专利名称：软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法
技术领域：
本发明涉及一种修补方法，尤其涉及一种软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜 缺陷的修补方法。
背景技术：
近年来预应力高强度混凝土(即PHC)管桩因其成本低，施工方便在软土地基中得 到广泛应用，在软土中PHC管桩易出现桩身倾斜、断桩，脱开、错位等缺陷。低应变动测法是目前检测桩身完整性常见的一种方法，低应变动测法基本原理 为在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面 (如桩底、裂缝、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产 生反射波，经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此判断 桩身的完整性，推断缺陷的类型及其在桩身中的位置。但低应变动测法存在一定的局限性， 它无法直接查看桩身缺陷的状况，为了更直接查看桩身质量情况，便于设计师对桩的承载 力进行准确取值，需用其他设备或科学先进的手段或辅助判断桩身的完整性。采用视频查看技术也是目前本领域技术人员通常采用的一种技术手段，但该方法 也具有一定的缺陷性。它只能查看桩的内壁情况，而接桩的焊缝却在桩的外侧，因此不能看 到焊缝的情况；另外视频查看只能查看到冲孔出来的部位，而整根桩长度较长，清孔工作非 常困难，因此查看第一节与第二节桩较容易，视频查看不能给予桩的质量进行定性，仅辅助 检测单位与设计更直观了解桩身缺陷情况。桩基出现质量问题后，少量桩可采用补桩的方式进行弥补，大面积桩出现缺陷倾 斜，不可能把全部桩都废弃，可以对受损管桩进行修补，使其达到一定的承载力，打折使用 以减少补桩数量，节约成本和工期。采取何种即科学又合理的修补方法是目前对于受损管 桩急待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法， 要解决桩基出现质量问题后，如何通过修补打折使用以减少补桩数量，节约成本和工期的 技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，在竖向击振下初步确定缺 陷位置，再通过视频确定管桩具体缺陷位置的基础上对受损管桩进行修补，具体修补步骤 如下
步骤一，冲孔确定计划冲孔深度，采用冲孔泵冲孔，冲孔至计划冲孔深度后，继续冲孔 10分钟以上。步骤二，洗孔采用污水泵与洗孔器相结合的办法进行洗孔，在桩孔内泥浆沉淀前，迅速放下污水泵，将桩孔内泥浆水抽出桩孔，或采用洗孔器进行洗孔。步骤三，检测洗孔完毕后对桩身缺陷进行观测视频，并进行视频录像，同时检测 冲孔深度、桩缺陷位置以及桩倾斜程度。步骤四，填芯根据桩基检测结果和视频查看情况加工填芯用钢筋笼，然后将钢筋 笼下至已清洗的桩孔内固定，并填充填芯混凝土。步骤五，检验修补效果填芯混凝土达到设计要求后，对修补后的受损管桩进行单 桩竖向抗压静载荷试验，加载方法为慢速维持荷载法，根据试验结果确定受损管桩实际承 载力。所述受损管桩为上下节桩接头处出现裂缝，但没有完全脱开，且桩身混凝土没有 破坏的受损管桩。步骤一中的所述计划深度为16m。步骤四中所述填芯混凝土为掺加10%混凝土膨胀剂的微膨胀C45混凝土。所述填芯混凝土分层下料，每次分层厚度不大于1米，并及时进行振捣，振捣器采 用15米长振捣器，振捣棒快插慢拔。步骤五中所述慢速维持荷载法为荷载按十级划分，逐级等量加载，第1级荷载取 两倍级差加载，每级荷载在维持过程中保持数值的稳定。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明提供软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法科学合理，简单易于 实施，可对不同程度受损管桩进行不同处理，避免了完全废弃造成的建设成本的增加，通过 对受损部位安装钢筋笼和灌注填芯混凝土，既保证了结构的安全，同时又节约了建设成本， 同时由于不用全部凿除，重新施工而加快了施工进度。本发明可广泛应用于受损管桩的修补。
具体实施例方式下面具体结合工程实例对本发明作进一步详述 (1)实例工程概况
某大型商业广场包括3幢28层公寓式酒店，1幢11层公寓式酒店，2幢30层办公楼(框 架结构)及3-5层裙房(框架结构)。高层A、B、C三座均选用PHC-A500管桩，桩长根据桩顶 标高而有所变化，大部分为38m，桩端入持力层⑦-1层粉砂1 2m，壁厚有120mm和IOOmm 两种，单桩竖向承载力设计值2300KN。A座塔楼共407根管桩，B、C座各288根管桩。受损管桩原因分析
①上海南汇地区属于典型的软土地基，土质情况较差，由于该工程工期紧、沉桩速度过 快，淤泥质粘性土低渗透性，土体高灵敏性，土体受扰动后土体强度大大降低，空隙水压力 未能及时消散，受扰动土体休止期不够，未能有效固结就开挖是桩偏斜和折断的主要原因。
②高层部位桩数较多，桩位密集(1. 7mX2m)，压桩又较集中，土体受扰动仍呈流动 状态，挤土效应明显，后施工的桩对前施工的桩在过程中有可能已经对桩造成了损伤，土体 隆起容易造成桩头位置的脱节，开挖后的卸载又加剧了桩损坏。 ③降水时间过短，另外该工程属于软土地基，土质情况差，渗透系数小，抽水比较 困难。
④大面积的土方开挖卸土后应力集中释放，往往在软、硬土交界处出现土体滑动， 使桩体出现偏斜和断裂。⑤接桩焊接质量不好，焊好后没有按规定停留7 10分钟。⑥该工程基坑围护结构为水泥搅拌桩重力坝形式，土方开挖至坑边时，重力坝变 形较大，坑外土体下沉达60cm，土体从坝体下绕流至坑内致使桩身偏斜，桩身在软硬相交的 第4、5层土被剪断。(2)受损管桩桩身质量检测
专家组通过对桩身的倾斜进行斜度检测，对倾斜度进行了分类1%；1 3% ；3飞％ ； 5 7% ；7 9% ；9%以上。根据现场实际情况，能清孔测斜率的桩全部检测，A栋407根桩测斜358根，占该 栋总桩数87. 9% ；B栋288根桩测斜275根，占该栋总桩数95. 5% ；C栋西侧未浇筑底板区共 91根桩测斜78根，占该区总桩数的85. 71%。偏斜斜率统计见表1。表1桩身偏斜斜率统计
从表1可以分析，B栋桩身倾斜度较A、C栋严重，基本与现场直观查看一致。采用低应变动测法进行检测所得的检测结果统计与分析见表2。表2低应变检测结果统计(根)
从低应变检测结果表明A栋受损管桩最为严重，而A栋桩头倾斜外观看较B栋直，但 受损管桩的比例比B栋高，怀疑A栋桩上下节桩在焊缝接头位置有裂缝脱节的缺陷。锤击试验结果
对于A栋表面看偏斜较大，而小应变结果判定为完整桩、鉴于小应变检测的局限性，因 此决定挑选了 4根偏斜量较大完整桩进行锤击试验，而锤击结果均为受损管桩，且沉降量 较大，锤击试验采用3t锤，落距600mm。从锤击试验与低应变结果对照分析，低应变判定为受损管桩的基本为受损管桩， 低应变判定为完整桩的不一定就是完整桩，因此需要用其他方法进一步去核实，决定采用 视频设备对桩内部情况进行查看。
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为了进一步观察桩内部情况，弥补低应变检测的局限性，采用视频设备对桩孔内 进行查看并录像。用专业设备把管桩内的泥冲洗干净，包括桩内壁清洗干净，孔内水抽干后 下视频设备，一边缓慢旋转下去，一边查看并录像，观察到缺陷部位时要记录缺陷情况，缺 陷部位到桩顶距离等，分出几种缺陷状况桩身有轻微裂缝，裂缝为环形状；桩身有裂缝、 裂缝呈锯齿形，裂缝较宽、在弯折点一侧或整个环形裂缝明显有泥水渗入；上下节桩头连接 处裂缝，接头焊缝部分裂开，部分还连接在一起，裂开处有泥水渗入；上下节桩头连接处裂 缝，接头焊缝全部裂开，上下节桩完全脱开，有大量泥水渗入；桩身断裂，或接头脱开，并上 下错位。其相应的受损管桩修补技术方案如下。(3)受损管桩修补技术方案
由于本工程桩缺陷部位大部分在7 13m处，因此本发明的修补方法采用视频对管桩 质量进行分析，并根据视频查看的具体部分，定制钢筋笼，在缺陷部位钢筋加强，进行混凝 土填芯处理。具体步骤如下步骤一冲孔。所有的桩冲孔深度按计划深度16 m深进行控 制。冲孔泵应保证有足够的压力，能够确保将桩孔内泥浆由冲散到顺水冲出桩孔。冲孔到计 划深度后，仍要坚持继续冲孔10分钟以上，以确保桩孔内泥浆在停止冲孔之时(沉淀之前) 能够流出桩孔。步骤二 洗孔。洗孔采用污水泵与洗孔器相结合的办法进行。具体为冲孔达到要 求后，利用泥浆还未沉淀时，迅速放下污水泵，将桩孔内泥浆水抽出桩孔。洗孔器适用于污 水泵放不下去的桩内洗孔。步骤三检测。冲孔、洗孔完毕马上进行桩孔内视频观测(桩身缺陷观测)及视频 录像，并做好冲孔深度及桩缺陷处位置的记录及桩倾斜的检测工作。桩身缺陷观测、视频录 像、冲孔深度、桩倾斜检测应安排专人进行，及时做好记录。步骤四填芯。填芯钢筋笼的加工根据桩基检测结果和视频查看情况，按照设计院 出具的钢筋笼制作图纸进行加工。填芯混凝土采用掺加10%HEA混凝土膨胀剂或其他混凝 土膨胀剂的微膨胀C45混凝土。由于填芯深度较深，达到十几米深，填芯砼必须分层下料， 每次分层厚度不大于1米，并及时进行振捣，振捣器必须采用15米长振捣器，振捣棒应做到 快插慢拔。步骤五检验修补效果填芯混凝土达到设计要求后，对修补后的受损管桩进行 单桩竖向抗压静载荷试验，加载方法为慢速维持荷载法，根据试验结果确定受损管桩实际 承载力。具体做法如下
低应变检测结果为III类、IV类及斜率大于1%的处理后的桩，按不同斜率分类进行单桩 竖向抗压静载荷试验，按3% 5%、5% 7%、7% 9%共计9组试验。试验方法采用慢速维持荷载法，试验加载采用油压千斤顶加载，本工程根据设计 要求进行单桩竖向抗压静载荷试验，加载装置分别采用压重平台反力装置(俗称堆载法)。 试桩最大加载量根据设计要求确定。为3600kN，荷载按十级划分，逐级等量加载，首级(第1 级)荷载取两倍级差加载，每级荷载在维持过程中保持数值的稳定，见表3。表3静荷载试验数据汇总表
(a)单桩竖向承载力取值分析
完全脱开桩的承载力分析试验表明，133#桩加荷至780 kN时，出现第2拐点或累计 沉降到7. 93 mm，单桩竖向极限承载力为600 kN和800 kN。133#桩倾斜率为6%，通过对桩 身视频查看，该桩在一二节桩有脱节现象。B栋99#桩第二级加载到780KN累计下沉8. 68mm,第三级加载到1040KN累计下沉 达到31. 48mm，到第四级加载到1300KN后的第5、6、7、8、9、10级每次沉降都在3. 2mm左右， 后面的第4 10级加载累计下沉量为24mm。从实验表明加载第三级时，上下节桩已经碰 上，
第四级以后桩基本为整桩正常工作，从理论上讲上下节桩碰上后竖向承载力影响不大。试验结果表明B栋99#桩与A栋133#桩相似，均为上下节桩脱开，桩身混凝土没 有被破坏。上下装碰上后具有一定的承载力。(b)断裂处混凝土损坏的承载力分析
350#桩从试验效果看极其不好，初始加载为520KN，累计下沉5. 04mm,加载第二级 780KN累计下沉38. 13mm,第三级加载1040KN，累计下沉75. 59mm。从三次加载情况来看，该 桩几乎没有承载力。该桩在距桩顶8. 1米处断裂脱开严重，混凝土挤碎，有大量的泥渗入。从350#桩的情况分析，类似断裂处完全断开，且混凝土压碎，该桩几乎是没有承 载力，就是修补后效果也不大。(c)倾斜较大但桩身完好，无脱节桩承载力分析
C栋的85#、B栋的142#、181#号桩倾斜分别为4. 39%,8%和7%，表明看桩头倾斜明显， 该三根桩的静载结果非常不错，满足设计的竖向承载力要求。85#桩低应变检测为怀疑有受 损管桩(无视频查看);142#，181#低应变判定受损管桩，视频检查142#桩在距地面桩头9. 9 米处有轻微裂缝，有水渗入，没有脱开现象 ’181#视频查看没有发现明显缺陷。
通过对这三根桩的实验结果分析，PHC管桩在一定范围内倾斜，只要桩身混凝土没 有破坏，接头有断裂没有脱开，桩还是具有一定的竖向承载力，设计时可以考虑打折使用。(d)倾斜较大但桩身完好，局部脱节桩承载力分析
A栋211#、318#，B栋37#桩从单桩极限承载力测定值分析，211#为1943KN，318#为 2345KN, 37#为2845KN。这三根桩低应变检测在7 13米处有缺陷为III、IV类受损管桩，经 过修补后，其承载力比较理想。三根桩的倾斜率检测情况，211#斜率为4. 92%、318#为4. 62%、37#为6. 82%。视频 查看情况，该三根桩在上下节桩接头处有折点，弯折点处一面脱开，一面没有脱开。通过对三根桩的视频查看和静载荷的试验分析，对这种上下节桩接头处有裂缝， 不是完全脱开，桩身混凝土没有破坏，只要填芯修补处理好，该类还是具有一定承载力，其 承载力能达到设计值的60%。以上为本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
一种软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，在竖向击振下初步确定缺陷位置，再通过视频确定管桩具体缺陷位置的基础上对受损管桩进行修补，其特征在于具体修补步骤如下步骤一，冲孔确定计划冲孔深度，采用冲孔泵冲孔，冲孔至计划冲孔深度后，继续冲孔10分钟以上；步骤二，洗孔采用污水泵与洗孔器相结合的办法进行洗孔，在桩孔内泥浆沉淀前，迅速放下污水泵，将桩孔内泥浆水抽出桩孔，或采用洗孔器进行洗孔；步骤三，检测洗孔完毕后对桩身缺陷进行观测视频，并进行视频录像，同时检测冲孔深度、桩缺陷位置以及桩倾斜程度；步骤四，填芯根据桩基检测结果和视频查看情况加工填芯用钢筋笼，然后将钢筋笼下至已清洗的桩孔内固定，并填充填芯混凝土步骤五，检验修补效果填芯混凝土达到设计要求后，对修补后的受损管桩进行单桩竖向抗压静载荷试验，加载方法为慢速维持荷载法，根据试验结果确定受损管桩实际承载力。
2.根据权利要求1所述的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，其特 征在于所述受损管桩为上下节桩接头处出现裂缝，但没有完全脱开，且桩身混凝土没有破 坏的受损管桩。
3.根据权利要求1所述的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，其特 征在于步骤一中的所述计划深度为16m。
4.根据权利要求1所述的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，其特 征在于步骤四中所述填芯混凝土为掺加10%混凝土膨胀剂的微膨胀C45混凝土。
5.根据权利要求4所述的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，其特 征在于所述填芯混凝土分层下料，每次分层厚度不大于1米，并及时进行振捣，振捣器采 用15米长振捣器，振捣棒快插慢拔。
6.根据权利要求1所述的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，其特 征在于步骤五中所述慢速维持荷载法为荷载按十级划分，逐级等量加载，第1级荷载取两 倍级差加载，每级荷载在维持过程中保持数值的稳定。
全文摘要
本发明涉及一种软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法，该方法采用视频对管桩质量进行分析，并根据视频查看的具体部分，通过定制钢筋笼，在缺陷部位进行钢筋加强，同时对预应力高强混凝土管桩缺陷部位进行混凝土填芯处理，其主要包括冲孔、洗孔、检测以及填芯等步骤。本发明的软土地基预应力高强混凝土管桩倾斜缺陷的修补方法既科学又合理，同时又能保证结构的安全、节约建设成本以及加快施工进度，比传统的修补方法更加优越。
文档编号E02D37/00GK101906789SQ20101023428
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者况波, 张法荣, 毛向党, 黄仁武 申请人:中国建筑第二工程局有限公司