廖文泉
(安徽省地球物理地球化學勘查技術院,安徽 合肥 230022)
在建筑工程中,樁基礎是最復雜,最容易出問題,也是最重要的一個施工環(huán)節(jié)。所以需要做好樁端持力層檢驗工作,嚴格按照國家設計相關標準規(guī)定,確保工程質(zhì)量符合設計規(guī)范要求。通常情況下,人工挖孔樁樁底需要對樁端持力層進行檢測,人工挖孔樁一般是單樁單柱大直徑嵌巖樁,承載力較大,需要依據(jù)巖性檢驗樁底3d或5m深度范圍內(nèi)是否存在空洞、破碎以及軟弱夾層等不良地質(zhì)體。通過對樁端持力層的檢測,查明是否存在缺陷和質(zhì)量問題,從而對其進行處理,提升建筑工程質(zhì)量的有效措施,必須采用科學的檢測方法。
人工挖孔樁是樁基礎中的一種施工方式,是指樁孔采用人工挖掘方法進行成孔,然后安放鋼筋籠,澆注混凝土而成的樁。人工挖孔樁一般直徑較大,能夠承載較大壓力的結(jié)構主體,具有廣泛的應用。樁端持力層是指設計端承樁的樁端支撐層地基,持力層必須滿足在使用年限的耐久性,確保工程質(zhì)量安全,避免在使用年限內(nèi)出現(xiàn)問題。人工挖孔樁主要依靠樁端持力層傳遞上部建筑物、基礎以及土層的豎向荷載,依據(jù)地基與基礎工程規(guī)范的要求,樁端持力層需要能夠滿足上部建筑物穩(wěn)定性的基本要求,且能夠滿足在極端自然環(huán)境下的安全性,所以為了確保樁端持力層質(zhì)量,必須對其質(zhì)量情況進行檢測,是建筑工程中的一項基礎性工作,通過對檢測結(jié)果分析,能夠?qū)抖顺至拥膶嶋H情況做出準確有效判斷。
現(xiàn)階段,人工挖孔樁的樁端持力層檢測方法主要包括鉆孔取芯法、釬探法、巖基載荷試驗法、人工觀察孔底法、地球物理法以及工程物探法等。其中,鉆孔取芯法的應用最為普遍,雖然超前鉆能夠更加直觀地展現(xiàn)出持力層的基本情況,但是這種方法存在著一定局限性,只能夠反映出人工挖孔樁區(qū)域的垂直方向變化情況;巖基載荷試驗是直接檢測樁端持力層與變形模量的傳統(tǒng)方式,但是這種方法的應用時間較長,且成本較高,每個場地只能選擇具有代表性的若干個抽檢樁孔;地面與孔底采用的常規(guī)物探方法較多,比如淺層反射地震波方法、瑞雷面波方法、高密度電阻方法以及地質(zhì)雷達方法等,地面檢測能夠獲取工程現(xiàn)場地基起伏、巖溶發(fā)育的實際情況,但是在采用地面探測方法時,由于不能滿足人工挖孔樁孔底的精度要求,檢測結(jié)果存在著不夠準確的問題在采用孔間彈性波、電磁波方法時,需要在樁體兩側(cè)進行鉆孔,成本較高且檢測周期較長;可以滿足探測精度與分辨率要求的常規(guī)物探方法,包括地震波法、工程物探法等,這些方法在孔底狹小的情況下應用較為便利,整體效率較高;以地質(zhì)雷達為基礎的綜合分析方法,對樁底3d或5m深度范圍內(nèi)的勘查中,成本較低且效率較高,分辨率能夠滿足檢測需求,但是分析難度較大[1]。
由此可見,在人工挖孔樁樁端持力層檢測中,可以選擇的方法多種多樣,不同的檢測技術具有不同的優(yōu)勢與缺點,所以需要結(jié)合工程實際情況,選擇最佳的檢測方法,確保檢測方法具有高效、科學、準確、經(jīng)濟、適用等特點,來獲取準確的人工挖孔樁樁端持力層檢測結(jié)果。
本次工程為六安市某小區(qū)三期6#號樓,樁型為人孔挖孔樁,樁端持力層為第③2 層中風化泥質(zhì)砂巖,總樁數(shù)為30 根,勘查設備為武漢沿?;鶚秳訙y儀RS-1616KP(S)。
根據(jù)擬建場地工程勘察報告,場地土共分5 層,簡述如下:
①層雜填土(Qml)——分布整個場地,層厚0.30~9.90m,層底標高52.79~66.94m??伤?稍密狀態(tài)),主要成分為粉質(zhì)粘土、砂、少量碎磚石及部分老房屋基礎組成,含植物根莖。
②1 層粘土(粉質(zhì)粘土)(Q4al+pl)——該層局部分布,層厚0.20~5.50m,層底標高51.95~64.89m。灰黃色,可塑狀態(tài),無搖振反應,干強度中等,韌性中等,含氧化鐵、高嶺土、少量鐵錳結(jié)核。
②層粘土(Q3al+pl)——層厚0.50~5.00m,層底標高51.98~64.26m。褐黃—棕紅色,硬塑—堅硬狀態(tài)。無搖振反應,干強度高,韌性高。含氧化鐵、高嶺土、鐵錳結(jié)核等,部分地段該層下部為砂巖殘積層。
③1 強風化泥質(zhì)砂巖(J)——分布整個場地,層厚0.50~6.90m,層底標高50.95~65.22m。棕紅色,密實狀態(tài),其表面已風化成壤含長石、石英,屬極軟巖,巖體極破碎,巖體基本質(zhì)量為Ⅴ級。
③2 層中風化泥質(zhì)砂巖(J)——本層未鉆穿,棕褐色,鉆進較困難,取芯困難。屬軟巖—較軟巖,巖體上部較破碎,下部漸完整,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級,該巖層巖質(zhì)堅硬,采用風鎬開挖困難,在該層中開挖較深時,需爆破開挖。
根據(jù)彈性波在巖土介質(zhì)中傳播特征判斷樁端持力層巖土性狀。當在孔底激發(fā)彈性波時,該彈性波即向周圍地層中傳播,當巖土介質(zhì)的成分、結(jié)構和密度等因素發(fā)生變化時,彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發(fā)生相應變化,在彈性性質(zhì)不同的介質(zhì)分界面上還會發(fā)生波的反射(如巖溶、軟弱夾層、裂隙、破碎等),通過接收反射波信息(彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分),即可推斷被測巖土介質(zhì)的結(jié)構和致密完整性程度,從而對其做出評價[2]。相比于其他勘查方法而言,通過彈性波對樁端持力層進行分析,所需要的資源消耗少,不需要大量的現(xiàn)場作業(yè),且施工效率較高,還能夠與信息技術進行結(jié)合,實現(xiàn)自動化勘查、計算以及結(jié)果分析,是當前樁端持力層檢測中應用最為廣泛的技術之一。結(jié)合本次工程的基本地質(zhì)情況,通過反射波法勘查特性進行樁端持力層檢測具有良好的效果。
在檢測過程中,當樁頂受到激振力后,樁底就會產(chǎn)生彈性波,彈性波會沿著樁身向下傳播,在遇到波阻抗差異界面的情況下,就會產(chǎn)生透射與反射,反射波從介質(zhì)A進入介質(zhì)B時,產(chǎn)生的速度反射波,速度反射波大小計算公式為:Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2),在該公式中,Vi表示入射波,Vr表示反射波,Z1表示介質(zhì),A廣義波阻抗,Z1=ρ1C1A1,Z2表示介質(zhì)B廣義波阻抗,Z2=ρ2C2A2,反射波大小極性與波阻抗界面兩端的介質(zhì)具有密切關系,受到Z1與Z2相對變化的影響;在Z1大于Z2的情況下,Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)>0,那么反射波與入射波為相同方向;在Z1小于Z2的情況下Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)<0,那么反射波與入射波為同向;在Z1=Z2的情況下,Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)=0,那么則沒有反射波[3]。
人工挖孔樁的樁端持力層是同一介質(zhì)、波阻抗均勻的界面,所以通過對樁底反射波的特點進行分析,能夠確定Z1與Z2的變化情況,從而能夠?qū)抖顺至拥膸r土性狀進行確定。為了進一步明確樁端持力層的巖土性狀,本文采用工程物探法進行勘查與評定,通過反射波形特征形態(tài),判斷持力層巖層的基本情況。將上述工程轉(zhuǎn)變?yōu)閂r=F·ViF=(Z1-Z2)/(Z1+Z2),其中F為反射系數(shù),由此可見反射系數(shù)與人工挖孔樁樁身的材料、樁端持力層巖土性狀局域密切關系,樁身波阻抗Z1=ρ1C1A1,能夠采用檢測結(jié)果對其進行計算,且反射波系數(shù)可以利用該檢測方法的曲線入射波強度與反射波強度進行計算。為此,樁端持力層的波阻抗Z2計算公式為:Z2=Z1(1-F)/(1+F),在假定A1=A2的情況下,那么C2=ρ1C1(1-F)/(1+F)/ρ2,其中C1與F可以通過該檢測方法的檢測結(jié)果進行確定,ρ1可以依據(jù)混凝土強度進行計算,從而能夠得到巖石完整性系數(shù)結(jié)果,以此為基礎對樁端持力層完整性進行計算分析[6]。
在本次工程中,6#樓共進行了30個孔底勘查結(jié)果,具體勘查結(jié)果如表1所示。
結(jié)合表1的勘查分析結(jié)果可以看出,孔底物探所測30 個孔,其孔底巖石基本完整,樁端持力層在5m 范圍內(nèi)無明顯不良地質(zhì)體。
表1 6#樓孔底勘查結(jié)果數(shù)據(jù)
將隨機選擇其中6根人工挖孔樁,對樁端持力層完整系數(shù)進行計算,按照巖體完整系數(shù)與定性劃分的對應關系,對持力層巖土性狀進行分析,結(jié)果如表2所示。
表2 巖體完整性系數(shù)計算結(jié)果
綜上所述,本文簡要闡述了人工挖孔樁樁端持力層的主要檢測方法,并結(jié)合工程實際案例對其檢測方法應用進行分析,最后得到了準確的檢測結(jié)果,希望可以對建筑工程起到一定的借鑒與幫助作用,不斷提升檢測技術水平。