山區(qū)嵌巖灌注樁樁端性狀檢測(cè)技術(shù)

陳豐菊，張克利

(1.貴州科建檢測(cè)有限公司，貴州貴陽(yáng)550006;2.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州貴陽(yáng)550006)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路、房屋建設(shè)進(jìn)入高峰期。樁基礎(chǔ)在橋梁建設(shè)，以及房屋建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。在高速建設(shè)發(fā)展的過(guò)程中，樁基存在的問(wèn)題日益顯露，樁基檢測(cè)手段不斷發(fā)展、更新。在樁基檢測(cè)技術(shù)中，樁身完整性及承載力的檢測(cè)手段已經(jīng)比較成熟，如低應(yīng)變、高應(yīng)變、超聲波、樁基靜載荷試驗(yàn)。而針對(duì)樁端與巖土層的接觸性狀的檢測(cè)技術(shù)手段尚未統(tǒng)一。

但目前用低應(yīng)變法對(duì)端承樁的檢測(cè)，還是局限于樁身完整性的檢測(cè)，對(duì)樁端持力層性質(zhì)的分析很少［1］。當(dāng)樁底沉渣過(guò)厚，即樁端接觸性狀不良，沉降控制將使端阻力難以發(fā)揮，此時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)方法確定的承載力是不安全的，就沉渣對(duì)嵌巖樁承載力的影響的問(wèn)題，已有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究［2－5］。尤其是端承樁、嵌巖樁的樁端巖土層的接觸性狀檢測(cè)

顯得尤為重要。不同的檢測(cè)手段有著不同的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)。筆者根據(jù)歷年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)實(shí)檢測(cè)中應(yīng)用較多的幾種檢測(cè)技術(shù)和手段進(jìn)行對(duì)比分析。

1 樁端巖土性狀主要檢測(cè)技術(shù)手段

目前主要存在的檢測(cè)手段大致分為兩類，一是無(wú)損檢測(cè);二是破損檢測(cè)。

無(wú)損檢測(cè)主要以低應(yīng)變?yōu)橹鳌?/p>

破損檢測(cè)主要包括基樁載荷試驗(yàn)、鉆芯法，另外與鉆芯法相結(jié)合使用的方法，如鉆芯－監(jiān)測(cè)法、鉆芯－孔內(nèi)成像法。

2 不同檢測(cè)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

2.1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)速度快，費(fèi)用較低，適用于大面積普查，備受歡迎。該方法判斷樁端性狀難度較低，但存在一定的不確定性，易發(fā)生誤判。

低應(yīng)變理論是建立在一維波動(dòng)理論基礎(chǔ)上，當(dāng)應(yīng)力波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)分界面上，一部分應(yīng)力波被反射，另一部分應(yīng)力波通過(guò)界面進(jìn)入另一種介質(zhì)。應(yīng)力波通過(guò)分界面的反射和入射，其強(qiáng)度、波形發(fā)生變化，這種變化主要取決于兩種介質(zhì)的波阻抗Z和應(yīng)力波的入射方向［6－7］。

低應(yīng)變方法用于檢測(cè)樁底接觸性狀，主要利用樁身波阻抗與樁端持力層波阻抗的變化來(lái)判斷樁端接觸性狀。樁端持力層巖土體波阻抗小于樁身波阻抗時(shí)，樁底反射波為同向反射波如圖1;樁端持力層巖土體波阻抗大于樁身波阻抗時(shí)，樁底反射波為反向反射波如圖2。

圖1 樁底同向反射波

圖2 樁底反向反射波

一般而言，軟質(zhì)巖石、破碎巖體、樁底沉渣或軟弱土體波阻抗小于樁身波阻抗;堅(jiān)硬巖石波阻抗大于樁身波阻抗。所以樁底反射波為同向反射波時(shí)，存在諸多的不確定性，樁底反射波為反向反射波，樁端性狀較為單一，利于判斷。

所以低應(yīng)變方法適用于樁端持力層為堅(jiān)硬巖石的情況。

2.2 破損檢測(cè)方法

2.2.1 靜載試驗(yàn)法

靜載試驗(yàn)主要用于檢測(cè)樁基承載力，進(jìn)而反應(yīng)樁端性狀。該方法成本費(fèi)用較高，耗時(shí)較多，技術(shù)難度較大，適用于對(duì)可疑樁進(jìn)行檢測(cè)。

使用靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)樁端性狀，需將荷載加至破壞荷載，樁側(cè)土體進(jìn)入塑性狀態(tài)。根據(jù)試驗(yàn)荷載和變形關(guān)系曲線判斷樁端性狀。在試驗(yàn)中突然出現(xiàn)一個(gè)陡降，而后又進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段如圖3(a)，表明樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限，擠壓樁底沉渣直至擠密能夠傳遞樁身荷載至完好持力層，從而進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定段;或者出現(xiàn)陡降且變形量較大如圖3(b)，表明樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限，樁身沉渣過(guò)厚［8］，在試驗(yàn)加載結(jié)束前未能擠密樁底沉渣，荷載遠(yuǎn)達(dá)不到最大試驗(yàn)荷載。故當(dāng)載荷試驗(yàn)P－S曲線出現(xiàn)陡降時(shí)說(shuō)明樁端性狀不良。

圖3 靜載試驗(yàn)P－S曲線(自平衡)

在傳統(tǒng)的載荷試驗(yàn)中，很難加載到樁身位移突變，而在自平衡試驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)樁身位移突變較為常見(jiàn)。主要由于自平衡方法不依靠超高噸位的堆載，或大截面錨樁反力梁，只需增大荷載箱的油壓，以樁身摩阻力為反力。自平衡法其缺點(diǎn)是要預(yù)先埋設(shè)荷載箱，對(duì)隨機(jī)抽檢存在限制。

2.2.2 鉆芯法

鉆芯法使用工程鉆機(jī)在樁頂進(jìn)行鉆探，對(duì)樁身有一定的損壞。該方法根據(jù)鉆進(jìn)速度、反水顏色和鉆取芯樣判斷樁端接觸性狀。

圖4 芯樣照片

鉆芯法檢測(cè)對(duì)鉆工鉆探技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)記錄人員對(duì)巖層的鑒別能力要求較高，如鉆探時(shí)的壓桿壓力、鉆進(jìn)速度和鉆頭轉(zhuǎn)速的掌控、樁底時(shí)的反水情況，鉆取芯樣情況，樁端接觸巖層辨別，并及時(shí)記錄鉆探過(guò)程中的異常情況(圖4)。特別是地質(zhì)情況比較復(fù)雜時(shí)，如破碎巖層，取樣困難等。必要時(shí)應(yīng)取樣進(jìn)行鑒別。

2.2.3 鉆芯－監(jiān)測(cè)法

鉆芯－監(jiān)測(cè)法，是對(duì)鉆芯法及工程機(jī)械鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的一種方法。主要監(jiān)測(cè)鉆機(jī)鉆進(jìn)的速度、鉆進(jìn)壓桿壓力、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆頭類型。

該方法通過(guò)鉆進(jìn)速度、壓桿壓力、轉(zhuǎn)速、鉆頭類型四者關(guān)系判別樁端接觸性狀。一般而言，當(dāng)壓桿壓力、轉(zhuǎn)速、鉆頭類型不變的情況下，樁端鉆進(jìn)速度與持力層鉆進(jìn)速度進(jìn)行對(duì)比，鉆進(jìn)速度明顯加快，表明樁端性狀不良，鉆進(jìn)速度變化不大，表明樁端性狀較好。

雖然該方法智能化較高，但是某些情況還需要人為進(jìn)行判斷。

2.2.4 鉆芯－孔內(nèi)成像法

鉆芯－孔內(nèi)成像法，是對(duì)鉆芯法成孔孔壁進(jìn)行拍攝成像的技術(shù)方法。對(duì)樁端性狀進(jìn)行成像，判斷樁端接觸性狀。該方法直觀、定量，利于判斷，可靠性較高，不易發(fā)生誤判［9］。輔助判斷樁身混凝土質(zhì)量，和持力層情況。對(duì)存在爭(zhēng)議的檢測(cè)，該方法具有很好的應(yīng)用。

但是在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)攝像頭，容易在檢測(cè)過(guò)程中受到損壞，尤其是在樁底容易垮孔的情況下;測(cè)試時(shí)，應(yīng)控制測(cè)試的速度，保證拍攝的清晰度(圖5)。

圖5 樁端接觸性狀

3 檢測(cè)技術(shù)手段對(duì)比

根據(jù)每一種檢測(cè)的技術(shù)特點(diǎn)，適用條件和利弊進(jìn)行對(duì)比分析詳見(jiàn)表1。

表1 各檢測(cè)方法的對(duì)比

低應(yīng)變方法比較適用于樁端為堅(jiān)硬持力層的大面積普查，在樁身完整性檢測(cè)方面比較成熟，但在樁端性狀檢測(cè)中，有待進(jìn)一步驗(yàn)證;靜載試驗(yàn)主要適用于對(duì)樁基承載力存在疑問(wèn)的檢測(cè);鉆芯法－孔內(nèi)影像法適用于存在分歧和爭(zhēng)議的檢測(cè)。其他兩種方法適用于低應(yīng)變普查存在疑問(wèn)樁的檢測(cè)，同樣也適用于另外兩種方法?，F(xiàn)實(shí)檢測(cè)中由鉆芯－監(jiān)控法需要配備相應(yīng)的元器件，且元器件維護(hù)較為繁瑣，故應(yīng)用相對(duì)較少。

4 結(jié)論

對(duì)比不同的樁端性狀檢測(cè)手段的優(yōu)劣，針對(duì)不同的檢測(cè)，采用相應(yīng)的一種檢測(cè)手段或幾種檢測(cè)手段共同進(jìn)行。

(1)就檢測(cè)速度和成本而言，低應(yīng)變占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但易發(fā)生誤判，可靠性較低。

(2)就可靠性而言，鉆芯－孔內(nèi)成像法，直觀、定量，不易誤判。在存在爭(zhēng)議的檢測(cè)中，說(shuō)服力較強(qiáng)，檢測(cè)結(jié)果分歧極少。

(3)當(dāng)樁端性狀對(duì)樁基承載能力影響存在疑問(wèn)時(shí)，靜載試驗(yàn)不失為最好的方法，可以明確樁基極限承載能力，但成本較高。

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