浅谈PHC管桩垂直度偏差检测新方法

浅谈PHC管桩垂直度偏差检测新方法

龙辉1,肖明明2

1中国二十冶集团有限公司

2广东二十冶建设有限公司

【摘  要】针对PHC管桩施工垂直度偏差控制，传统做法一：是采用桩机先进行调平，再采用两台经纬仪在远处定点进行观测沉桩过程的垂直偏差并及时反馈给桩基施工司机进行调校，这种方法优点是检测调校精准，缺点是检测仪器调校时间长；传统方法二：还有使用水平尺贴靠在管桩桩身，通过观察水准管气泡位置指挥桩机司机调校，这种方法优点是测量方便，缺点是误差较大，单次只能测管桩单向垂直度，桩身单向垂直度调校好时还要检测另一侧桩身垂直面，再行调校，沉桩效率低。本文以金欣智能制造产业园（二期）项目为例，通过理论计算和实际测量，找出PHC管桩垂直度偏差理论最大值，再计算出水平气泡的偏移距离最大值，通过现场检测只要观察水平气泡不超过极值则可判定该管桩垂直度偏差符合规范，提出这一可行的解决方法，并为以后类似的施工项目提供参考价值。

【关键词】管桩施工  垂直度偏差  检测方法。

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1   工程概况

金欣智能制造产业园（二期）项目拟建高层工业厂房，厂房基础拟采用预制桩基础。占地面积约10万㎡，总建筑面积约为21万㎡。主体为现浇混凝土框架结构，基础形式为PHC500(AB-125)管桩基础，平均桩长约50米，PHC管桩总数约3325根，采用静压桩机施工。根据钻探揭露，场地地层为：1.人工填土层(平均厚度约2.5m)；2. 淤泥质土(平均厚度约26.40～39.10m)；3.粉质粘土(平均厚度约24.20～47.40m)；4.砂质粘性土(平均厚度约27.80～48.80m)；5.全风化砂岩层底深度34.80～69.60m。

2   常规检测方法及特点

对项目周边地区3个项目的PHC管桩施工垂直度控制方法进行调查，主要有以下两种方法：

2.1  方法一：采用两台经纬仪进行垂直度观测

在管桩相互垂直的两个角度分别用经纬仪进行观测，用经纬仪的十字丝与管桩侧壁贴合观测，偏移十字丝则判定桩垂直度有偏移；

2.2方法二：采用吊线锤的方式进行观测

在管桩相互垂直的两个角度分别用吊线锤进行观测，用吊线锤的线与管桩侧壁贴合观测，测量垂线与管桩内壁的距离，便移垂线则判定桩垂直度有偏移。

2.3特点介绍

上述介绍的两台经纬仪观测方法，观测前需要调整仪器水平，并且打桩过程过地面震动易影响观测精度，观测效率低。吊线锤观测时易收到风向的影响，观测精度低，可定性但不能定量测得便移数据。为确保实现质量目标并且满足设计图纸要求使桩垂直度偏差控制在1/100以内,从第一节桩就得严格控制垂直度偏差不大于0.5%。采用常规方法观测效率低无法满足快速施工的需要，需要确保观测仪器不出现偏差，易导致观测结果不准；常规观测易出现观测精度低，根据观测者的经验做出判断，数据不准确。因此，需要找到一种PHC管桩施工垂直度偏差快速检测新方法，以满足快速检测且符合高质量标准的需求。

3检测新方法介绍及实施要点

3.1  产生的缘由

根据《建筑地基工程施工质量验收标准》GB 50202-2018中表5.5.4-2静压预制桩质量检验标准 垂直度允许偏差值为≤1/100，采用经纬仪测量；由国标规范可以得知，PHC管桩垂直度可以采用经纬仪进行测量，但是仅限于在施工过程中进行控制，并且需要管桩外壁露出地面没有被桩机挡住视线时可以使用，否则，测量目标无法实现，实际操作性差；采用传统规范说明的方法无法实现在完成打桩后再进行观测。通过联想到经纬仪、激光水平仪、全站仪在观测管桩垂直度之前，都得进行调平，只有观测仪器平整之后观测的数据才会准确。是否可以考虑在管桩顶部的钢板端放置水平气泡，若管桩顶部往任意方向倾斜，那么气泡也会随之倾斜（图1 气泡倾斜图），利用这一原理就可以测出管桩的倾斜情况。

3.2理论计算

采用管桩PHC-AB500(125)-10，理论计算如下计算式，管桩倾斜角度示意图见图2：

H——管桩长度，取10m计算,

α——管桩侧壁标记的点位与中心的夹角

β——管桩倾斜后的点位与中心的夹角

A——管桩顶部中心

B——管桩侧壁中心，距离A点187.5mm。

C——管桩倾斜后的侧壁中心

O——管桩底部中心

根据《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB 50202-2018中表5.5.4-2静压预制桩质量检验标准垂直度允许偏差值为≤1/100，故偏差允许值BC=10000*（1/100）=100mm，AB=187.5mm，AC=287.5mm，AO=10000mm。

tan(α+β)=（187.5+100）/10000=0.0287

利用（tan(a) = b等价于 arctan(b) = a），可得arctan(0.0287)=1.64393761°

若有一根50m长的管桩，则有：

tan(α+β)'=（187.5+500）/50000=0.01375；tan(α)'=187.5/50000=0.00375

arctan(α+β)'=arctan(0.01375)'=0.78776733°；

arctan(α)'=arctan(0.00375)'=0.21485817°；

arctanβ'=arctan(α+β)'-arctan(α)'=0.78776733-0.21485817°=0.57290916°；

∠β'= 0.57290916°

可以利用检测工具，测得管桩顶部倾斜角度不超过规范允许偏差值（0.57°）即可认为垂直度偏差符合规范要求。

图1 气泡倾斜图  图2  管桩倾斜角度示意图

3.3工艺流程及控制措施：

3.3.1工艺流程：桩机调平→管桩端部清理→管桩端部标记→水平气泡检测→压桩施工。

3.3.2控制措施：

（1）施工过程中，严格执行国家规范、规程、质量检验评定标准，以保证每道工序均处于受控状态。

（2）严格进行技术交底，每一个分项开工之前，施工技术管理人员必须以书面形式对作业班组进行施工技术、安全交底，明确施工方法及质量目标，交接记录双方均要签字。

（3）各级管理人员均要持证上岗，特殊工种要有相应的上岗操作证。

（4）严格执行“三检制”制度，项目质量员跟踪检查，掌握质量动态，加强工序质量控制，确保修复工程质量目标实现。

（5）对重要的工序及环节，如检测前检查检测工具是否标定、检测时确保观测视线与观测工具刻度线保持垂直、观测前将待观测点清理干净并打磨及标记观测点需分布均匀等质量控制要点，必须严格按照规范及规程要求进行过程控制和验收。

3.4实施步骤

3.4.1桩机调平

将静压桩机或者锤击桩机打桩前进行调平。采用桩机自带的调平仪器进行调平，管理人员进行复核，确保机器机身处于平整状态。（见图3）

3.4.2 管桩端部清理

桩机施工预留管桩0.5~1.0m的离地面高度，检查并清理桩头端部。预留管桩高度进行测量。（见图4）

3.4.3 管桩端部标记

管桩端部标记十字线并做好测量点编号。用尺标记十字线，在管桩侧壁的中间标记测量点并编号。（见图5）

3.4.5 水平气泡检测

将水平气泡的中间与管桩测量点位重合，垂直读数（见图6）。检测频率为每施工完毕一节桩进行检测一次，整条桩施工完毕后再进行检测一次。检测前可以将多个水平气泡组合成圆形读数，也可以将单个气泡至于测量点进行读数，根据量程可计算得水平便宜距离，与规范进行比较是否超过了桩长的1/100。满足规范要求即可进入下一道工序施工，否则重新调整桩机。

3.5检测结果分析

根据项目PHC管桩施工完毕后，采用上述的水平气泡检测，统计数据如下表：

表 1 水平气泡读数情况数据统计表

4结论

本PHC管桩垂直度偏差检测新方法以及理论计算，均在工程中得到了有效应用，提高桩倾斜检测效率，不挑剔检测的作业环境，为PHC管桩工程的建设提供了有效的技术保障。按照《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB 50202-2018中表5.5.4-1、表5.5.4-2锤击和静压预制桩检验垂直度偏差值都是采用经纬仪测量。实际施工时此类方法一般较适合锤击桩施工时对管桩垂直度进行观测，观测视野开阔便于观测，但对于静压桩施工时这不太适合，由于机身较大会影响观测视线，无法实现从两个垂直面进行观测，质量验收标准需根据实际情况进行调整加以改进。

本方法为PHC管桩工程垂直度检测提供了科学合理的成功案例，完善和发展了PHC管桩工程垂直度检测施工技术。为沿海地区乃至类似其他沿海地区深厚软土地基PHC管桩垂直度检测提供可靠的借鉴意义，为后续工程建设积累宝贵的经验。

参考文献：

[1]谭祥韶. 软土地区PHC管桩垂直度检测与施工控制[J].《水运工程》，2018,07：206-209.

[2] 王丹,樊家志,林桂楷. 基于测斜原理的桩身垂直度检测方法[J].《公路与汽运》，2021,：58-60.

[3] 常润,陈华杰,陈海飞. 沉桩后管桩垂直度检测方法研究[J].《城市建筑》，2013,06：276

[4] 《建筑地基基础工程施工质量验收标准》（GB 50202-2018）

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