预应力混凝土管桩完整性检测探索

预应力混凝土管桩简称管桩，预应力混凝土管桩广泛用于工业与民用建筑、铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物，及大型设备等工程基础。预制砼桩可在工厂集中生产，也可在场地四周预制。单节长10米左右。外径有φ300－φ1000的壁厚不一，A型－C型的各类管桩。桩的单位面积承载力较高。由于其属挤土桩，桩打人后其四周的土层被挤密，从而提高地基承载力;桩身承载力设计值1070一10080KN。预应力混凝土管桩强度高，混凝土强度等级C60～C80。桩身承载力高，抗弯性能好，有较高的抗裂弯矩与极限弯矩。桩身质量易于保证和检查;适用于水下施工;桩身砼的密度大，抗腐蚀性能强;施工工效高。因其打人桩的施工工序较灌注桩简单，工效也高。预制桩单价较灌注桩高。预制桩的配筋是根据搬运、吊装和压人桩时的应力设计的，远超过正常工作荷载的要求，用钢量大。接桩时，还需增加相关费用;锤击和振动法下沉的预制桩施工时，震动噪音大，影响四周环境，不宜在城市建筑物密集的地区使用，一般需改为静压桩机进行施工。预制桩是挤土桩，施工时易引起四周地面隆起，有时还会引起已就位邻桩上浮。受起吊设备能力的限制，单节桩的长度不能过长，一般为10余米。长桩需接桩时，接头处形成薄弱环节，如不能确保全桩长的垂直度，则将降低桩的承载能力，甚至还会在打桩时出现断桩。不易穿透较厚的坚硬地层，当坚硬地层下仍存在需穿过的软弱层时，则需辅以其他施工措施，如采用预钻孔等。预制桩的适用条件:持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的夹层;持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制，减少截桩或多次接桩;水下桩基工程;大面积打桩工程。由于此桩工序简单，工效高，在桩数较多的前提下，可抵消预制价格较高的缺点，节省投资;工期比较紧的工程，因已预制好，缩短工期。预应力混凝土管桩施工完成后一般需要进行完整性和承载力检测，在广东地区预应力混凝土管桩完整性检测一般采用低应变法，高应变法主要用于预应力混凝土管桩的承载力检测及完整性检测，很少用高应变法单独检测桩的完整性。
1管桩完整性检测方法介绍
低应变动力检测常用在桩基完整性检测中，基本原理:通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面(如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷)和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。低应变法又称时域法，在时间域上研究分析桩的振动变量，在桩受到瞬态激振后，研究桩顶速度随时间变化情况。用手锤或者力棒敲击桩顶，通过安装在桩顶的加速度或速度传感器，获取速度曲线。高应变检测的基本原理就是往桩顶轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗承载力及桩身完整性的检测方法。用重锤冲击桩顶，使桩～土之间产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力。高应变法通过采集桩顶附近有代表性的桩身截面的轴向应变和桩身轴向运动加速度的时程曲线;通过必要的的布点和计算，得出该截面的平均内力和平均运动速度。最常用的的高应变检测分析方法是Case法和实测曲线拟合法:(1)Case法是建立在一维应力波理论的基础上的，假定桩为一维线弹性细长杆件，假定桩身材料是均质的，假定忽略应力波在传播过程中的能力耗损，假定总土阻力由土的静阻力和土的动阻力组成，动阻力集中在桩尖附近，忽略桩侧动阻力。Case法的优点是计算简单，计算速度较快，可作实时分析，进行打桩监测。但是这些基本假定有时实际上是不符合桩实际工作状态，这就是Case法的不足这处;(2)实测曲线拟合法是以实测值为客观标准反推桩土参数，使计算波形与实测波形拟合，如果两者的拟合效果差，调整桩土参数，再次计算，直至拟合系数达到理想值为止。与Case法相比较其所采用的桩、土模型有很大的改进:桩身材料可以是不均匀的，考虑了桩身材料内阻尼所造成的应力波衰减，将桩离散为一系列单元长度为1－2米的质弹系统，单元内部无阻抗变化，应力波在每个单元内的传播时间相等。这样的计算方法适用性更广。但是也存在问题，如计算结果无唯一解，在拟合过程中调整的参数众多，对检测人员理论水平和实践经验水平要求较高。高应变法和低应变法在桩身应变量相对关系，高应变采用锥的重量大于单桩极限承载力的1%～1.5%，桩身应变量在0.01%～0.1%;低应变法采用的锥重一般几牛至几百牛，桩身应变量通常小于0.001%。
2管桩完整性检测两种方法对比研究
低应变法检测桩身完整性快捷、经济。低应变法对桩身缺陷程度只能定性判断，反射波测试信号只能反映桩身阻抗变化。低应变法由于冲击能量小，受桩身材料阻尼和桩周土阻尼的影响，能量迅速衰减，同时管桩的接头对低应变的冲击的能量传递有影响，因此，在管桩低应变检测中有效检测深度有限，对于桩周土阻力较大的桩及中长桩无法检测中下部的完整性。高应变法冲击能量大，在桩基完整性检测方面可以对缺陷程度定量计算。高应变法检测同低应变法一样只能反映桩身阻抗变化，一般不宜判断缺陷性质。高应变法检测检测桩身完整性由于使用较大吨位激振设备，导致高应变检测效率低，费用高的缺点。同时由于高应变的冲击能量大，冲击能量被土和桩身材料消耗的少，因此检测有效深度大，可以穿透管桩的接缝，更合理判断接缝的缺陷程度。对于管桩中的施工接缝和水平裂缝，低应变法检测有明显的反射波，按照规范条文，桩的完整性可以判为III类桩，而高应变法检测中看不到这种明显反射波，桩的完整性可以判为Ⅰ类桩。对于桩周土阻力较大的桩及中长桩，低应变检测完整性为Ⅰ类桩，而通过高应变检测，发现桩较深处有缺陷反射波信号，桩的完整性可以判为III类桩或者II类桩。
3建议
低应变方法检测管桩存在有效检测深度不足，对于具体的工程，根据当地经验和现场试验，来判断低应变检测是否适宜。对于对于桩周土阻力较大的桩及中长桩，建议采用高应变法来检测完整性。进一步研究采用高应变法来检测管桩完整性，采用低于规范规定的承载力检测的重量的锥，可以提高高应变法检测完整性的效率。对于采用低于规范规定的承载力检测的重量的锥来做高应变检测桩身完整性，可以不判定单桩承载力，检测费用可以低于高应变法检测桩的承载力的费用。对于管桩中的施工接缝或者水平裂缝，低应变法检测时有明显的反射波，建议进一步进行高应变或者静载检测，合理确定桩的完整性类型及对桩的承载力的影响。
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