钢筋混凝土预应力管桩承载力确定及完整性检测

侯晓红

（中石化江汉石油管理局江汉检测公司，湖北 潜江433123）

1 概述

盐化工总厂3万吨年氯化异氰尿酸新建项目工程，采用钢筋混凝土框架结构，其建筑地基条件如下，地基分八层，拟建场地位于江汉油田盐化工总厂场区外北侧，场地地层为第四系全新统地层，属冲洪积成因，主要为黏性土、砂土（见表1）。

表1 土层工程特性分析表

工程采用钢筋混凝土预应力管桩进行地基处理。混凝土强度等级为C 80，预应力管桩尺寸为Φ400＊90。设计有效桩长为20 m，采用二节接桩。桩端持力层为第6层或第7层黏土层，设计单桩竖向承载力特征值为700 k N。现行的《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中给出的地基承载力建议值很难反映出地基的地域性差异，为了准确确定桩端持力层的地基承载力，以《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2003）为依据，采用现场桩基静载试验、高应变试验曲线拟合以及低应变试验对桩基的承载力及完整性进行原位测试，以期为实际工程提供指导。

2 现场试验方法及内容

2.1 静载试验

1）加载方式

静载试验为非破坏性试验，现场试验采用慢速维持荷载法，手动油泵逐级加载，共分9级加载和5级卸载。压重平台反力装置由支墩、钢横梁（工字钢）、跳板、重物（砂袋）、油压千斤顶及检测仪器仪表等组成。压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1.2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固的放置于平台上。荷载值通过压力表测量，再由千斤顶的标定曲线换算给出（见图1）。

图1 地基载荷试验示意图

2）荷载及沉降量

荷载值通过压力表测量，试桩沉降则通过对称正向布置于桩头百分表测量，所有百分表均用磁性表座固定于基准梁上，基准梁在独立的基准桩上安装，基准桩中心与试桩中心的距离为2.4 m，基准桩中心与压重平台支墩边的距离为2.2 m。

2.2 高应变Case法、Capwapc法基桩承载力测试基本原理

Case法是一种高应变动力试桩法，其特点是用瞬时大能量冲击来考验桩，揭示桩－土体系在接近极限阶段时的实际工作性能，从而对桩的质量情况作出正确评价。

实测时在桩顶附近安装测力计（应力应变计）和加速度计，在重锤的冲击作用下，桩身与桩周土共同作用，测得桩身内应力（应变）和运动速度（加速度）的时程曲线，经动测仪分析并记录存盘。

Cap wapc法是在Case法的基础上进行模拟分析，两种方法都是用一维波动方程对时程曲线进行分析，推算桩周土及桩尖土的阻力分布（包括静阻力和动阻力），以及土的其它力学参数。高应变现场测试系统（见图2）。

图2 高应变现场测试系统示意图

2.3 低应变反射波法

低应变动力检测依据是标准规范的要求，检测仪器由采用RS－1616K（Plus）型动测分析系统，CA－YD－186加速度传感器，力棒组成。检测方法是：在桩顶放置一只加速度传感器，桩身顶部接受锤击过程中产生的竖向激振加速度信号，弹性波沿着桩身向下传播，当波阻抗差异明显的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或横截面变化显著（如缩径或扩径）的部位，产生反射波。通过RS－1616K（Plus）型桩基动测系统放大和 A／D转换，变成数字信号传给微机，信号经计算机处理后，在屏幕显示实测波形，每根桩布采集点一个，每点采集4锤信号，将存储在磁盘上的测试信号通过计算机在时域内进行处理，根据一维应力波理论和振动理论可以获得桩身混凝土的平均波速，将实测速度信号通过时域及频域辅助分拆缺陷类型、缺陷位置等参数，并以此对桩身混凝土质量进行评定。低应变试验测试系统（见图3）。

图3 低应变测试系统

3 试验结果分析

现场试验中，静载荷试验共检测3根工程桩（非破坏性试验），高应变动力试桩共检测6根工程桩，低应变共检测127根工程桩（全部工程桩）。静载试验、高应变试验和低应变试验的现场测试结果（见表2、表3和表4）。

表2 预应力管桩单桩竖向承载力静载荷试验结果

表3 预应力管桩单桩竖向承载力高应变试验结果

表4 预应力管桩低应变完整性检测结果

4 结论

非破坏性静载试验和高应变曲线拟合结果表明，按照规范要求试验桩的单桩竖向极限承载力均大于1400 k N，所检测的各单桩极限承载力均能满足设计要求。

此外，对95根工程桩进行的低应变完整性检测结果表明，预应力混凝土管桩施工质量易于控制，Ⅰ类桩占比为100%，无Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类桩。

本工程进行混凝土预应力管桩质量检测，就是要检验土的承载力和桩身质量能否满足设计、规范的要求，通过现场静载试验和高应变试验得出的承载力比规范方法得出的承载力结果更能指导现场施工。综合利用静载试验检测、低应变动力检测和高应变动力检测等技术对工程基桩进行检测，用各种检测手段，互相配合，发挥各自优势，使综合检测效果达到最优，以期掌握被测桩的桩身完整性和桩身混凝土质量，并初步判断桩端土支承强弱，进而对桩基质量做出评价，以确保建设工程的质量。

［1］GB50007－2002建筑地基基础设计规范［S］.2002.

［2］中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范（JGJ94－2008）［S］.2008.

［3］JGJ106－2003建筑基桩检测技术规范［S］.2003.

［4］罗骐先.桩基工程检测手册［M］.北京：人民交通出版社，2003：63－75.

［5］刘金砺.桩基础设计施工与检测［M］.北京：中国建材工业出版社，2001：36－58.