基于高应变检测试验的超长预制管桩在淤泥地质中应用的可行性探究

前言

淤泥地质广泛分布于我国东南沿海、内陆江河湖泊沿岸及低洼盆地，具有低剪切强度、高含水量等特性，对桩基施工提出严峻挑战。预制管桩因承载力高、施工高效、成本可控等优良特点，应用到多个项目工程中，表现良好。但是，因淤泥地质预制管桩施工技术尚处于起步阶段，施工规范尚未完善，预制管桩在淤泥地质中应用的效果尚未得到验证。因此，论述基于高应变检测试验的预制管桩在淤泥地质中应用的可行性具有非常重要的意义。

1 预制管桩在淤泥地质中的优势

淤泥地质是桩基施工中出现频次较高的一种土层类型，构成因素包括淤泥颗粒、水分、盐类、有机物、矿物质等 [1]。淤泥地质土层物理力学特性高度复杂且处于动态变化态势，兼具非线性与高可塑性、强流变性、高压缩性、低渗透性等特点，自然结构高度脆弱，其土层结构在外界作用下极易受损，且在高含水率环境下，淤泥地质半流动淤泥之间易产生持续累积无法消散的超孔隙水压力，在超孔隙水压力影响下土层有效应力、约束力均出现大幅度下降，对桩基施工提出较大挑战 [2]。此时，提前在工厂内制作管桩并养护至设计强度后运输至现场，经打桩机械设备将预制管桩打入地基同时桩顶浇筑承台梁板，可以在最大限度降低淤泥地质对管桩不利影响的同时兼顾基础体系施工完整性、安全性、高效性，确保淤泥地质环境下管桩体系稳定性。

2 高应变检测试验方法概述

高应变检测试验方法是借助重锤冲击基桩顶部，促使基桩与其周边土壤产生足量位移，激发基桩端部支承力与其周边土层阻力，进而利用位于基桩顶部以下桩身两侧的加速度传感器、力学传感器，实时采集桩身运动加速度、桩身轴向应变或内力的时程，将其作为桩身质量完整性、桩身承载特性的判定依据 [3]。

在预制管桩检测中，高应变检测试验方法具有高效率、精确性、灵活性、高适应等优良特点 [4]。其中，高效率表现为高应变检测试验可同时判定预制管桩完整性、承载特性；精确性表现为高应变检测试验方法可精准判定预制管桩接头、桩身缺陷类型及其对桩竖向抗压承载力的影响；灵活性表现为高应变检测试验方法可通过优化设计拓展至软土地区、淤泥质土、大直径管桩等复杂场景，实时监测工艺参数并参与验收，为工程决策提供支持；高适应性表现为高应变检测试验方法占用场地空间较小，可突破场地限制，应用到狭窄、小规模工程中。

3 基于高应变检测试验的预制管桩在淤泥地质中应用的可行性

3.1 案例分析

珠海市横琴区某工程计划使用约 15000 根预制管桩，管桩直径为600.00mm ，混凝土强度等级为 C80/C105，设计承载力为 2800.00kN ，设计桩长超过 80m ，且桩端至少深入持力层 6m 或以最后三阵每阵贯入度 <30mm/10 击作为打桩收锤标准。选取 95#、1916#、4629# 试验桩进行高应变检测试验，其中，95# 预制管桩入土深度为 71.1m ，1916# 预制管桩入土深度为 59.7m ，4629#预制管桩入土深度为 59.4m 。通过查阅项目的地质勘察报告，得出95#、1916#、4629# 试桩所在地层情况见表1。

由表1 可知，该项目土层大面积分布淤泥质黏土，具有高含水量、高压缩性、低抗剪强度、低渗透等特点。

3.2 应用方法

1）为验证高应变检测试验在淤泥地质预制管桩验收中的应用可行性，提前准备武汉岩海公司研制的 RS-1616k（s）高应变检测仪、应变式力传感器、加速度传感器等仪器设备 [5]。锤锤击设备采用项目打桩用的自走式液压锤击打桩系统（16.0t 重锤及导锤架构成）

2）在前期准备完毕后，将应变式力传感器、加速度传感器准确且对称安装在 95#、1916#、4629# 试验桩顶下两侧表面（传感器与桩顶水平距离一致），避开管桩应力集中部位（焊点、桩身变径、吊耳等）以及截面突变位置，一般距离管桩顶部大于等于 2D（D 为桩径），淤泥地质复杂环境中，在因现场条件限制无法满足 2D 距离要求时可放宽至 1D（D 为桩径）。对于同侧应变式加速度传感器，与应变式力传感器之间中心水平距离应不超过 80mm ，且安装面传感器敏感轴分别与管桩中心轴平行，如图1 所示。

3）在应变式力传感器、加速度传感器安装位置确认无误后，95#、1916#、4629# 试验桩桩顶垫层均垫入厚度为 20.00mm±10.00mm 的纤维板，采用液压打桩锤击设备，依据 0.5m 的锤击落距进行重锤低击，控制预制管桩锤击贯入度在 2.50mm～10.00mm 之间 [7]。利用应变式力传感器、加速度传感器采集 95#、1916#、4629# 试桩信号，每根采集 5 锤或 6 锤的有效信号，初步分析高应变检测试验过程中桩体的动态响应。

4）在确保采集到各锤曲线进入收敛稳定的情况下，将仪器内数据导入电脑，使用武汉岩海专用的 case 分析软件进行分析，将 95#、1916#、4629# 预制管桩的长度、入土深度、波速等基本参数输入到 case 分析软件中，选择各桩号最终锤的实测 F-V 曲线进行分析，若应力与加速度曲线在 2L/C 时间段内无异常变化，表明自由落锤锤击设备产生的能量可在 95#、1916#、4629# 预制管桩内部顺利传播，可推测预制管桩完整性良好；若应力与加速度曲线在2L/C 时间段内出现交叉或不正常波动，则表明预制管桩存在缺陷。

5）将武汉岩海 case 分析软件的分析结果输出为拟合分析文件，导入到武汉岩海专用的 ccwapc 拟合分析软件进行计算，将 95#、1916#、4629# 预制管桩的长度、入土深度、波速等基本参数输入到 拟合分析软件中，通过波动理论进行计算曲线的拟合，比较实测曲线与计算曲线拟合系数，进行预制管桩测试基本参数调整，循环“拟合计算——调整参数”过程，直到获得满意的结果。获得 95#、1916#、4629# 预制管桩入土后的桩侧摩擦阻力分部情况，桩端部阻力，以及模拟 Q-s 曲线等参数。

3.3 效果分析

依据 3.2 高应变检测试验方法，以及武汉岩海 case 分析软件，观察各桩号最终锤的实测 F-V 曲线，得出 95#、1916#、4629# 桩实测曲线无突变点及不正常变化，软件计算的95#、1916#、4629# 预制管桩的桩身完整性系数均为1.00，均判为 I 类桩，可满足自由落锤锤击设备产生能量流畅传播要求。

在桩身完整性分析的基础上，使用武汉岩海专用的 ccwapc 拟合分析软件的拟合计算输出结果，得出拟合曲线图见图2\~ 图4，整理出的结果汇总见表 2。

由表 2 可知，4629# 预制管桩的动测承载力最大，为 4083.25kN，95# 预制管桩的动测承载力次之，为 6309.6kN，1916# 预制管桩的动测承载力最小，为6237.6kN 这主要是由于4926# 预制管桩的桩端阻力大于95# 与1916# 预制管桩，在打入过程中经过更多的淤泥地层，如淤泥、淤泥质黏土，使得该桩在进入持力层前锤击数偏少，使得技术人员调整增加了此桩进入持力层的深度，致使桩端阻力上升。

由表 2 高应变检测试验结果可知，95#、1916#、4629# 预制管桩的桩身侧摩擦力随着入土深度由 59.4m～71.1m 的变化而显著变化，95# 预制管桩的桩身侧摩擦力最大，为 5340.9kN，1916# 预制管桩的桩身侧摩擦力次之，为4654.2kN，4629# 预制管桩的桩身侧摩擦力最小，为 4482.2kN。这主要是由于95# 预制管桩在深入淤泥地质过程中桩侧与淤泥以及黏土层的接触面积增加，桩身侧摩擦力累积值随着入土深度的增加向更高水平发展，同时因预制管桩底部周边砂质黏性土承受更大压缩，会在预制管桩作用下出现挤密现象，且随着砂质黏性土挤密过程的推进，土层密实度、抗剪强度进一步增进，导致 95# 预制管桩侧摩擦阻力在底部一定深度范围内均匀高水平分布。

4 结束语

（1）验证了高应变检测在淤泥地质预制管桩检测中的卓越效果：成功应用高应变检测（结合 Case 法和 CCWAPC 软件）对珠海横琴淤泥地质项目中的95#、1916#、4629# 三根超长预制管桩（直径 600mm ，入土深度 59.4m-71.1m ）进行了检测。结果表明：

综上所述，本研究为淤泥地质预制管桩的应用可行性分析以及高应变试验检测提供了实践指导与科学依据，具有显著的应用推广价值，主要结论如下：

1）桩身完整性优异：三根桩的桩身完整性系数β 均为1.00，均被判定为 I类桩，证明预制管桩在淤泥地质中打设过程未对其结构造成损伤，满足高质量施工要求。

2）承载力远超设计：实测总承载力（桩侧摩阻力 + 桩端阻力）范围在6237.6kN \~ 6378.2kN 之间（95# 桩 : 6309.6kN，1916# 桩 : 6237.6kN，4629# 桩 :6378.2kN），显著高于其设计极限承载力（5600.00kN），充分验证了预制管桩在深厚淤泥地层中能够提供足够且安全的承载力。

（2）验证了高应变检测在淤泥地质预制管桩检测中的卓越效果：

1）桩侧摩阻力：获得精确的桩侧总摩阻力值（4482.2kN \~ 5340.9kN），并明确证实桩侧总摩阻力随入土深度的增加而显著增大（95# 桩深度 71.1m, 摩阻力5340.9kN > 1916# 桩深度 59.7m , 4654.2kN > 4629# 桩深度 59.4m , 4482.2kN）。

2）土层相互作用机制：过数据分析，揭示了桩身底部周边砂质黏性土在打桩作用下发生的挤密效应，以及此效应对提高该区域土层密实度、抗剪强度进而提升桩侧摩阻力的作用机制。

（3）提供了淤泥地质预制管桩应用的实证支撑：本研究通过严谨的高应变检测和数据分析，以实测数据有力地证明了超长预制管桩应用于深厚淤泥地质的可行性、可靠性和优越性（高承载力、完整性好），解决了该领域实践验证不足的问题，为淤泥地质条件下大规模推广应用预制管桩提供了关键的实践指导和科学依据。

参考文献：

[1] 张佳 . 淤泥质土区预制管桩长期沉降与稳定性分析 [J]. 建筑机械化 ,2025,46(05):173-176.

[2] 黄小福 , 张瑞旗 , 尚伟 . 滨海地区深厚淤泥地层预制管廊受力特征模拟分析 [J]. 混凝土与水泥制品 ,2022,49(12):41-45.

[3] 王玉华 , 马晓耘 , 丁继辉 . 基于现场高应变检测成果的 PHC 管桩承载力可靠性分析 [J]. 交通建设与管理 ,2024,61(04):188-191.

[4] 林杰昶 . 静载试验法与高应变法在桩基检测中的综合比较研究 [J]. 工程建设 ,2025,57(04):81-86.

[5] 张毅 , 钟富麒 . 关于高应变法检测大型预制管桩承载力适用性的探讨 [J].广东建材 ,2023,39(07):28-30.

[6] 连裕鑫 . 混凝土灌注桩桩身完整性的验证检测实例分析 [J]. 山西建筑 ,2025,51(05):86-89.