灌注樁低應(yīng)變測(cè)試分析

崔榮方

(南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210019)

0 引言

樁基作為一種重要的常用基礎(chǔ)形式，當(dāng)其他形式的基礎(chǔ)不能滿(mǎn)足建筑物的穩(wěn)定或沉降要求時(shí)，通常采用這種基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)安全。但由于樁基通常深埋于地下，具有高度的隱蔽性，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是施工方面都要比上部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，常常出現(xiàn)各種缺陷(如縮頸、夾泥、離析、斷樁等)，為了保證樁基質(zhì)量，就必須對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。目前主要的檢測(cè)方法有:靜載法，高、低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法，超聲波透射法，鉆心法等。這些方法中低應(yīng)變法反射波法因其方便、經(jīng)濟(jì)性、高效性而被廣泛應(yīng)用［1，2］。

1 基本原理

低應(yīng)變法是在樁頂沿垂直方向激發(fā)沿樁身傳播的彈性應(yīng)力波，由于樁底持力層及樁身質(zhì)量缺陷位置上的波阻抗與正?；炷敛ㄗ杩勾嬖诓町悾ㄟ^(guò)分析缺陷反射波和透射波的特性來(lái)分析判斷樁截面面積變化及樁身材料密實(shí)度的變化情況。

反射波法是以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的。由一維波動(dòng)理論可知，樁阻抗是其橫截面面積，材料密度和彈性模量的函數(shù):

將一維波動(dòng)理論用于線彈性樁(樁的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑且入射波波長(zhǎng)λ大于樁的直徑)。在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，此波以波速c沿樁身向下傳播。假定樁的材料沿長(zhǎng)度不變(即ρc不變)，則樁的阻抗變化僅依賴(lài)截面面積的變化。

樁身缺陷位置按下列公式計(jì)算:

式中:x——樁身缺陷至傳感器安裝點(diǎn)的距離，m;

Δtx——速度波第一峰與缺陷反射波峰的時(shí)間差，s;

c——受檢樁的樁身波速，m/s;

Δf'——幅頻信號(hào)曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差，Hz。

根據(jù)樁質(zhì)量的評(píng)判依據(jù)，將樁身完整性質(zhì)量分為四類(lèi)，Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)樁可正常使用，Ⅲ類(lèi)樁需處理后方可使用，Ⅳ類(lèi)樁經(jīng)處理后使用或報(bào)廢［3，4］。

2 檢測(cè)實(shí)例

近年來(lái)，作者使用美國(guó)PDI公司生產(chǎn)的PIT-VV型樁身完整性檢測(cè)儀，在高層建筑、工業(yè)廠房、高速公路等領(lǐng)域做了大量的基樁檢測(cè)工作，下面就檢測(cè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題作一個(gè)小的總結(jié)。

2.1 檢測(cè)前的準(zhǔn)備

PIT-VV型樁身完整性檢測(cè)儀是由測(cè)樁儀(包括計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器)、接收傳感器(亦稱(chēng)檢波器)和力錘組成。為了接收到清晰的錘擊反射波信號(hào)，以便為準(zhǔn)確分析提供可靠數(shù)據(jù)，必須在檢測(cè)前進(jìn)行必要的準(zhǔn)備:

1)檢查應(yīng)先向甲方或監(jiān)理搜集樁、地質(zhì)等相關(guān)資料;

2)對(duì)樁頭進(jìn)行處理，使傳感器能夠豎直放置，且保持與接觸面垂直;

3)檢測(cè)儀器設(shè)備是否正常;

4)檢測(cè)時(shí)應(yīng)視不同樁的樁型、樁長(zhǎng)、樁徑及測(cè)樁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的樁身問(wèn)題選擇合適的測(cè)錘(如尼龍錘、橡膠錘、鋼錘等)及施力大小。

2.2 缺陷判定

對(duì)于灌注樁，往往在澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于小直徑灌注樁，在開(kāi)挖過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。下面就作者近幾年的基樁低應(yīng)變檢測(cè)實(shí)例作一些分析與總結(jié)。

圖1為甘肅某水泥廠窯尾C1-1號(hào)挖孔樁，該樁樁徑1 200 mm，有效樁長(zhǎng)23.1 m，混凝土強(qiáng)度C30，為嵌巖樁?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的曲線顯示在距樁頂8 m左右位置出現(xiàn)負(fù)向反射，在15 m以后出現(xiàn)同向反射，且無(wú)樁底反射，判為Ⅳ類(lèi)樁。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告該場(chǎng)地地質(zhì)概況為地面以下8 m范圍為黃土，黃土下面存在約12 m厚的砂礫層，砂礫層下為泥巖;地下水距地面約15 m。根據(jù)所檢測(cè)的曲線，在8 m位置出現(xiàn)負(fù)向反射，是由于在該位置土層轉(zhuǎn)變?yōu)樯暗[層，阻抗增加，出現(xiàn)負(fù)向反射;15 m后出現(xiàn)同向反射，為該段阻抗減小所致。原因分析:在挖樁過(guò)程中場(chǎng)地未采取降水措施，而是僅對(duì)所挖的樁底采用電機(jī)抽水。又由于挖孔樁存在擴(kuò)大頭，護(hù)壁與樁底不能做到完全封閉，同時(shí)在澆筑時(shí)未采用導(dǎo)管澆筑，樁底段混凝土嚴(yán)重不密實(shí)。抽水時(shí)混凝土中水泥漿同時(shí)被帶走，產(chǎn)生離析，阻抗減小。后來(lái)?yè)?jù)業(yè)主及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理透露，在澆筑時(shí)抽水明顯發(fā)現(xiàn)有水泥漿被帶出。由于該子項(xiàng)的基樁均采用此工藝施工，此處產(chǎn)生的問(wèn)題較嚴(yán)重，后來(lái)施工單位將檢測(cè)出有異常的一根樁的一側(cè)土全部開(kāi)挖出來(lái)，發(fā)現(xiàn)在樁底附近的混凝土較松散。后來(lái)應(yīng)業(yè)主要求，對(duì)該子項(xiàng)全部采用鉆芯法復(fù)測(cè)，鉆芯檢測(cè)結(jié)果基本與低應(yīng)變檢測(cè)相符，結(jié)果顯示，出現(xiàn)同類(lèi)問(wèn)題的基樁占該子項(xiàng)總樁數(shù)的約53%。

圖1 窯尾C1-1號(hào)樁

處理方法:在對(duì)該子項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，邀請(qǐng)有關(guān)專(zhuān)家與業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工單位商討，對(duì)問(wèn)題樁進(jìn)行注漿處理，并采用靜載法試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:處理后的樁承載力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行其他子項(xiàng)基樁施工時(shí)，場(chǎng)地采取降水措施，并用導(dǎo)管進(jìn)行澆筑，成樁后檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

圖2為安徽某水泥廠原煤預(yù)均化及輸送鋼網(wǎng)架工程J28號(hào)樁，該樁樁徑1 200 mm，有效樁長(zhǎng)18.5 m，混凝土強(qiáng)度C30，為沖孔樁。該樁在6.7 m附近有同向反射，縮頸，在9.0 m附近有負(fù)向反射，擴(kuò)頸，并且可以看到明顯的樁底，判為Ⅱ類(lèi)樁。應(yīng)業(yè)主要求，對(duì)該樁進(jìn)行取芯檢測(cè)。根據(jù)鉆取出來(lái)的芯樣，在距樁頂6.7 m左右位置取到與場(chǎng)地地質(zhì)相符的巖塊。原因分析:樁身周邊巖石在沖孔過(guò)程被沖碎，在澆灌混凝土?xí)r破碎巖塊掉進(jìn)混凝土中，導(dǎo)致該處形成縮頸狀。在該工地其他樁基檢測(cè)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了同樣問(wèn)題。

圖3為南京某商住樓B棟48號(hào)樁，該樁樁徑為600 mm，有效樁長(zhǎng)7.60 m，混凝土強(qiáng)度C30，為沖孔樁，樁底入中風(fēng)化巖。該樁在復(fù)測(cè)時(shí)顯示1.6 m附近有同向反射，并伴有多次反射，斷樁，判為Ⅲ類(lèi)樁。原因分析:由于該樁樁長(zhǎng)較短，且樁底入中風(fēng)化巖，該樁成為一端自由一端固定的桿。在進(jìn)行土方開(kāi)挖過(guò)程中樁頂受到挖機(jī)的撞擊，自由端受水平撞擊作用，在頂部的彎矩最大，產(chǎn)生拉應(yīng)力作用，樁身混凝土受拉變形超過(guò)混凝土的容許變形，導(dǎo)致樁在頂部斷裂，形成斷樁。處理方法:開(kāi)挖處理，開(kāi)挖至1.6 m左右，發(fā)現(xiàn)樁身有明顯的裂紋。取出裂紋上部混凝土，修整后再測(cè)，樁身完整。

圖2 預(yù)均化J28號(hào)樁

圖3 B棟48號(hào)樁

圖4為南京仙林某A地塊3號(hào)樓工程87號(hào)樁，該樁樁徑600 mm，有效樁長(zhǎng)16.3 m，混凝土強(qiáng)度C30，為沖孔樁。該樁在8.0 m附近有明顯的同向反射，樁底附近也產(chǎn)生同向反射。此樁為嵌巖樁，正常樁樁底應(yīng)為負(fù)向反射信號(hào)。實(shí)測(cè)圖形說(shuō)明該樁在8.0 m存在嚴(yán)重的離析、縮頸或斷樁等缺陷，樁底信號(hào)為二次反射信號(hào)，缺陷處已成為實(shí)際的樁底，判為Ⅲ類(lèi)樁。原因分析:該樁在澆筑混凝土?xí)r提管太快，在澆筑至缺陷位置附近時(shí)拔了空管，導(dǎo)管底部拔離混凝土端面，插在浮漿中，接著倒入的混凝土就倒在浮漿中，于是在此處夾了一層浮漿，混凝土凝固后就出現(xiàn)一個(gè)斷面。

圖4 1號(hào)樓87號(hào)樁

處理方法:對(duì)該樁進(jìn)行人工開(kāi)挖，挖至缺陷底面0.5 m附近，出現(xiàn)新鮮混凝土，重新進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果下部樁身完整，有樁底信號(hào)。對(duì)該樁進(jìn)行接樁處理。

3 結(jié)語(yǔ)

一般而言，灌注樁的承載力相對(duì)較高，適用性較廣泛。通過(guò)上面的案例分析，可以看出灌注樁，尤其是地質(zhì)條件比較復(fù)雜的場(chǎng)地澆筑灌注樁，往往會(huì)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)計(jì)的問(wèn)題，但也有許多問(wèn)題都是人為因素造成的，可以采取一定的措施避免。雖然最后問(wèn)題都解決了，但帶來(lái)的工程損失和工期延誤不可避免。為了防止同類(lèi)事故的發(fā)生，我們應(yīng)采用先進(jìn)、可靠的施工設(shè)備及工藝，從源頭上對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行控制;同時(shí)加大檢查力度，采用更為先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁基缺陷并進(jìn)行處理，避免工程事故的發(fā)生，保障相關(guān)單位及人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

［1］李火榆，嚴(yán)學(xué)開(kāi).灌注樁低應(yīng)變反射波法與鉆芯法檢測(cè)結(jié)果比較［J］.人民長(zhǎng)江，2005(4):98-99.

［2］徐鴻儒.人工挖孔灌注樁施工工藝應(yīng)用實(shí)例［J］.建筑設(shè)計(jì)，2007，35(6):112-113.

［3］JCJ 106-2003，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］唐新鳴.低應(yīng)變法檢測(cè)講義［Z］.2008.