基桩检测技术规范 [ S ] 维普资讯