黃土場地樁基低應(yīng)變試驗及樁基缺陷處理方法應(yīng)用研究

雒成焱

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

低應(yīng)變檢測技術(shù)是一種基于彈性波理論的技術(shù)，能夠準(zhǔn)確全面地評價樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，且操作方法簡單，試驗成本較低，因此在實際工程中應(yīng)用非常廣泛。樁基礎(chǔ)在施工過程中受地質(zhì)情況和施工操作方法的影響很大，操作不當(dāng)時會出現(xiàn)縮頸、斷樁、樁端沉渣超過規(guī)范限制等嚴(yán)重質(zhì)量事故，影響主體結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合一實際工程，通過對低應(yīng)變彈性波反射曲線的波形特征分析，找出樁身存在嚴(yán)重縮頸或斷樁缺陷的位置，后采取措施對缺陷進(jìn)行處理，在確保樁基安全性的前提下采用了造價較低的處理方案，為類似工程質(zhì)量事故的處理提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

該項目位于甘肅省秦安縣，為兩幢地上6 層地下1 層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用樁-承臺基礎(chǔ)，樁為夯擴(kuò)成孔灌注樁，樁直徑為450mm，單樁承載力特征值1000kN，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C35。

建設(shè)場地東高西低，北高南低，內(nèi)部地勢高差較大，相鄰樓的樁長差異較大。該地貌單元屬山前坡積裙，在勘察深度范圍內(nèi)主要以第四世紀(jì)全新坡積物為主，場地地層依次向下為：（1）耕填土：以灰黃色粉質(zhì)黏土為主，稍濕，呈可塑狀態(tài)，混有大量植物耕系、腐殖質(zhì)、炭渣、瓦片等，該層土質(zhì)不均勻，力學(xué)性能差，層厚0.3～0.8m；（2）黃土狀粉質(zhì)黏土：灰黃色，干～稍濕，呈干硬～硬塑狀態(tài)，局部為可塑狀態(tài)，含白云母碎片、蝸牛貝殼碎片、灰黑色團(tuán)塊、灰白色條紋、淺棕色團(tuán)塊等，蟲、根孔發(fā)育，該層層厚約10.40～15.00m；（3）粉質(zhì)黏土層：褐黃色，稍濕～濕，呈硬塑～可塑，局部為堅硬狀態(tài)，含白云母碎片、蝸牛白云母碎片、棕紅色團(tuán)塊、青灰色團(tuán)塊、灰白色菌絲、鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)、灰黑色團(tuán)塊等，勘察未揭穿該層，最大揭露厚度7.7m。

2 低應(yīng)變試驗分析

2.1 試驗要求及缺陷判斷標(biāo)準(zhǔn)

試驗時被檢測樁均鑿去浮漿及破損部分，露出平整密實的樁頂混凝土。每根樁布置4 個檢測點，每個測試點記錄的有效信號數(shù)均大于3。試驗時設(shè)定的樁長為樁頂傳感器位置至樁底的實際樁長，激振位置與傳感器位置必須避開鋼筋籠，避免鋼筋對信號產(chǎn)生影響。

樁身缺陷的位置按下式估算：

x=△tx·c·1/2000

式中：x—缺陷位置至樁頂傳感器間的距離（m）；

Δtx—速度波第一峰與缺陷反射波峰之間的時間差（ms）；

c—受檢樁的樁身波速（m/s）。

完整性分類劃分：Ⅰ類樁：樁身結(jié)構(gòu)完整；Ⅱ類樁：樁身結(jié)構(gòu)基本完整，有輕微缺陷；Ⅲ類樁：介于Ⅱ類和Ⅳ類之間，有明顯缺陷；Ⅳ類樁：樁身存在嚴(yán)重缺陷，就完整性而言不能使用。

試驗嚴(yán)格按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）中的規(guī)定試驗。

2.2 試驗結(jié)果及分析

因場地地質(zhì)條件原因，施工時操作不當(dāng)容易造成塌孔，為保證樁基質(zhì)量，本次試驗檢測率為100%。根據(jù)現(xiàn)場所測波形，結(jié)合樁的混凝土設(shè)計等級要求，本工程樁身結(jié)構(gòu)完整性劃分為四類，試驗結(jié)果見表1。

表1 樁身結(jié)構(gòu)完整性試驗結(jié)果統(tǒng)計表

4# 樓118 號樁為Ⅳ類樁，波形曲線如圖1 所示，24# 樓88 號樁為Ⅲ類樁，波形曲線如圖2 所示，反射曲線均有明顯深部反射信號，缺陷反射非常清晰；其余有輕微缺陷Ⅱ類樁本文不再列出。由反射波曲線可以看出4# 樓嚴(yán)重缺陷樁缺陷位置距樁頂6.2m，24#樓嚴(yán)重缺陷樁缺陷位置距樁頂4.18m。

圖1 4# 樓118 號樁（Ⅳ類樁）波形曲線

圖2 24# 樓88 號樁（Ⅲ類樁）波形曲線

斷樁和嚴(yán)重縮頸樁嚴(yán)重影響建筑安全，必須予以處理。為驗證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和查明產(chǎn)生缺陷的原因，對有嚴(yán)重缺陷的兩根樁周邊進(jìn)行開挖驗證。開挖后顯示，4# 樓118 號樁斷樁部位為6.05m處，斷裂長度為0.35m，中空無混凝土，該段全部被黃土填充，鋼筋完全裸露，如圖3 所示；24# 樓88 號樁嚴(yán)重縮頸位置為4.5m 處，缺陷形狀為高8cm、深9cm、長度30cm 的弧狀缺陷，且局部混凝土中鑲嵌沙土，強(qiáng)度很低，如圖4 所示。實際缺陷位置及程度與低應(yīng)變試驗誤差很小，118 號樁誤差為1.25%，88號樁誤差為2%。

圖3 4# 樓118 號樁斷樁情況圖

圖4 24# 樓88 號樁嚴(yán)重縮頸情況圖

經(jīng)對地質(zhì)情況和樁基施工全過程分析可知，產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷的原因如下：（1）此處黃土局部夾雜其他雜質(zhì)，自然狀態(tài)下較松散，粘聚力很小，在澆筑混凝土?xí)r，產(chǎn)生的振動導(dǎo)致孔壁易塌落；（2）施工時采用護(hù)筒進(jìn)料分兩次灌制混凝土，在護(hù)筒在拔管進(jìn)行第二次進(jìn)料時，缺陷部位拔管過高，導(dǎo)致護(hù)筒下口和混凝土頂面分離，使樁外壁黃土塌孔，土擠入樁身造成露筋、夾泥、縮頸、斷樁，形成樁身缺陷。

3 樁身缺陷處理

3.1 處理方案對比選取

方案一：將兩根嚴(yán)重缺陷樁完全拔出，原土回填后重新成孔澆筑混凝土。方案優(yōu)點：可完全不考慮缺陷的影響，徹底解決問題。方案缺點：拔樁及后續(xù)成樁均需要大型機(jī)械作業(yè)，其余工程樁均已施工完畢，無大型機(jī)械作業(yè)場地，且處理造價很高，耗時也較長；

方案二：開挖至缺陷位置，人工鑿除缺陷以上的混凝土，重新澆筑后回填樁周土。方案優(yōu)點：處理缺陷可靠性高，處理時間也較短。方案缺點：土方開挖量大，開挖支護(hù)困難，操作不當(dāng)時對周邊樁會產(chǎn)生不利影響，且處理造價高；

方案三：將兩根缺陷樁作廢樁處理，就近補(bǔ)樁。方案優(yōu)點:可完全不考慮缺陷的影響，徹底解決問題。方案缺點：因缺陷樁位于柱下，廢除后原設(shè)計承臺受沖切承載力不足，需加高承臺，要對承臺下的其他樁鑿去約0.5m，且需大型機(jī)械作業(yè)，耗時較長；

方案四：開挖至缺陷位置，對缺陷進(jìn)行局部處理。方案優(yōu)點：處理時間短，造價相對較低，且能保證承載力要求及完整性要求。方案缺點：在狹小空間內(nèi)人工清理雜質(zhì)、澆筑振搗混凝土，對施工現(xiàn)場管理及施工技術(shù)水平要求較高。

通過綜合對比四個方案，兼顧安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，最終選取方案四處理缺陷樁。

3.2 斷樁處理

4#樓118 號樁斷樁處理步驟如下：（1）自樁頂沿四周開挖至斷裂底面以下0.2m 處，原土夯實；（2）清理斷樁處黃土，剔除斷樁處上下表面含泥量較大的混凝土，現(xiàn)場上下各剔除約5cm 后露出密實混凝土，作表面鑿毛處理；（3）清除鋼筋表面灰漿，并對鋼筋做除銹處理；（4）沿樁周用磚砌直徑為0.8m 的磚模，高0.75m，將此范圍內(nèi)的樁身混凝土鑿毛；（5）澆筑內(nèi)摻2%膨脹劑的C40 混凝土，并用鋼釬搗實；（6）待混凝土初凝后，用原土分層回填至樁頂標(biāo)高，回填壓實系數(shù)不小于0.95。

3.3 嚴(yán)重縮頸處理

24# 樓88 號樁斷樁處理步驟如下：（1）開挖及殘缺面處理同4# 樓118 號樁；（2）在缺陷部位混凝土表面涂混凝土界面劑，以增強(qiáng)新老混凝土的粘結(jié)力；（3）用內(nèi)摻2%膨脹劑的C40 混凝土修補(bǔ)至原樁徑；（4）用直徑為550mm，厚為2.5mm，高1200mm的鋼管套在缺陷修補(bǔ)位置，鋼管應(yīng)在缺陷正中，用膨脹螺栓將其與樁身固定，再用C40 細(xì)石混凝土填實；（5）待混凝土初凝后，用原土分層回填至樁頂標(biāo)高，回填壓實系數(shù)不小于0.95。

3.4 缺陷處理效果評價

對處理后的兩根樁14d 后再次進(jìn)行低應(yīng)變試驗，試驗結(jié)果顯示，反射曲線有明顯深部反射信號，無缺陷反射信號，滿足樁身結(jié)構(gòu)完整的要求，可評定為Ⅰ類樁，處理效果良好，達(dá)到了設(shè)計要求，且經(jīng)濟(jì)性好。

4 結(jié)論及建議

（1）通過對黃土地區(qū)樁基低應(yīng)變應(yīng)用研究可以看出，低應(yīng)變法在檢測樁基完整性時快捷可靠，反射曲線所顯示的缺陷位置與實際開挖后的缺陷位置誤差很小，118 號樁誤差為1.25%，88 號樁誤差為2%，對提前預(yù)判樁基質(zhì)量和預(yù)選質(zhì)量事故處理方案有極大的參考價值；

（2）黃土地區(qū)由于土質(zhì)較疏松，產(chǎn)生塌孔的可能性較大，故在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況增大樁身完整性抽檢比例。建議對柱下承臺樁進(jìn)行100%檢測，對樁-筏聯(lián)合基礎(chǔ)在地層情況較差時也采取100%檢測；

（3）本文所述的缺陷樁缺陷位置較淺，直接采用開挖的方式驗證，對于缺陷顯示較深或開挖不便時，建議采用鉆芯取樣法進(jìn)行驗證缺陷；

（4）對于斷樁和嚴(yán)重縮頸的處理，必須加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量控制，避免處理后產(chǎn)生二次缺陷；對處理后的樁，應(yīng)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后再進(jìn)行低應(yīng)變試驗，必要時要進(jìn)行高應(yīng)變動力試樁或靜載荷試樁。

樁基缺陷的確定是一個理論試驗與現(xiàn)場驗證相結(jié)合的過程，樁基缺陷處理方案的確定是一個兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性的過程，本文所選用的工程案例可供類似工程質(zhì)量事故的處理提供一定的借鑒作用。