单桩竖向抗拔静载试验与低应变检测在工程中的探究陶伟健

单桩竖向抗拔静载试验与低应变检测在工程中的探究陶伟健

陶伟健

中山市金正建设工程质量检测有限公司528445

摘要：在深基坑建筑工程中，建筑物地基要具备较高的承载能力，解决地下建筑结构的抗浮问题。如果地下建筑结构的抗浮能力不足，会导致建筑结构受到破坏，特别是在雨水充沛地区，容易因地下水位上涨和地下结构抗浮能力不足，导致地下室底板出现隆起或破裂的情况。目前主要采用预应力混凝土桩提升建筑的抗浮性能。本文将对抗浮桩的单桩抗拔静载试验以及低应变检测在建筑工程中的应用进行分析。

关键词：单桩；抗拔静载实验；低应变检测；工程应用

引言：随着城市土地资源的日益紧张，建筑结构开始向地上更高层空间以及地下空间发展，地下建筑体的施工工程越来越多。在地下建筑结构的设计和施工阶段，要充分考虑建筑结构的抗浮性能，避免应抗浮性不足，使建筑结构体遭受破坏。采用预应力混凝土桩是一种有效的抗浮措施，但要做好单桩竖向的抗拔能力检测以及桩身完整性检测，从而保证混凝土桩的性能能够满足建筑设计要求。

1.预应力混凝土桩的分类

高强预应力混凝土管桩（PHC桩）是地下建筑结构抗浮设计中应用较广泛的抗浮技术措施。按照制作工艺进行划分，可以分为先张法预应力桩和后张法预应力桩，目前应用较多的先张法预应力桩。按桩身强度进行划分，可以分为薄壁桩和普通PHC桩，薄壁桩的混凝土强度为C60和C70，PHC桩的混凝土强度为C80。若按极限弯矩和抗裂弯矩进行划分，则可分为A型桩和B型桩，其中A型桩的弯矩小，B型桩的弯矩大。单桩的预应力强度为3.5~6.0MPa，一般单桩外径为300~600mm，厚度为60~130mm，单节长度为4~15m。PHC桩具有较高的自身强度和承载力，采用这种抗浮技术施工较为简单，造价较低，而且对环境的影响较小。但是预应力桩的强度虽然高，但是具有脆性，容易出现裂缝或发生断裂。预应力桩施工方法主要有静压法和锤击法。

2.单桩竖向抗拔静载试验

2.1单桩承载机理

单桩的竖向抗拔承载机理与受压桩不同，其主要破坏形式是桩土界面的剪切破坏，容易出现桩身被拔出或发生复合剪切面破坏。桩身上部与地面接近的部分容易发生锥形剪切破坏，而且发生破坏的土体结构会与下方未发生破坏的土体结构发生分离，并与桩身一起向上移动。如果此时桩身的抗拉强度不足，极易发生被拉断的现象。单桩承载能力主要由桩身重力和侧阻力决定，其中，桩身侧阻力是桩身与土体结构之间的阻力作用，受土层结构特征和物理学特征影响较大。此外还要充分考虑桩身自身的材料强度，在设计时同时关注抗拔桩的长期和短期效应。

2.2测量装置

单桩的竖向抗拔试验需要使用的测量装置主要包括载荷测量装置中的主梁、次梁，反力桩等，以及压力传感器、千斤顶、位移传感器和油泵加载装置等。在进行测量前首先要做好设备检查和设备组装，然后按照实验步骤进行测量，完成测量后做好设备的检查维护，以备下次使用。

2.3竖向抗拔静载试验

竖向抗拔静载试验通过模拟实际单桩抗拔承载环境，测量单桩的极限承载力，是一种直观可靠的测量方法，目前使用较多的是慢速维持荷载法。采用该方法进行抗拔能力实验，利用埋设的应力测量传感器或位移测量感，测量单桩的侧抗拔摩擦阻力和桩端的上拔量。通过试验测定单桩的最大抗拔承载量是否满足设计要求，为桩身材料强度加载控制值。一般采用在桩心内埋设钢筋混凝土的方法进行抗拔试验加载，要求混凝土强度要大于C35，并加适量膨胀剂。保证桩心内壁被清晰干净，避免影响内壁的摩擦阻力，一般预埋钢筋承载力要大于单桩抗拔极限的1.5倍以上。

3.单桩低应变检测

3.1检测原理

单桩的低应变检测一般采用反射波法，对桩身的完整性进行检测。其主要原理是当激振信号通过桩身顶部时，会产生应力波，并沿桩身进行传播。如果遇到断裂、蜂窝等不连续界面，或到达桩底时，应力波会产生反射，通过对反射波的分析检测，从反射波的波形、幅值等可以判断出桩身是否存在缺陷。可以将桩身看做一个一维弹性杆，利用一维波动方程对桩身完整性进行分析。根据缺陷反射幅值来确定桩身缺陷程度，根据反射波传播时间确定缺陷位置。

3.2测量设备

单桩低应变试验的测量设备一般适用PIT桩身完整性测试仪，该仪器主要由计算机、打印机、检测设备组成。检测时对桩身输入力锤激振，进行信号输入和参数设定，通过计算机进行数据处理，并将输出结果打印出来。在现场测试时首先要做好测试仪器的现场连接。

3.3适用条件

在低应变检测中一般采取瞬态冲击检测方式，利用加速度或速度的响应时域曲线和一维波动理论对桩身完整性进行分析、当桩身存在不同种类的缺陷，测试信号只能反映其阻抗减小的小管信息，而难以对具体缺陷类型作出准确区分。比如桩身同时存在缩颈和桩身夹泥、松散等缺陷，在检测信号中难以明显却分。所以需要结合施工地质环境，综合使用声波透射等方法对其进行检测。在检测过程中，应力波主要受激振能量、周土约束和桩身阻抗等因素相应，幅值和能量在传播过程中会有所衰减，若影响过于严重，可能导致应力波无法传达桩底，进而导致接收不到反射信号。因此，在进行低应变检测时要充分考虑施工地质条件和桩身性质是否满足检测适用条件。

3.4检测顺序

对单桩的桩身缺陷和抗拔能力进行检测，一般先用低应变法检测桩身缺陷，然后在进行竖向抗拔试验。先进性低应变检测，可以确定桩身自身是否存在缺陷，是检测桩身完整性的一般方法，具有检测速度快、检测成本低等特点，因此抽查的数量大，能够尽可能的找出桩身问题。一般抽查数量应大于单桩总数的30%。然后进行单桩抗拔能力检测，检测数量应大于总数的1%。如果在抗拔检测过程中，出现异常数据，要对其进行分析，并对问题桩再次进行低应变检测。

4结语

总而言之，随着建筑结构的高度和跨度不断增加，对地基承载能力的要求越来越高。在地下建筑结构施工中，必须早好地下结构的抗浮能力设置。采用预应力混凝土桩可以有效提升建筑的抗浮能力，但要根据具体的施工要求，合理选择混凝土桩的类型，并做好技术指标控制。通过进行单桩竖向抗拔静载试验和单桩低应变检测，确保混凝土桩的抗拔能力和自身强度符合建筑设计要求。

参考文献：

[1]黎双邵.曹妃甸灌注桩单桩承载力的动静对比试验研究[D].天津大学，2009.

[2]周良.西安某高层住宅楼桩基工程质量检测研究分析[D].长安大学，2004.