聯(lián)合檢測鉆孔灌注樁的完整性研究

陳四平

(安徽省公路局,安徽合肥 230022)

聯(lián)合檢測鉆孔灌注樁的完整性研究

陳四平

(安徽省公路局,安徽合肥 230022)

鉆孔灌注樁的完整性檢測,有其自身的特點(diǎn)。而常用的低應(yīng)變法本身也有其局限性,對于缺陷的類型(如縮徑、離析、夾泥等)無法進(jìn)行明確的判別,通過一個(gè)工程實(shí)例結(jié)合鉆芯法做進(jìn)一步的檢測,以確定樁身的完整性等級,取得較好效果。

低應(yīng)變;鉆芯法;鉆孔灌注樁;完整性

0 引言

鉆孔灌注樁作為一種重要的基礎(chǔ)形式,有適應(yīng)范圍廣、單樁承載力高等特點(diǎn),在高層和超高層、重型和超重型建筑物中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)鉆孔灌注樁又是一種施工工序多、質(zhì)量要求高的地下隱蔽工程,在施工現(xiàn)場就地灌注成樁,需要在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成,工程質(zhì)量較難監(jiān)控與檢測,很容易發(fā)生質(zhì)量事故[1]。而低應(yīng)變法本身有其局限性。對于缺陷的類型(如縮徑、離析、夾泥等)無法進(jìn)行明確的判別,同時(shí)對于缺陷的嚴(yán)重程度也只能作出大致的估計(jì),這時(shí)可采用鉆芯法對低應(yīng)變波形反射比較明顯的疑似Ⅲ類樁作進(jìn)一步的檢測。

1 檢測原理和方法

鉆孔灌注樁完整性的檢測方法主要有低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法等,下面就這幾種方法的基本原理及各自的優(yōu)缺點(diǎn)作一簡要概述。

1.1 低應(yīng)變法(反射波法)基本原理

將傳感器(加速度或速度傳感器)用耦合劑固定在樁頂上,然后用小手錘敲擊樁頂,激發(fā)出應(yīng)力波沿樁身向下傳播,如樁身完好無缺,質(zhì)量均勻,形狀規(guī)則,則應(yīng)力波將一直傳到樁底。但當(dāng)樁身某部位質(zhì)量或形狀有突然變化時(shí)(如縮徑、擴(kuò)頸、夾泥、離析、斷裂等),就會激發(fā)出一個(gè)上行的反射波。缺陷越嚴(yán)重,反射就越強(qiáng)烈。反射信號由放置在樁面的傳感器接收,通過對接收到的實(shí)測波形進(jìn)行時(shí)域及頻譜分析來判定樁身的完整性。低應(yīng)變法由于具有快速、經(jīng)濟(jì)、方便、準(zhǔn)確的特點(diǎn),在工程質(zhì)量的檢測中得到了普遍的應(yīng)用,但該法也有其自身的局限性,對于超長樁,由于存在應(yīng)力波的衰減問題,很難見到樁底反射,對于樁身存在多個(gè)缺陷時(shí),一般只能判定最上面的一個(gè)缺陷,而對于其下的缺陷則顯得無能為力,對于縱向缺陷也很難檢測到,同時(shí)對于缺陷的類型(如縮徑、離析、夾泥等)無法進(jìn)行明確的判別。

1.2 聲波透射法基本原理

在被測樁內(nèi)預(yù)埋若干根豎向相互平行的聲測管作為檢測通道,將發(fā)射換能器與接收換能器置放于聲測管中,管中注滿水作為耦合劑。由儀器中發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一系列的電脈沖,加在發(fā)射換能器的壓電體上,轉(zhuǎn)換為脈沖聲波,聲波在樁身砼中傳播后到達(dá)另一個(gè)聲測管,并被安置其中的接收換能器所接收,再轉(zhuǎn)換成電信號。對于正常的混凝土,測試距離及耦合條件一定時(shí),聲波在其中傳播的速度、首波的幅度和接收信號的頻率等聲學(xué)參數(shù)應(yīng)該是基本一致的。當(dāng)傳播路徑遇到混凝土有缺陷時(shí),如斷裂、裂縫、夾泥和密實(shí)度差等,聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質(zhì)中通過,聲波將發(fā)生衰減,造成傳播時(shí)間延長,使聲時(shí)增大,計(jì)算聲速降低,波幅減小,波形畸變,利用聲波在混凝土中傳播的這些聲學(xué)參數(shù)的變化,可分析、判斷樁身混凝土質(zhì)量。聲波透射法的優(yōu)點(diǎn)是方便、準(zhǔn)確、不受樁長的限制,其缺點(diǎn)是速度較慢,由于在施工時(shí)要預(yù)埋檢測管,增加了相應(yīng)成本,同時(shí)檢測管有時(shí)會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,給后續(xù)的檢測工作帶來困難。

1.3 鉆芯法基本原理

在樁身上沿長度方向鉆取混凝土芯樣,通過對芯樣的觀察(是否光滑、完整)和測試(抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等)來評價(jià)成樁質(zhì)量的完整性。在實(shí)際操作過程中,巖芯管的大小、鉆芯的孔數(shù)、孔位的布置、鉆取的深度等應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況并結(jié)合相應(yīng)規(guī)范來定。鉆芯法是檢測鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的一種有效手段,在多種樁身完整性檢測方法中,鉆芯法最為直觀、可靠。不僅可以直觀測試灌注樁的完整性,而且能夠檢測樁長、樁底沉渣厚度以及樁底巖土層的性狀,特別適合灌注樁。但該法也有局限性,屬于有損檢測的手段,對樁身有一定的損害。鉆取芯樣反映的是取樣部位混凝土質(zhì)量,存在較大盲區(qū),容易以點(diǎn)代面而造成漏判,同時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí),鉆芯法不宜用于大批量的檢測,而只能用于抽樣檢查,或作為對無損檢查結(jié)果的驗(yàn)證手段。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

現(xiàn)以安徽某工程為例,說明低應(yīng)變、鉆芯法在基樁完整性檢測中的應(yīng)用。該工程樁型為鉆孔灌注樁,設(shè)計(jì)樁徑900 mm,設(shè)計(jì)有效樁長約30 m,進(jìn)入中風(fēng)化巖層。根據(jù)地勘報(bào)告提供的資料,工程場地地層可分為如下幾層:

①雜填土(Qml):雜色,主要由褐黃的粘性土夾少量磚塊、碎石等組成。

②粘土(Qal):褐黃—灰黃色,濕,可塑,含少量鐵錳質(zhì)氧化物及高嶺土。

③粉質(zhì)粘土與粉砂互層(Qal):灰色,飽和,主要為粉質(zhì)粘土,軟—可塑,其次為稍密—密實(shí)粉土、粉砂。

④粉砂(Qal):灰色,飽和,中密,主要由長石、石英組成,其次為云母、黑色變質(zhì)礦物。

⑤粉質(zhì)粘土夾礫砂(Qal):灰色,濕,可塑,主要由礫砂組成。

⑥泥巖強(qiáng)風(fēng)化(S):灰—褐灰、淺黃色,風(fēng)化成硬塑—堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土,手可折斷,遇水極易軟化。

⑦泥巖中風(fēng)化(S):灰—褐灰、淺黃色,泥質(zhì)膠結(jié)局部夾強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

根據(jù)設(shè)計(jì)方要求,基樁的完整性檢測采用低應(yīng)變法,在低應(yīng)變檢測過程中發(fā)現(xiàn)有一批樁出現(xiàn)不同程度的同向反射信號,但該工程的基坑很深(-15 m),地下水也很豐富,如開挖有可能產(chǎn)生管涌現(xiàn)象,經(jīng)和有關(guān)方協(xié)商并結(jié)合相應(yīng)的規(guī)范,決定對其中反射比較明顯的樁進(jìn)行鉆芯檢測驗(yàn)證。鉆芯法布孔選在距樁中心約15～20 cm的地方[2],鉆芯深度原則上為低應(yīng)變?nèi)毕莶课幌?～3 m,具體可根據(jù)鉆芯缺陷情況做適度調(diào)整。

判定原則:如果鉆芯的芯樣在低應(yīng)變?nèi)毕莘瓷洳课皇枪饣?、完整?則反射波一般是由相對縮徑引起的,可以考慮輕判;如在低應(yīng)變?nèi)毕莘瓷洳课恍緲映霈F(xiàn)了夾泥、碎石狀,根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度,結(jié)合相關(guān)的技術(shù)規(guī)范對樁身的完整性類別作出綜合判定。由于篇幅原因,本文僅對幾個(gè)比較典型的例子進(jìn)行分析。

2.2 檢測結(jié)果

例1:123#樁,長26.4 m,低應(yīng)變實(shí)測波形見圖1,由波形可以看出在2.9 m處出現(xiàn)多次等間距的同相反射信號,反射峰與首峰相比脈沖信號的主頻明顯變寬,懷疑該樁有比較嚴(yán)重的質(zhì)量問題,遂進(jìn)行鉆芯作進(jìn)一步的檢測,鉆芯總進(jìn)尺為6.0 m,當(dāng)鉆進(jìn)到2.8 m處時(shí),鉆進(jìn)速度突然加快,此時(shí)關(guān)掉進(jìn)水閥門,采用“干燒”取樣,直到鉆進(jìn)至4.6 m處“干燒”無法鉆進(jìn)時(shí)先將這個(gè)回次的樣品取出,然后再正常鉆進(jìn)取樣。鉆芯圖片見圖2。由鉆芯圖片可以看出該樁2.8～4.6 m芯樣主要為褐灰色粉質(zhì)粘土夾少量骨料及水泥灰,近2.0 m的范圍內(nèi)有大量的“夾泥”現(xiàn)象,判定該樁為Ⅲ類樁。

圖1 123#樁

圖2 123#樁

例2:164#樁,長30.5 m,低應(yīng)變實(shí)測波形見圖3,由波形可以看出在6.2 m處出現(xiàn)多次等間距的同向反射信號,波形很“干凈”,沒有其他的雜波出現(xiàn),初步懷疑該樁有比較嚴(yán)重的質(zhì)量問題,遂對該樁用鉆芯法作進(jìn)一步的檢測,鉆芯總進(jìn)尺為9.2 m,在6.3～7.6 m鉆進(jìn)速度快,芯樣呈碎石狀,兩端可見夾泥,鉆芯圖片見圖4,該樁存在嚴(yán)重缺陷。

圖3 164#樁

圖4 164#樁

例3:99#樁,長26.6 m,低應(yīng)變實(shí)測波形見圖5,由波形可以看出在15.0 m處出現(xiàn)一個(gè)反射信號,雖然反射信號不是很明顯,但考慮到該反射部位比較深,能量衰減大,仍可能有比較大的缺陷,而且反射信號的脈沖很寬,有可能產(chǎn)生離析現(xiàn)象,遂對該樁作鉆芯檢測,鉆芯總進(jìn)尺為17.0m,在14.2～15.6 m鉆進(jìn)速度變快,芯樣呈碎石狀及塊狀,有夾泥現(xiàn)象。鉆芯圖片見圖6,判定該樁為Ⅲ類樁。

圖5 99#樁

圖6 99#樁

例4:289#、316#樁,長分別為:26.4和28.5 m,低應(yīng)變實(shí)測波形見圖7和圖9,由波形可以看出分別在1.4和6.3 m處出現(xiàn)多次同相的反射信號,對以上2根樁進(jìn)行了鉆芯檢測,鉆芯進(jìn)尺分別為4.0和9.0 m,鉆芯圖片見圖8和圖10。由芯樣圖片可以看出,在低應(yīng)變?nèi)毕莘瓷洳课恍緲庸饣?、完?呈長柱狀,局部呈短柱狀,未出現(xiàn)異常情況,說明缺陷部位的反射可能是由于相對縮徑引起的,樁身質(zhì)量應(yīng)無大的問題。類似這樣的情況在這個(gè)工程中還出現(xiàn)過一些,極易引起誤判。

圖7 289#樁

圖8 289#樁

圖9 316#樁

圖10 316#樁

3 討論與分析

(1)由于低應(yīng)變的波形具有多解性,對低應(yīng)變檢測的疑似Ⅲ類樁波形,最好不要輕易下結(jié)論,這種波形有可能是Ⅲ類樁,但也有可能是Ⅱ類甚至I類樁(先擴(kuò)后縮),所以對此類樁可采用鉆芯法作進(jìn)一步的檢測,如條件許可的情況下最好開挖驗(yàn)證。

(2)一般情況下,檢測人員對淺部的缺陷比較“敏感”,因?yàn)橹袦\部往往存在著多次反射,而對于中深部的缺陷卻較易疏忽。中深部應(yīng)力波能量的衰減很大,一般僅能見到1～2次的缺陷反射,且反射幅度不大。對于這類缺陷是應(yīng)該引起大家注意的,以防漏掉嚴(yán)重缺陷(如99#)。

(3)鉆芯過程中最好將低應(yīng)變判定缺陷上下50 cm(根據(jù)當(dāng)時(shí)的鉆進(jìn)情況可作適當(dāng)調(diào)整)作為一個(gè)回次,有缺陷的回次鉆進(jìn)不宜過長,否則一些有用的信息(如夾泥等)可能會被磨掉。如在鉆進(jìn)過程中鉆進(jìn)速度突然變快(突變),則很可能有嚴(yán)重的夾泥或斷樁發(fā)生,此時(shí)要關(guān)掉進(jìn)水閥用“干燒”法取樣,否則“證據(jù)”會被沖走。當(dāng)鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度緩慢變快(緩變),則有可能是明顯的離析,芯樣一般呈碎石狀。

4 結(jié)束語

通過本工程實(shí)例可以看出,采用一種方法檢測樁身的完整性有其局限性,而聯(lián)合法則可以彌補(bǔ)這種不足,如本文中低應(yīng)變法不能對樁的完整性作出明確判定時(shí),采用鉆芯法做進(jìn)一步的檢測,以防漏判和誤判。

[1] 李維平.鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵工序控制[J].巖土工程技術(shù),2003(5).

[2] J GJ 106—2003.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

責(zé)任編輯:錢讓清

U443.15+4

A

1671-8275(2010)01-0029-03

2009-10-29

陳四平(1970-),男,安徽樅陽人,安徽省公路局工程師。