PDA动测技术在某电厂桩基施工监测中的应用

'维普资讯http://www.cqvip.com2008年第2期《贵州电力技术》(总第104期)PDA动测技术在某电厂桩基施工监测中的应用中南电力设计院朱鑫[410000]摘要本文阐述了PDA(PileDrivingAnalyzer)打桩分析仪在打桩过程中的监测方法及内容。对某电厂在工程桩沉桩的过程中，检测人员在基桩高应变动测过程中，如何应用打桩分析仪，针对地质条件复杂、地层岩性的不均一以及打桩方法不合理等情况，利用PDA打桩分析仪在打桩过程中的监测到的拉压应力、桩锤效率、锤击能量等监测成果，进行分析，合理确定不同的打桩机在沉桩时的停锤标准。关键词拉应力；压应力；初打；复打；锤击能量；贯人度时，桩身引起拉裂。开裂部位一般发生在桩的上部，1前言且桩愈长或锤击持续时间愈短，最大拉应力部位就随着电力工程不断向大机组、大荷载方向发展，愈往下移。随着桩的愈打愈深，其总阻力愈来愈大，相关建(构)筑物对地基承载力的要求也越来越高，桩的贯人速度愈来愈慢，桩身的拉应力也愈来愈小桩基础得到更广泛的应用。而打人桩以其工艺简单或消失。在强行沉桩、过多地锤击、过高的锤击能量成熟、单桩承载力较高、施工质量和施工进度易于控以及偏心锤击的情况下，桩身压应力或桩身拉应力制、利于现场文明施工等诸多优点，成为应用最广泛有可能超过桩身材料的允许值，出现桩身破损甚至的桩型之一。尽管如此，在打桩过程中，常常会因场产生断桩。地岩土条件的变化、施工机械、设计要求以及打桩前1．4桩身完整性和单桩极限承载力检测滞后的试验(试桩及试打桩)资料详略程度的差异而出按常规，基桩检测一般等到沉桩结束后或基坑现各种工程问题，在桩基施工与监测过程中常见的开挖后进行，不利于施工过程中监理工程师对桩身工程问题主要有：完整性和单桩承载力整体状况的分析和判断。一旦1．1沉桩难度变化大出现缺陷桩数量较多或承载力不能满足设计要求的同一建筑场地的岩土条件也往往存在较大的差情况，令人倍感刺手；若打桩机重新进场补桩，势必异，勘测设计工作难以甚至不可能将这种差异完全增加费用、延误工期；若下基坑补桩难度更大，还可查清，试桩的数量及其代表性也受到一定程度的限能影响邻桩质量；若不补桩，又无法保证工程质量。制。因此，以勘测和试桩为重要依据的设计文件就2PDA的主要功能不可能对各种难以预见的工程问题提出一一对应的具体要求。实际上，同一场地，相邻承台，甚至相邻①监测沉桩过程中桩的动阻力极其变化，测试基桩之间的沉桩难度有时也存在很大的差异。终锤时的桩的动阻力(即桩在终锤时的竖向极限承1．2打桩机锤击能量的差异载力一初打极限承载力)；同一建筑场地往往会有多台打桩机同时进行作②测试休止期后的桩的最大静阻力(即桩在复业，其锤重、桩锤效率、以及所采用的桩垫、锤垫材料打时竖向极限承载力一复打极限承载力)；的差异，都可能导致实际锤击能量的差异，如果用同③对打桩机的锤击能量、桩锤效率、桩身锤击应一停锤标准去要求，显然是不合理的。力进行实时监测；1．3桩身应力难于控制④对沉桩过程中桩身缺陷的产生、发展进行实桩身锤击拉应力是混凝土预制桩施打抗裂控制时监测，对桩身结构的完整性作出评价。的重要指标。在浅层较软地层中，打桩时的侧阻力在电厂桩基施工时，常需采用送桩器将桩顶送和端阻力较小，桩锤正常爆发起跳后，每击桩的沉降至自然地面以下一定的深度(一般2～7m)，将传感较大，桩底反射回来的上行拉力波的头部与下行压器安装在送桩器两侧进行测试，PDA同样可以实现力波的尾部迭加，在桩身某一部位产生净的拉应力。上述功能。当拉应力强度超过桩的预拉应力或混凝土抗拉强度·78· 维普资讯http://www.cqvip.com2008年第2期《贵州电力技术》(总第104期)调整和设定有关参数；其二，在工程桩打桩初期，选取3PDA监测在某电厂桩基施工监测中的不同沉桩难易程度的桩进行初打和复打对比(本场地应用实例采用的休止期为7d)，并全部采用CAPWAPC拟合计3．1工程概况算，确定单桩承载力恢复系数(时间效应)。通过动3．1．1勘测设计概况静对比、初打和复打对比测试，得出3号机、4号机范某电厂一期工程装机容量4×300MW。上部地围单桩承载力恢复系数为1．54～1．62(平均1．59)，层为粉质粘土(1—1层硬塑，1—2层可塑，1—3层其它部位恢复系数为1．21～1．30(平均1．25)。软塑，2层可塑)、粉细砂(3层稍密)，总厚度8～3．2．2现场监测15m；下部地层为卵砾石夹砾砂透镜体(4—1，4—23．2．2．1桩身应力、锤击能量、桩承载力的关系与层，稍密～中密)，总厚度30m左右。桩锤效率监测因为上部地层较为软弱，烟囱、主厂房、输煤系为合理确定各台打桩机的停锤标准，在工程桩统、生产办公楼、脱硫系统等主要建(构)筑物采用的试打过程中，利用PDA打桩分析仪对每台打桩机桩基。桩型为450mm×450mm钢筋混凝土预制方的锤击能量、桩锤效率、桩的锤击最大能量、桩身最桩，桩长l0．5～18．0m，桩身混凝土设计强度等级为大拉压应力、桩的初打极限承载力及桩身完整性等C50，基桩总数近7000根。桩端持力层为(4)层卵进行监测。监测结果见表1和图3．2．1～3。一般砾石夹砾砂透镜体，设计文件要求桩尖进人(4)层情况下，可认为桩身的最大压应力等于传感器所测3m左右，单桩极限承载力标准值不小于3000kN。到的最大压力值除以桩身截面积。最大值的作用范设计对桩基施工的要求是非常高的。围几乎等于桩的全长。由图3．2．1至图3．2．3可3．1．2施工概况知，桩身最大压应力的变化主要与锤击能量和桩极本工程桩基施工单位有3家，共投人5台打桩限承载力有关。机作业。打桩锤有国产5t、6t，日产4．5t、5t，及德产表1锤击能量、桩锤效率监测结果4．6t，均为风冷式柴油锤。由于桩端持力层岩性、密实度变化较大，总体而言，烟囱、1号机、2号机范围沉桩难度很大，6t锤贯人度一般不超过5era／10击，4．5t锤贯人度一般不超过3cm／10击，且桩尖刚进人桩端持力层便呈现这种情况；而3号机、4号机范围沉桩则较为容易，桩尖达到桩顶标高时，4．5t、5t锤贯人度可到达l0～在桩的承载力较小的情况下，锤击能量越大，压20cm／10击。应力也越大，反之越小，此种情况说明锤击能量越3．1．3工程桩质量检验大，沉桩速度越快，反之越慢；在锤击能量一定的情根据有关技术标准和设计要求，桩身完整性检况下，桩的阻力越大，其压应力越大，反之越小，此种验采用低应变动测，检测比例为总桩数的10％，单情况说明桩阻力越大，沉桩速度越慢，反之越陕。桩承载力检测采用高应变动测，检测比例为基桩总由图3．2．1至图3．2．3可知，在桩的承载力较数的5％。小的情况下，锤击能量越大，桩产生的拉应力也越3．2监测及其成果的应用大，反之越小，此种情况说明锤击能量越大，产生的3．2．1准备工作下行压力波峰值大，其在自由桩尖反射的上行拉力3．2．1．1研究已有资料波的峰值也越大，从而产生的拉应力也越大，反之越在工程桩沉桩前，检测人员应对场地岩土工程小。在桩的承载力较大的情况下，锤击能量的变化勘测报告、试桩成果进行分析研究，充分了解桩端持对桩身产生的拉应力大小没有明显的影响。由此可力层的性质和差异、单桩承载力构成(桩端阻力和知，在锤击能量一定的情况下，当桩的阻力较大，沉桩侧摩阻力所占比例)，以及试桩沉桩设备、沉桩难桩的速度变慢，桩尖反射的上行拉力波迭加的峰值度、终锤贯人度。变小，从而使桩身拉应力变小。总之，打桩过程中，3．2．1．2完善应用条件桩身拉应力的产生和变化与许多因素有关。在所有其一，对原静载试桩作复打测试进行动静对比，·79· 维普资讯http://www.cqvip.com2008年第2期《贵州电力技术》(总第104期)量大应力e圳最大静阻力0d0102030400100020OO300040∞u。：f22．．_生￡P4压应力4l6～6●．B、＼。一●<垂Ior．I毒童10／l2l2图3．2．1A29号桩的监测计算结果最大应力mPa)最大能嚣{l【N柚0】020304050O306090l20uVI，I一．．●◆2。2．工==r]f(4’}4I—66j压应力●8，＼拉唐力．8蓉lOrl0冒一砑12．●点l2磁鞋．J．l450em国产5t日产4．5t阵，否则超送60em个趟达贯人度阵誉u』，J=L／＼屡Ⅸ⋯rr50国产6t阵，否则超送60cm／t、趟透度阵誉u』"J=LH／＼Ⅸ⋯rr>德产4、6t阵。选高60且贯人度≤4cm／不超送，否则超送cm’贯人度阵誉u』’J=LH／＼屡Ⅸ嚣IJrr50日产5t阵．选高60且贯人度≤6em／不超送，否则超送em’贯人度≤6c-阵誉山擞，J=L{／＼屡艾‘州儿r十>达到设计标高目贯入度≤8em／一日产6t阵，否则超送60cm个趟透贯人度≤6c-阵掌墨>5。。(4)对总锤击数高、贯人度低、沉桩异常的桩进动测的40～50％，经济效益明显。行监测(必要时辅以低应变动测判定)，及早确定这(3)设计和监理工程师利用PDA监测成果，更类桩的桩身结构完整性，并与打桩同步进行补桩，既加合理的确定不同打桩机的停锤标准，避免盲目决方便施工，又对基桩桩身结构完整性的总体状况有策；此外，宜在试桩阶段采用PDA进行动静对比试了判定。验，为设计提供合理的设计参数，为施工阶段实际应(5)监理根据PDA监测成果、结合打桩记录、岩用创造条件。土条件综合分析，4号机范围少数承台共有28根桩(4)PDA打桩分析仪在打桩过程中所监测到的每单桩承载力不能满足设计要求(岩土条件相对较一锤的锤击能量、锤的落距、桩锤效率、桩身拉压应力、差)，经设计验算后基坑开挖前适当采取了补桩措贯人度、初打极限承载力以及桩身完整性系数等信息。施，消除了隐患，保证了工程质量和工期。通过对这些信息就能了解到整过打桩过程的沉桩情况，解决桩基施工过程中出现的工程问题，对沉桩质量5结束语与施工进度等实施控制，因此PDA动测技术在打人桩(1)利用打桩分析仪(PDA)在打桩过程中进行的桩基施工监测中的应用值得借鉴和推广。监测能及时获得一些仅凭经验无法获得的技术参参考资料数，便于监理工程师及时果断、科学客观地处理工程[1]徐攸在刘兴满：桩的动测新技术．中国建筑工业出版社1989问题，对监理工程师做好“三大控制”工作颇有益[2]PileDynamics，Inc：PDA—WUsersManua1．July2001．处，也受到业主和施工单位的欢迎。[3]中国建筑科学研究院主编：建筑基桩检测技术规范(2)合理应用监测手段极其监测成果，可实现(JGJ106—2003)2003打桩质量监控和工程桩质量检验的双重目的。同[4]桩基工程检测手册，北京：人民交通出版社，2003时，由于PDA监测可在打桩过程中进行跟桩检测，(收稿日期：20071207)在自然地面上进行。方便快捷，动测费用仅为开挖后·81·'