PHC管桩的应用及焊缝对低应变检测桩身完整性的影响

PHC管桩的应用及焊缝对低应变检测桩身完整性的影响

汪煜迪

中国铁建港航局集团有限公司武汉分公司 湖北武汉 430000

摘要：PHC管桩属于建筑中的重要组成部分，有着较为广泛地应用，尤其是在近几年的民用和工业建筑施工过程中，在很多地方都可以看到PHC管桩的身影。结合大量的工程施工案例可知，低应变法属于管桩完整性检测过程中的方法，对检测管桩质量有着非常突出的作用和影响。鉴于此，本文主要分析焊缝因素对管桩完整性的影响，并对低应变法的概念以及应用进行简要阐述。

关键词：低应变法；PHC 管桩；完整性

引言

管桩属于建筑结构中的重要部分，一般多用于地基处理工程中。针对PHC管桩，其桩体的接缝处非常容易出现裂缝，这些裂缝不仅会影响施工，同时会对处理后地基质量有影响。鉴于此，在实际施工过程中，操作人员一定要对PHC管桩的焊缝质量进行有效控制。

1 低应变法的原理和概念分析

低应变法是主要是指用低能量瞬态或者稳态激振模式来对管桩的顶部进行处理的一种方法。借助仪器设备对管桩顶部的曲线进行测量发现，利用该方法可以有效检测管桩的完整性。在实验过程中，我们可以做出以下设定：

可设定管桩为具有连续性的一维弹性杆，在不考虑桩基和其他因素的情况下，主要利用桩身产生的阻尼作用来有效抵抗应力波产生的衰减以及尺寸效应产生的散射。如果为管桩的顶部施加一个能力，此时应力波会沿着管桩传递，在传递过程中，应力波的能力会呈现由大到小的变化趋势^[1] 。

一般情况下，多利用一维波动方程计算应力波方程进行计算。该方程式如下： (1)

在该方程中，其中ct表示桩身的位移，G表示下行的入射波的速度，u表示测试点和桩尖的长度，x,t则表示入射波与桩身缺陷位置反射波时间差。

在工程试验过程中，应力波的数值大小和桩基焊缝的有着明显的关系。

2 PHC管桩的应用

一般情况下，PHC管桩能够承受多方面的应力，尤其是在一些施工难度较高的风化岩层以及坚硬的黏土层和卵石层进行施工的过程中，PHC管桩都有很强的适应性。就目前PHC管桩的应用程度来看，它多应用于高层建筑和普通的工业建筑之中，此外，PHC管桩还具有质量可靠，运输方便以及机械化程度高等优势。

3 PHC 管桩低应变法检测要点

在针对PHC管桩进行低应变检测的过程中，需要注意以下几方面：

①需要对传感器和激振制备的位置进行确定。②检测传感器的检测面需紧密和桩身贴合。③PHC管桩是空心桩体，在检测过程中，检测点和激振点的夹角一定要在90°范围内。④为了有效提高应力波的质量，在针对管桩进行锤击的过程中，一定要从多次锤击产生的应力波波形中选取一些波形完整且可以真实反映管桩完整性的波形。

4 PHC管桩焊接对桩身质量的影响

4.1 焊缝深度对桩身质量的影响

结合实际的工程施工案例可知，一般的建筑中，管桩的焊缝深度数值区间多处于8~12mm之间，为了更加精确的检测焊缝数值对检测桩的影响，也需要将焊渣的因素考虑在内。鉴于此，本文分别通过分析焊接深度在不同程度下的管桩情况，来检测焊缝数值对检测桩的影响[2]。对此，应该在接桩之前，将桩端的泥土和杂物清理干净，如果污渍较为顽固，应该采用钢丝刷进行清洁。同时将上下节桩进行对齐，在PHC管桩焊接的过程中，应该注意需要两名操作人员进行对称焊接，操作过程应该保持精细，使得焊缝状况连续饱满，并将焊渣使用钢锤敲掉，保证焊接面的平整性。

通过实验分析可知，当管桩的焊接深度数值为0时，此时说明出现了断桩的情况，如果焊接深度数值可以达到10mm，则表明焊接质量良好，焊缝符合要求。此外，焊接的深度数值还会对管桩顶部的负刚度产生一定的影响。结合前文可知，阻尼系数是影响桩体状况的关键因素，阻尼能力则可以充分反映管桩的能力消耗情况。管桩桩身表面承受的动刚度以及阻尼量都和焊接的深度数值存在一定的关系。在其他条件不改变的情况下，如果管桩的焊接深度数值越低，则动刚度和阻尼量的数值也会随之上升。三者之间整体呈现反比例的关系。

4.2 结合工程实例分析焊缝深度和高度对桩身质量的影响

为了更好地分析焊缝对工程的影响，现主要结合实际的工程案例进行分析。本数据采用武船双柳基地2#室外总组区场地数据，该总组区基础为PHC管桩。管径大小为600mm，管桩所用混凝土型号为C80。同时，该PHC管桩采用三级焊接模式，桩体的长度为33/36m。

为了有效检测焊缝对桩基的影响，本文减少了其他干扰因素的影响，设定焊缝的深度无线趋近于数值0。以该数值作为检测限度数值，如果检测数值达到0，则说明桩体或者桩基出现了受损或者断裂，此时则需要重新选择测试位置。

通过实验测试结果可知，当管桩的焊缝要求处于标准范围内，此时仍然会在焊缝处产生一些细微的应变探伤曲线反射。鉴于此，专门引入了弹簧串联模型进行拟合比对试验。焊接率的计算公式如下： 其中ＡＲ主要表示工程实例中的焊接接触面积，ＡＩ则表示模拟实验中的焊接接触面积，通过计算得出，当工程实例中焊接接触面积无穷小时，此时的模拟曲线才能很好地和工程实例曲线进行拟合 。 鉴于此，当现实中的焊接接触率，即Ａｒ ＜１０％时，在不考虑其他因素的影响下，说明桩体的实际焊接率仅仅为15%左右，此时焊接处有明显的裂缝。当Ａｒ的数值处于50%区间范围内，此时管桩桩身基本完好，符合我国的工程检测标准。但是需要注意的是，本文中提及的工程实例所采用的管桩采用三级焊接结构，不能代表所有的管桩焊接情况。在实际的检测过程中，还需要结合实际情况进行分析。

综合来说，本文先主要对低应变法的概念和作用进行了分析，然后重点研究了焊缝对管桩完整性检测产生的影响。通过系列的实验和分析可知，焊接的深度、高度以及顶部承受的负刚度以及阻尼量都会对管桩低应变检测中的完整性产生影响。

①焊接的深度对管桩的桩顶响应程度存在影响，在不考虑其他因素干扰的情况下，如果焊接的深度数值越高，此时管桩顶部的负刚度以及阻尼量的速度响应度会相应减弱。通过计算得知，在实际的工程中，焊接深度不宜低于10mm，如果焊接深度处于5mm区间范围内，此时管桩的焊接处会出现信号反射。

②焊缝的高度也会对管桩桩顶的响应度产生影响。当焊缝的高度处于额定范围内，此时不会对桩顶的响应度产生过多影响。但是结合前文可知，如果焊缝的高度超过了2mm的额定值，此时管桩的焊接处会出现明显的反射波。

③为了获取更加精确的实验数据，本文还对PHC管桩进行了拟合曲线和实测曲线实验设计。通过实验结果发现，如果管桩的状态呈现断桩或者严重受损时，此时采用弹簧模型会出现更好的模拟效果，如果管桩受到的损伤较低，此时则不能采用弹簧模型，利用弹簧模型则会导致实验结果精确度减弱。

综上所述，在实际的工程施工过程中，PHC管桩完整性是受各方因素影响的，关于低应变检测桩身完整性的方法值得我们进一步去探究。

参考文献

[1] 李建华. 低应变动测在多节PHC管桩检测中的局限性及探讨——接桩部位附近的桩身缺陷与接桩部位缺陷[C].2016'年全国建工建材检测实验室可持续发展高峰论坛.

[2] 刀杰, 尹丽, 张海军. PHC管桩的应用及焊缝对低变检测桩身完整性的影响[J]. 建筑工程技术与设计, 2017, 000（004）:559.

作者简介：汪煜迪（ 199311），男，湖北工业大学，土木工程，本科，助理工程师，主要从事试验工作。