大直徑鉆孔灌注樁的檢測

劉剛，李鵬遠(yuǎn)

(大連市勘察測繪研究院有限公司，遼寧大連 116021)

1 引言

基樁檢測技術(shù)是綜合了多門學(xué)科和技術(shù)的系統(tǒng)工程，是吸收了大量工程經(jīng)驗的實用技術(shù)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)項目投資不斷增加，一大批能源、交通、水利和城市大型公用設(shè)施等各類工程建設(shè)項目已經(jīng)建成或正在投入建設(shè)。在工程施工中，樁基是建設(shè)工程中應(yīng)用最廣泛的一種基礎(chǔ)形式，樁基工程質(zhì)量直接關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，但因其屬于地下或水下隱蔽工程，施工質(zhì)量較難控制，樁基檢測是判定樁基質(zhì)量的重要手段和依據(jù)，因此，保證樁基檢測質(zhì)量是工程建設(shè)不可缺少的一個重要的環(huán)節(jié)。

樁基檢測目前主要包括基樁樁身質(zhì)量檢測、基樁承載力檢測。樁基檢測技術(shù)原理涉及土(動)力學(xué)、工程地質(zhì)、樁基設(shè)計理論、樁基施工技術(shù)、波動振動理論、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等多門理論與技術(shù);現(xiàn)場檢測技術(shù)涉及不斷更新的儀器設(shè)備的操作、現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)的判讀等。對樁基工程檢測人員來說，在具備多學(xué)科理論知識、熟練掌握現(xiàn)場檢測技術(shù)基礎(chǔ)上，還必須積累大量的工程檢測經(jīng)驗才能對樁基工程質(zhì)量給出一個合理的判定、規(guī)范的表述。

2 工程概況

大連某重要工程場地部分為填海強(qiáng)夯形成。場地位于中韓亞大連沉淀板塊的南部，地層結(jié)構(gòu)如下:板巖，石英巖，微晶灰?guī)r，震旦紀(jì)期間形成的含有長嶺石成分和橋塔成分的石灰石。地質(zhì)構(gòu)造屬于穩(wěn)定的區(qū)域，所探測地區(qū)的巖床主要成分是震旦系中有一定程度風(fēng)化的板巖。該地區(qū)的陸地部分有些小山以及由震旦紀(jì)石英巖和板巖構(gòu)成的海蝕的梯形結(jié)構(gòu)。場地表層為新近回填土層，建筑物基礎(chǔ)擬采用高承臺樁基，露出地面1.7 m～2.0 m。

3 試驗內(nèi)容

設(shè)計試樁采用沖擊成孔，分1 200 mm、1 000 mm樁徑。采用的設(shè)備為河北寶鉆機(jī)械廠生產(chǎn)ZZ－6A型沖擊式鉆機(jī)，在成孔過程中采用抽碴筒進(jìn)行排碴，成孔完畢采用泥漿循環(huán)的方法進(jìn)行排碴、洗孔。澆注混凝土前，孔底500 mm以內(nèi)的泥漿比重在1.15～1.20之間，孔底沉碴厚度要求小于50 mm。試驗內(nèi)容如下:

(1)測試單樁(1 200 mm直徑基樁 Quk=18 000 kN、1 000 mm直徑基樁 Quk=14 000 kN)豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

(2)測試樁側(cè)土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，測試樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;

(3)測定單樁(1 200 mm直徑基樁Hu=900 kN、1 000 mm直徑基樁Hu=800 kN)的水平臨界荷載和水平極限荷載;

(4)測定單樁(1 200 mm直徑基樁Uu=3 500 kN、1 000 mm直徑基樁Uu=2 800 kN)的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

(5)在靜載試驗之前應(yīng)先進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測和超聲波檢測。

4 現(xiàn)場檢測技術(shù)應(yīng)用

由于本次單樁豎向抗壓靜載試驗噸位重達(dá)2 000 t，綜合考慮了自平衡法測試，錨樁反力梁法，堆載法測試，經(jīng)驗算和經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮選用堆載法做單樁豎向抗壓靜載試驗。樁側(cè)土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，樁端極限端阻力測試用埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計方法測算。單樁水平靜載試驗，考慮做反力樁費(fèi)用較高，本次用堆載法靠摩擦力提供反力［3］。

4.1 單樁豎向抗壓靜載試驗

單樁豎向抗壓靜載荷試驗設(shè)備主要由反力系統(tǒng)、加載系統(tǒng)及位移觀測系統(tǒng)組成。反力由堆積配重提供，底座加上部配重共2 200 t。由于工期緊張，靜載設(shè)備的搭拆較慢，在現(xiàn)場條件允許的情況下用2臺吊車拆配重，3臺板車運(yùn)送配重，1臺吊車卸配重，再由1臺吊車搭配重。分配下來每臺吊車每天完成220吊。兩天可完成一個試驗點(diǎn)。

加載系統(tǒng)由4臺QF630T型分離式油壓千斤頂和一套由1臺BZ70－1型電動油泵及高壓油管、濺射式油壓傳感器等組成。豎向位移觀測系統(tǒng)由MS－50防水型容柵式位移傳感器、基準(zhǔn)梁及聯(lián)接件組成。位移觀測系統(tǒng)采用江蘇省徐州市建筑工程研究所生產(chǎn)的靜力載荷測試儀JCQ－503D，本套系統(tǒng)具有自動荷載控制、數(shù)據(jù)定時采集和全自動判穩(wěn)?，F(xiàn)場安裝情況如圖1所示。

圖1 單樁豎向抗壓靜載試驗現(xiàn)場安裝圖

4.2 單樁豎向抗拔靜載試驗

單樁豎向抗拔靜載試驗裝置主要由反力，加載裝置和量測裝置組成。加載裝置由2臺QF630T型分離式油壓千斤頂、1臺BZ70－1型電動油泵、高壓油管等組成。為了使整根樁的鋼筋均勻受力，反力的強(qiáng)度要一致，2個千斤頂?shù)綐兜木嚯x一致。相應(yīng)的夾具和鋼梁。

反力由經(jīng)過強(qiáng)夯的地基土提供。量測裝置由MS－50防水型容柵式位移傳感器、基準(zhǔn)梁及聯(lián)接件組成。上拔量觀測系統(tǒng)采用JCQ－503D。

4.3 單樁水平靜載試驗

單樁水平靜載試驗裝置主要由加載裝置、反力裝置、量測裝置三部分組成。反力系統(tǒng)由堆載的摩擦力提供，方便快捷。

加載裝置由1臺QF630T型分離式油壓千斤頂、1臺BZ70－1型電動油泵、高壓油管、兩個球形鉸座等組成。反力裝置鋼梁、堆積配重組成，主要依靠堆積配重與地面的摩擦力提供。量測裝置由MS－50防水型容柵式位移傳感器、基準(zhǔn)梁及聯(lián)接件組成。在每根試樁在水平荷載作用平面和該平面以上50 cm左右處各安裝一只位移傳感器，下表量測樁身在地面處的水平位移，上表量測樁頂水平位移。

4.4 樁周土側(cè)摩阻力測試

鋼筋應(yīng)力計埋設(shè)完后主要工作是測試線的保護(hù)工作，由于現(xiàn)場大型施工機(jī)械較多，場地泥漿潮濕。測試線從樁頂側(cè)面留出。

為了比較準(zhǔn)確地了解樁頂荷載作用下樁側(cè)土的阻力及樁端土阻力的變化情況，在樁身中土層變化部位和樁端埋設(shè)了GYL型振弦式鋼筋應(yīng)力計。鋼筋應(yīng)力計直接焊接在樁身的鋼筋中，鋼筋應(yīng)力計的橫截面與樁身鋼筋的強(qiáng)度、彈性模量相等。鋼筋應(yīng)力計的測量采用ZX－12振弦頻率檢測儀，它依據(jù)的原理是振弦式傳感器中鋼弦的微小振動在感應(yīng)磁頭線圈里產(chǎn)生電動勢，在實驗室中標(biāo)定輸出頻率f與所受外力F的對應(yīng)關(guān)系。應(yīng)用時通過所測f可測算出力F的值［4，5］。

4.5 低應(yīng)變法樁身完整性檢測

低應(yīng)變法樁身完整性檢測使用的儀器為美國Pile Dynamics Inc公司生產(chǎn)的PIT樁身完整性檢測儀。

本次基樁低應(yīng)變測試采用反射波法，其原理是在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面或樁身截面積變化部位，將產(chǎn)生反射波，通過高精密儀器接收記錄各種反射波波形，經(jīng)放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，識別來自樁身不同部位的反射信息，從而評判樁身的完整性。

4.6 聲波透射法樁身完整性檢測

檢測儀器設(shè)備采用武漢巖海RS－ST01D(P)跨孔超聲檢測儀，數(shù)據(jù)自動連續(xù)采集。儀器設(shè)備及現(xiàn)場聯(lián)接如圖2所示。

圖2 基樁超聲波檢測示意圖

5 試驗成果評價

5.1 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果評價

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106－2003)中的有關(guān)規(guī)定，本次載荷試驗結(jié)果用Q－S法、S－lgt法、S－lgQ法3種方法進(jìn)行分析比對，建議試驗場地6根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力實測值取值及沉降量見表1，由于本場地屬于填海區(qū)域，回填成分主要為強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化灰?guī)r塊，與下部基巖巖性一致，因此，工程樁在施工過程中應(yīng)做好驗槽工作，避免出現(xiàn)試樁P－VL－3的情況。根據(jù)我公司驗槽經(jīng)驗，建議現(xiàn)場適當(dāng)加密勘探孔數(shù)量，查明基巖埋深，根據(jù)相鄰鉆孔基巖埋深及入巖時間以及勘察單位現(xiàn)場人員的經(jīng)驗綜合進(jìn)行控制。

單樁豎向抗壓極限承載力匯總表 表1

5.2 單樁豎向抗拔靜載試驗結(jié)果評價

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106－2003)中的有關(guān)規(guī)定，對本次載荷試驗結(jié)果用U－δ法、δ－lgt法、δ－lgU法3種方法進(jìn)行分析:

單樁豎向抗拔極限承載力匯總表 表2

5.3 單樁水平靜載試驗結(jié)果評價

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106－2003)中的有關(guān)規(guī)定，對本次載荷試驗結(jié)果用H－t－Yo法、H－△Yo/△H法兩種方法進(jìn)行分析:

單樁水平靜載試驗沉降量匯總表 表3

5.4 樁周土側(cè)摩阻力測試成果評價

根據(jù)樁身軸力測試結(jié)果，經(jīng)計算得到6根試樁在極限荷載作用下樁周土的極限側(cè)摩阻力值及樁端阻力值，如表4所示。

樁周土的極限側(cè)摩阻力值及樁端阻力值 表4

5.5 低應(yīng)變測試結(jié)果評價

試樁試驗前檢測17根試樁，Ⅰ類樁10根，Ⅱ樁7根，試驗前樁體砼波速在3 804 m/s～4 330 m/s之間，平均波速為4 040 m/s。在本次試驗前，所有的試樁均為完整樁或基本完整樁。

5.6 聲波透射法檢測結(jié)果評價

本次檢測17根試樁，其中Ⅰ類樁7根，Ⅱ類樁10根，本次檢測未發(fā)現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類樁。試驗前樁體波速在3 341 m/s～4 542 m/s之間，平均波速為 3 984 m/s。試樁均為完整、基本完整樁。

6 結(jié)論及總結(jié)

本次試驗取得樁基設(shè)計所必需的計算參數(shù)、為設(shè)計提供合理的單樁承載力、合理地選擇樁基持力層、確定樁型和施工的可行性、優(yōu)化樁基的設(shè)計及為工程樁監(jiān)測提出正確的依據(jù)。提出了沖孔灌注樁試樁總報告，綜合分析試樁成果，對沖孔灌注樁的設(shè)計與施工給出指導(dǎo)性意見。

［1］趙如龍.基樁檢測技術(shù)與實例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］吳道祥，劉剛，王國強(qiáng)等.強(qiáng)夯與強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基承載力的試驗研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，4(31):622～630.

［3］JGJ106－2003.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］李楠.鋼筋計在大壩監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.實驗技術(shù)與管理，2003，20(1).

［5］李連虎，劉京平，孫進(jìn)忠等.用載荷試驗及鋼筋計測試聯(lián)合確定一定深度上的樁基承載力［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17(1).