低應(yīng)變反射波法在嵌巖樁檢測中的應(yīng)用與探討

高智千

(昆明鐵路局滇西鐵路建設(shè)指揮部, 云南大理 671000)

嵌巖樁目前在工程中得到廣泛應(yīng)用，而復(fù)雜多變的地質(zhì)條件和施工工藝的影響造成嵌巖樁樁身截面尺寸不規(guī)則、質(zhì)量差異較大。在檢測的過程中，曲線較為雜亂，給樁身的完整性判別、樁身缺陷的程度及位置范圍的判定造成諸多困難。

1 基本原理

低應(yīng)變反射波法是建立在一維桿波動理論的基本原理上，將樁等價(jià)為一細(xì)長的桿，當(dāng)均質(zhì)彈性體樁受到一縱向錘擊力時(shí)，由平衡關(guān)系及虎克定律得到樁的縱向運(yùn)動方程：

式中c為沿樁身傳播的縱波波速。當(dāng)波沿樁身傳播遇到阻抗發(fā)生變化時(shí)，會產(chǎn)生反射與透射。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀及分析

(1)檢測曲線無明顯樁底反射信號甚至無樁底反射信號(圖1)。

圖1 檢測曲線

某鐵路橋墩墩臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長15.5m，樁徑1.00m，混凝土強(qiáng)度等級為C40，旋挖鉆成孔。地質(zhì)情況如下：0～1.4m泥質(zhì)砂巖，全風(fēng)化；1.4～5.9m泥質(zhì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化；5.9～16.78m泥質(zhì)砂巖，弱風(fēng)化。檢測曲線如圖1，該曲線無樁底反射信號，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合地質(zhì)資料以及施工情況，確定該樁樁身完整。

(2)土石分界處對曲線特征的影響：在樁身由土層進(jìn)入巖層的分界處，由于地層特性的顯著變化，影響曲線特征。

某橋墩墩臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁數(shù)8根，樁長18.0m，樁徑1.0m，采用C35水下混凝土，旋挖鉆成孔，基坑深4.6m。地質(zhì)情況如下：0～3.887m粉質(zhì)黏土；3.887～7.187m粗砂，中密；7.187～8.587m全風(fēng)化含礫砂巖、泥質(zhì)砂巖；8.587～9.487m強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖、泥質(zhì)砂巖；9.487～21.50m弱風(fēng)化含礫砂巖、泥質(zhì)砂巖。檢測曲線如圖2，在樁身3.5m左右均有較強(qiáng)的同向反射，且在樁身淺部無擴(kuò)徑現(xiàn)象。結(jié)合實(shí)際情況，采取鑿除3.5m以上部分后再次檢測，檢測曲線如圖3，鑿除以后曲線規(guī)則。在3.5m左右處為樁身入巖位置，綜合以上檢測情況，結(jié)合地質(zhì)資料、施工情況，確定該同向反射為地層變化引起，該樁樁身完整。

圖2 第一次檢測曲線

圖3 鑿除后檢測曲線

(3)施工工藝對曲線特征的影響：穿過覆蓋層的樁身段，一般使用護(hù)筒，在混凝土灌注完成后的一定時(shí)間內(nèi)，護(hù)筒需拔出，由于拔出護(hù)筒的最佳時(shí)間難以準(zhǔn)確掌握，施工方經(jīng)常過早拔出護(hù)筒，并由此造成塌孔從而造成樁身截面極不規(guī)則 (見圖4)，檢測曲線如圖5。

圖4 開挖照片

圖5 測試曲線

(4)驗(yàn)證：對于樁身淺部完整性無法判別的，如擴(kuò)孔引起的極不規(guī)則的樁身截面，在樁身淺部引起強(qiáng)烈的同向反射且樁身的深部曲線雜亂，采取開挖驗(yàn)證(圖4、圖7)。對于樁身深部有強(qiáng)烈的同向反射且樁身完整性無法判別的，通過鉆芯取樣驗(yàn)證(圖9、圖10)。

橋墩墩臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長17.0m，樁徑1.0m，混凝土強(qiáng)度等級為C35，采用旋挖鉆方式成孔。地質(zhì)情況為：0～3.98m粉質(zhì)黏土，3.98～9.46m卵石土，9.46～18.69m泥質(zhì)粉砂巖，檢測曲線見圖6。

圖6 檢測曲線

從圖6中可以看出，該墩3號樁檢測曲線與其它樁曲線差異較大，在樁頂以下3.5m左右處同向反射明顯，且樁頭無擴(kuò)徑現(xiàn)象。綜上，采取現(xiàn)場開挖至4.0m驗(yàn)證(圖7)。

圖7 3號樁開挖現(xiàn)場

從圖1～圖7中可以看到，該樁樁身截面屬于漸變型，從樁頂往下樁身截面逐漸擴(kuò)大，最大直徑約為1.5m，而設(shè)計(jì)樁徑為1.0m，從最大直徑處又逐漸回歸正常樁徑。該樁截面尺寸的不規(guī)則導(dǎo)致曲線不規(guī)則，具體體現(xiàn)為有較強(qiáng)的同向反射。

某橋墩墩臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長16.0m，樁徑1.25m，混凝土強(qiáng)度等級為C35，成孔方式為沖擊鉆成孔，地質(zhì)情況如下：0～1.425m回填土，1.425～2.869m粉質(zhì)黏土，2.869～3.94m礫砂，3.94～20.01m，凝灰質(zhì)砂巖。檢測曲線如圖8。

從圖8中可以看出，該樁四個(gè)不同點(diǎn)位采集的曲線均在13.0m有強(qiáng)烈的同向反射。結(jié)合地質(zhì)情況和基坑深度，樁身13.0m已經(jīng)進(jìn)入凝灰質(zhì)砂巖地層，且鉆孔、灌注過程順利，無異常情況發(fā)生，鑒于以上情況，對該樁采取鉆探取芯驗(yàn)證，取芯現(xiàn)場芯樣照片如圖9、圖10。

圖8 檢測曲線

圖9 7-1號孔芯樣

圖10 7-2號孔芯樣

根據(jù)鉆探取芯情況，樁端支承于弱風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖，樁身局部有輕微缺陷，達(dá)到II類樁要求。

3 影響樁身完整性的因素

結(jié)合工程實(shí)踐，影響嵌巖樁樁身完整性的因素有：

(1)地質(zhì)條件及巖層變化：如巖溶地區(qū)，由于溶洞的存在，在灌注的過程中普遍存在混凝土超灌方量較大，造成樁身截面不規(guī)則。地層顯著變化，如土石分界處引起曲線異常。

(2)施工工藝及施工質(zhì)量的影響：如成孔方式的選擇，拔護(hù)筒過程中坍塌、擴(kuò)徑引起的樁身截面不規(guī)則，混凝土的質(zhì)量。

(3) 其它外部因素的影響：如樁頭處理較差，在基坑開挖過程中造成的樁身淺部開裂甚至斷裂。

4 結(jié)束語

對于樁身截面規(guī)則的嵌巖樁，采用低應(yīng)變反射波法檢測快捷、經(jīng)濟(jì)，能夠快速準(zhǔn)確判斷樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置范圍。但是對于樁身截面多變、漸變或者突變，地質(zhì)條件復(fù)雜的嵌巖樁，采用低應(yīng)變反射波法面臨一定的局限性，需要結(jié)合地質(zhì)和設(shè)計(jì)等有關(guān)資料，采用開挖方法或者鉆芯法加以驗(yàn)證。