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动力试桩法在工程勘查中的应用
(内蒙古地质矿产勘查院,内蒙古呼和浩特 010010)
摘要:文章针对高应变动力试桩法对端承管桩检测准确性低的问题,结合多年实际检测经验,归纳总结出端承管桩在土中的各种受力特点及其实测曲线特征,进行分类对比及分析,提出了对该类桩的测试要点以及分析解释方法。
关键词:高应变动力试桩;端承管桩;曲线拟合法
中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(XX)06—0239—03
在桩基检测工程界,一直以来有这样的观点,高应变动力试桩法对长的、摩擦为主的桩的测试准确性较高,应用效果好,而对于短桩,尤其是端承为主的预应力管桩,则准确性较低,应用效果差。据内蒙古某地区的调查统计,在高应变所测的1 000根预应力管桩中,与静载对比误差较大的桩有20根,占所测桩总数的2%,而其中居然有15根是以端承为主的短桩,占误差较大的桩中的75%。笔者在多年的实际工作中也遇到过类似情况,曾经在一个工地检测了10根以端承为主的短桩(打入式预应力管桩),经数据处理,分析判断有6根桩的承载力未达到设计要求,但是后来对这6根桩进行静载试验后,却有3根合格。为此,笔者在下文中对端承管桩的高应变动力测试从理论和实践等方面,结合实测曲线波形特征进行系统的归纳总结、分析研究,并提出对该种桩型的高应变动力测试要点以及分析解释方法,供业界同仁参考。
1 端承管桩所处的地层及施工特点
地层特点
根据桩的承载机理,把地层分为桩侧(周)土摩擦力层与桩端(尖)土特力层。这种端承管桩所处的桩侧(周)土摩擦力层一般由流塑状的淤泥、松散状的砂层或者填土层所组成,其共同的工程地质特性为压缩性高、强度低,桩周土摩擦力标准值qs低,对桩提供的侧摩阻力较小或几乎没有,相反,在某些特定的条件下有可能提供负摩擦力。
桩端(尖)土持力层一般由强风化或中风化岩组成,该层压缩性低、强度较高,桩周土摩擦力标准值qs及桩端土承载力标准值qp较高,是较为良好的桩基础持力层。这种地层的一个较为明显的特点是:桩侧(周)土摩擦力层与桩端(尖)土持力层之间土的强度变化不是一个由弱渐强的渐变过程,而是弱与强之间的突变。
施工特点
预应力管桩的施工,不外乎重锤打入和静力压桩2种。本文中所讨论的端承管桩在上述地层中施工,一般用重锤打入法,具有以下特点:桩在打入过程中,在到达持力层前的桩侧(周)土摩擦力层阶段,通过桩管自沉或轻打几十锤即可实现。而在桩端(尖)持力层的最后收锤阶段,继续打击几十锤即可很快达到收锤标准(根据不同的单桩承载力设计值由设计人员定,一般规定最后十击贯入度<2cm或3cm)。整条桩的施工总锤击数相对较少,一般只有一二百锤(正常情况下,每根桩的施工总锤击数在500~1 000锤之间),用很短的时间就可完成一条桩的施工。我们把这种桩的施工特点简单归纳为“沉桩快,总锤击数少”。
2 桩在土中的受力特性及实测曲线特征
由于地层变化的不确定性,打桩过程的非相关性,每根桩在土中的受力情况都有所不同,在大量试验及对比的基础上,我们把端承管桩根据其在土中的各种受力特性,归纳总结为以下几类,并对每一类桩的实测曲线波形特征分别予以说明。
桩尖与持力层接触良好,且持力层强度较高
这是桩基施工较为理想的情况,其波形曲线具有如下特征(图1a)。图中0~2L/C(L/C为传感器以下桩长与纵波速度的比值,单位为ms,下同)时间段,F(力,单为kN,图中用实线表示,下同)曲线与v(速度与波阻抗的乘积,单为kN,图中用虚线表示,下同)曲线基本上相互重合,说明该桩基本上没有受到桩周土摩擦力的作用;在2L/C时刻(即桩底位置,下同),F曲线没有明显的反向反射,对应的v曲线没有明显的反向反射,对应的v曲线也没有明显的正向反射(本文约定,反射波相位同入射波相位相同,则为正向反射,反之,则为反向反射),显示在桩底未受到明显的拉应力作用,说明该桩与持力层接触良好,且持力层强度较高;在2L/C至F曲线归零时间段(时间长度不应少于3L/C,并在2L/C时刻后延续时间不应小于20ms〔1〕,以下对此时间段简称为“2L/C后时间段”),F曲线有较大的正向反射,对应的V曲线有较大的反向反射,显示该桩在桩底受到了较大的压应力作用,进一步说明该桩桩底持力层强度较高。
桩尖与持力层间有间隙存在,持力层强度较高
这是在桩基施工过程中出现的一种最复杂的情况,间隙的大小是决定基桩承载能力的关键因素。其波形曲线具有如下特征,参见图1b。图中(0~2)L/C时间段,F曲线与V曲线基本上相互重合,说明该桩基本上没有受到桩周土摩擦力作用;在2L/C时刻,F曲线有较大的反向反射,对应的V曲线