预制方桩的缺陷分析及治理

1、预制方桩的缺陷分析及治理摘要：以某实际工程为背景，介绍在用PIT进行常规的低应变检测和静载荷试验后，发 现较高比例的桩在接头位置都存在缺陷，结合相关资料进行综合分析，对桩的缺陷性质做 出了正确判别；而后采用动力复位的方法，同时进一步采用PDA打桩分析仪和精密水准 仪进行跟踪监测，由此杜绝了工程隐患。关键字：预制方桩 缺陷波形曲线PIT PDA沉降0.引言近年来，预制方桩在上海地区的多层、小高层民用住宅以及工业厂房项目的基桩工程 中得到了广泛的应用，随之而来的，由于打桩过程中多节桩接头的焊接质量不好、现场预 制而导致桩身混凝土强度偏低、锤击应力过高及土方开挖等施工因素而造成的预制方桩产 生裂缝、

2、断裂甚至上下节脱离的工程质量事故时有发生。沉桩后的基桩检测，成为对预制 方桩施工质量的主要控制手段之一。以位于上海郊区软弱土层上建造的一 12层住宅楼为背景，介绍在用PIT（美）（Pile Integrity Tester）桩身完整性测试仪进行低应变检测和静载荷试验后，结合沉降测量、地质资料、 施工资料等进行综合分析，对桩的缺陷性质做出了正确判别，并采取了动力复位的治理方 法及PDA （美）（PileDriving Analyzer）打桩分析仪的高应变法对复位效果进行评判，由 此杜绝了工程隐患。工程概况某民用住宅工程为12层的框剪结构，基桩采用混凝土预制方桩。桩型为 JZHb-235-1313

3、B，桩端持力层为-1b粉质粘土夹砂层，单桩抗压承载力设计值为680kN， 总桩数为235根。场地地质概况：拟建场地属滨海平原地貌类型，桩长范围内各土层物理 力学指标表1。工程桩检测结果该工程基坑开挖1.5米左右，按设计要求对3根桩进行单桩竖向抗压极限承载力试验， 试验前的低应变动测试验发现其中2根的反射波曲线出现明显的接桩位置缺陷，其57#和 106#桩低应变反射波曲线分别见图1和图2。表1地基土土层分布及物理力学指标层号土层名称厚度（m）比贯入阻力Ps（Mpa）标准贯入N63.5（击）预制桩fs (kPa)fp (kPa)粉质粘土0.002.200.6015淤泥质粉 质粘土6158.900.

4、486m,156m,20淤泥质粘 土3.908.100.59201a粘土4.407.300.80301b粉质粘土 夹砂2.9513.201.735.75015004粉质粘土0.006.303.377.86520001砂质粉土0.006.558.0225.47540002a粉砂7.9014.9014.2739.6906000图1.57#桩低应变实测曲线图2. 106#桩低应变实测曲线随后的静载试验结果也表明此2根试验桩的单桩极限抗压承载力均未达到设计值，且 其中1根的情况非常典型:Q-S曲线在550kN出现明显向下的拐点，即660kN荷载下的 沉降明显增大，是前一级的3倍多，而在770kN后沉降

5、收敛，曲线又开始上翘；从S-lgt 曲线中也可以看到660kN荷载级明显曲折，沉降出现极大值。上述现象非常明确的表明 本试桩接桩处有明显缺陷，上、下两节桩脱开约15mm，在空隙压实前的竖向极限承载力 为550kN,压实后的竖向极限承载力可以达到1100kN。综合静载试验和低应变动测试验曲线可表明，在接桩处有明显的脱开缺陷，且由于接 桩部位脱节，严重影响其单桩承载力的向上传递，但其上下两节桩的桩身完整性均良好。后对该工程的全部基桩进行低应变动测试验，检测发现有34根桩在不同程度上在接 桩处存在明显的缺陷，事故的规模和性质是显而易见的，为了充分利用脱节的两节桩，并 弥补脱节的缺陷，使其缺陷桩的竖向

6、承载力能正常传递，让缺陷桩的单桩极限承载力基本 达到设计要求，所以我们采用了锤击技术对其进行动力复位。复位方法的选择和复位控制该工程基桩由打桩机沉桩，但基坑已经开挖，打桩机无法下基坑安装到位，即使能实 施费用也很大，得不偿失。故采用三脚架顶部悬挂一落锤的方法(落锤重2吨，落距0.5 米)，对缺陷桩进行锤击。复位前先对四根正常桩进行锤击以验证锤击能量是否合适，四 根桩两次锤击的总贯入量在1.54mm-1.84mm之间，说明动力复位的锤重及落距选择是合 适的，即能将上节桩打动，同时很难将整节桩打动，可将复位停锤标准定为1mm左右， 也就是说，当最后两锤的平均贯入量约为1mm时，可停止复位锤击。4

7、.复位贯入度测量我们采用索佳B1精密水准仪(测试精度为0.01mm)对被锤击桩进行贯入度测量，复位 的锤击贯入度除三根桩的总贯入量在6.52mm-9.90mm之间，其余被复位的锤击贯入度除 三根桩的总贯入量在6.52mm-9.90mm之间外，其余被复位的缺陷桩的总贯入量在 28.80mm-55.82mm，说明由低应变动测试验确定的此类桩，上下两节桩接头处存在明显 空隙,脱节程度较大，但通过上述动力复位后，接头处的空隙已趋于零。代表性桩位复位 锤击贯入度列表如下：桩 号16#57#59#84#106#230#正常桩正常桩总贯入量(mm)44.8443.8345.7855.8255.0049.70

8、1.541.70最后两锤平均贯入量(mm)0.650.600.770.910.450.980.770.855.复位效果监测和评判复位后缺陷桩的最终承载力是否得到了较大的提高，运用PDA (美)(Pile Driving Analyzer)打桩分析仪对其中的5根桩进行了复位效果监测和评判，得到了复位后缺陷桩 的竖向抗压承载力。测试时砼的波速设定为3500m/s，传感器安装在距桩顶以下0.7m的位置，通过基桩 的高应变测试仪器，接受复位时的每一次锤击信号，通过分析程序可以监控复位的全过程， 从下图6-图10,可以看出随着复位锤击数的增加，缺陷处反射信号逐渐变小和桩身完整性 系数逐渐变大；缺陷反射信

9、号小到一定程度后，随着复位锤击数的增加，缺陷反射信号再不变化，桩身完整性系数保持为常数，说明复位已经完成。桩复位初始阶段的测试曲线。从高应变测试曲线特征可以看出，在冲击时刻（t=0）， 力曲线与速度曲线基本重合，之后，随着土阻力被激发，力和速度曲线逐渐分离，但在约 13m处，力曲线与速度曲线交汇，紧接着速度曲线迅速升高形成一个峰值，而力曲线迅速 下降形成一个凹槽。这个回响反应，速度曲线峰值与力曲线凹槽即为典型的桩身阻抗减少 或桩损坏。此时P值为52%，凯斯-高勃尔法反映的极限承载力Rsp值为360kN左右。 沉降测试反映此时贯入度不大，桩刚被打动。图7为57#桩复位中间阶段的高应变测试曲线，曲

10、线特征同锤击初始阶段相似，速度 曲线峰值与力曲线凹槽仍旧非常明显，此时P值为48%，Rsp值为297kN，两者均比初 始阶段略有降低，沉降测试反映此阶段贯入度比锤击初始阶段有所增大，由此可知，此时 13m接桩处缺陷依旧明显。沉降量增大，Rsp值略微减少，说明桩已被打动，桩被打动后， 可导致其侧壁摩阻力降低，致使Rsp值略减，由估算分析可知，Rsp值的大小有与上节 桩的桩长相匹配的特征。故缺陷初步定性为：上下两节桩有分离的可能。图8为57#桩收锤阶段的测试曲线，从高应变测试曲线特征可以看出：速度曲线峰值 与力曲线凹槽的变化由逐渐减小到不很明显，。值的变化由初始阶段52%左右上升到84% 左右，R

11、sp值的变化由初始阶段的360kN （图6）上升到905kN。沉降测试反映此阶段贯 入度呈减小趋势，收锤阶段最后一锤的沉降量为0.60mm，由此可知，此时13m接桩处 缺陷已明显改善，Rsp值的显著增大及沉降量明显的减少，均显示出与整个桩长相匹配的 特征，表明前面打动的桩实际为上节桩，此时脱开的上下节桩基本闭合，整根桩共同受力。由以上检测过程及分析结果可知，由低应变检测确定的57#桩13m接桩处的缺陷， 经用PDA检测并结合沉降观测，可具体定性为：桩上下两节脱开，但竖直方向基本未错 位，通过动力锤击，可使上下两节桩基本闭合，使其承载力提高桩复位初始阶段及复位收锤阶段的测试曲线，其测试曲线的变化特征与57#相同，复 位后的单桩竖向抗压极限承载力也达到910kN。6 .结论.预制方桩的损坏特征多表现为接头损坏，桩身裂缝、断裂，挖机造成的浅部裂缝 及断裂。在用常规的低应