低應(yīng)變法檢樁中的地質(zhì)效應(yīng)及處理

趙林杰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

低應(yīng)變法檢樁中的地質(zhì)效應(yīng)及處理

趙林杰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

為了確保樁身曲線判別的準(zhǔn)確性和可靠性，結(jié)合多個(gè)工程實(shí)例，通過(guò)各種地質(zhì)條件下的樁底反射識(shí)別、樁身曲線比對(duì)，并結(jié)合聲波透射法、鉆芯法和開(kāi)挖驗(yàn)證、調(diào)查資料等方式，對(duì)低應(yīng)變法檢樁中的地質(zhì)效應(yīng)及處理作了分析研究。研究表明:聲波透射法比低應(yīng)變法更適宜檢測(cè)完全嵌巖樁、柱樁;樁底反射波相位與基樁設(shè)計(jì)承載性狀無(wú)必然關(guān)系;需考慮樁周地層波阻抗變化對(duì)低應(yīng)變曲線的影響。

低應(yīng)變 地質(zhì)效應(yīng) 地層波阻抗變化 假缺陷

低應(yīng)變法采用瞬態(tài)激振方式，通過(guò)實(shí)測(cè)樁頂加速度或速度信號(hào)的時(shí)域、頻域特征，基于一維彈性波動(dòng)理論分析來(lái)檢測(cè)基樁樁身完整性，以判定樁身的缺陷位置及其影響程度[1-5]。因其具有操作方便、檢測(cè)速度快、費(fèi)用低和檢測(cè)覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)，低應(yīng)變法已成為目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的一種樁身無(wú)損檢測(cè)方法[2-3，6]。

在判別低應(yīng)變檢測(cè)曲線的過(guò)程中，因過(guò)多地著眼于樁體本身的完整性，往往忽略其他影響因素。而實(shí)際上影響低應(yīng)變檢樁的因素眾多，如樁長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比、樁身材料性質(zhì)、施工工藝、地質(zhì)條件、溫度效用、檢測(cè)技術(shù)等。其中，地質(zhì)效應(yīng)對(duì)樁身低應(yīng)變檢樁影響極為普遍，很多時(shí)候更是判別低應(yīng)變檢測(cè)曲線的關(guān)鍵依據(jù)。為確保低應(yīng)變法檢樁中樁身曲線判別的準(zhǔn)確性和可靠性，本文擬結(jié)合幾個(gè)混凝土灌注樁工程實(shí)例，對(duì)低應(yīng)變法檢樁中的地質(zhì)效應(yīng)及處理方法做出一定的分析研究。

本文涉及的低應(yīng)變檢測(cè)曲線均由歐美大地PITVV樁身完整性檢測(cè)儀采集;涉及的聲測(cè)曲線由武漢巖海RS-ST01D(P)聲波透射法檢測(cè)儀采集。

1 不同地質(zhì)條件下的樁底反射對(duì)比

圖1為兩不同地質(zhì)條件下基樁的低應(yīng)變檢測(cè)曲線。35-3#基樁樁身完全嵌巖，地質(zhì)條件單一，基巖均為硬質(zhì)石灰?guī)r，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30;45-9#基樁為摩擦樁，樁周地質(zhì)條件單一，均為飽和中細(xì)砂，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。

在樁底反射信號(hào)均放大5倍的條件下，35-3#基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)僅為7.0 m，但因嵌巖完好，無(wú)明顯樁底反射;45-9#基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為44.0 m，雖已超過(guò)《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程(TB 10218—2008)》給出的40.0 m低應(yīng)變檢測(cè)樁長(zhǎng)上限[2]，但樁底反射明顯。并且這兩根檢測(cè)曲線在相同的地質(zhì)條件下具有代表性。

通過(guò)上述對(duì)比可見(jiàn):

1)完全嵌巖樁或柱樁不宜采用低應(yīng)變法檢測(cè)，建議采用聲波透射法檢測(cè)。

2)《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》給出的40.0 m低應(yīng)變檢測(cè)樁長(zhǎng)上限，只在特定地質(zhì)條件下成立;不同地質(zhì)條件下的低應(yīng)變檢測(cè)樁長(zhǎng)上限是不同的。

2 相同地質(zhì)條件下無(wú)樁底反射及處理

某橋跨區(qū)域地質(zhì)條件較單一，為塑形黏土或半塑形黏土?；鶚稙槟Σ翗叮O(shè)計(jì)樁長(zhǎng)均為40.0 m，樁徑為1.0 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C40。設(shè)計(jì)要求采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性。

在該區(qū)域初期樁檢工作中發(fā)現(xiàn)所有的樁身低應(yīng)變檢測(cè)曲線均無(wú)樁底反射或無(wú)明顯樁底反射(如圖2(a)所示)，無(wú)法準(zhǔn)確地判別樁身完整性。

為確保樁身完整性類別判定的可靠性，經(jīng)各相關(guān)方討論，建設(shè)方和設(shè)計(jì)方同意:該區(qū)域部分基樁設(shè)置聲測(cè)管，在低應(yīng)變法檢測(cè)的同時(shí)，進(jìn)行聲波透射法輔助檢測(cè)，綜合判定樁身的完整性類別。

以采用聲波透射法輔助檢測(cè)的1035-8#基樁為例，雖然其低應(yīng)變檢測(cè)曲線(圖2(a))無(wú)明顯樁底反射，但其輔助聲測(cè)曲線(圖2(b))顯示，三個(gè)檢測(cè)剖面0～40.0 m范圍內(nèi)聲學(xué)參數(shù)均無(wú)異常，則綜合判定1035-8#基樁的樁身完整性為Ⅰ類。

圖1 不同地質(zhì)條件下的低應(yīng)變檢測(cè)樁底反射對(duì)比

圖2 某黏土地質(zhì)條件下的基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線與輔助聲測(cè)曲線

以此類推，該區(qū)域相同或相似地質(zhì)條件下的樁身低應(yīng)變檢測(cè)曲線若與曲線圖2(a)類似，且相關(guān)原始記錄(經(jīng)相關(guān)方簽字、蓋章確認(rèn))顯示清孔、灌注混凝土合規(guī)，則可判定其樁身完整性為Ⅰ類。

3 特殊地質(zhì)條件下的樁底反射識(shí)別及處理

某公路橋位于沙漠邊緣，其3-2#基樁位置地質(zhì)條件為:0(設(shè)計(jì)樁頂)～10.4 m樁深為濕陷性新黃土，10.4～14.6 m樁深為新黃土，14.6～16.9 m樁深為紅砂巖(干抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度為25.0 MPa)，16.9 m樁深以下為紅砂巖(干抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度為40.0 MPa)?；鶚对O(shè)計(jì)為端承樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為25.0 m，樁徑為1.2 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

若按照通常的端承樁樁底識(shí)別方法，假設(shè)樁底達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，樁頂激振產(chǎn)生的下行壓縮波在樁底波阻抗變大處產(chǎn)生上行反射彼，相位與入射波相反，如圖3(a)所示，反射波波速為4 145 m/s。

但該波速遠(yuǎn)超普通C30混凝土反射波波速經(jīng)驗(yàn)值 3 700 ～ 3 900 m/s[2，4]。

另外，16.9 m以下地質(zhì)條件單一，若嵌巖完好，樁身下部一般不會(huì)出現(xiàn)圖3所示的強(qiáng)烈反射波信號(hào)。

檢測(cè)方進(jìn)一步調(diào)查了解到:樁底硬質(zhì)紅砂巖遇水變軟，長(zhǎng)時(shí)間泡水便溶解成散沙;施工方采用沖擊鉆成孔、水下灌注混凝土的施工工藝。

該樁的鉆芯報(bào)告[7]顯示:混凝土芯樣完整、連續(xù)、膠結(jié)性好，實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相符，樁身完整性為I類;該樁的芯樣抗壓試驗(yàn)報(bào)告顯示:樁底三段芯樣的破壞性抗壓強(qiáng)度均≥33.2 MPa。

圖3 某水溶性紅砂巖地質(zhì)條件下的低應(yīng)變檢測(cè)樁底識(shí)別

基于上述調(diào)查分析，把樁底定在反射波與入射波的相位相同處，如圖3(b)所示，反射波波速為3 824 m/s。

由此可見(jiàn)，低應(yīng)變檢測(cè)樁底識(shí)別是一項(xiàng)需要綜合考慮地質(zhì)條件、樁身材料性質(zhì)、施工工藝等諸多影響因素的工作。樁底反射波相位只與該處波阻抗變化有關(guān)，與基樁設(shè)計(jì)承載性狀無(wú)必然關(guān)系;尤其是在特殊地質(zhì)條件下，機(jī)械地照搬經(jīng)驗(yàn)，是不能保證樁底識(shí)別可靠性的。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁身曲線判別及處理

圖4為某復(fù)雜地質(zhì)條件下的52-10#基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線。該地質(zhì)條件為:0(設(shè)計(jì)樁頂)～1.2 m樁深為新黃土，1.2～3.3 m樁深為老黃土，3.3～8.2 m樁深為粉土，8.2～9.4 m樁深為煤層，9.4～9.8 m樁深為泥巖，9.8 m樁深以下為砂巖(干抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度為50.0 MPa)?；鶚对O(shè)計(jì)為端承樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為14.5 m，樁徑為1.0 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

在樁底反射信號(hào)放大2倍的條件下，雖因地層多變，52-10#樁身曲線復(fù)雜難判，但與附近同地質(zhì)條件下等樁長(zhǎng)基樁的低應(yīng)變檢測(cè)曲線比對(duì)，可以確認(rèn)波速為3 790 m/s處的明顯反射波便為樁底反射信號(hào)，相位與入射波相反。

只要能確認(rèn)樁底反射信號(hào)，便可判定樁身無(wú)嚴(yán)重缺陷[2]。比對(duì)處于同一樁基礎(chǔ)的52-1#～52-10#基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線，結(jié)合52-10#基樁施工工藝及其所處區(qū)域的地質(zhì)條件，則綜合判定:52-10#基樁的樁身完整性為Ⅱ類。復(fù)雜地質(zhì)條件下的基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線若無(wú)明顯樁底反射，且附近無(wú)同地質(zhì)條件等樁長(zhǎng)基樁的低應(yīng)變檢測(cè)曲線供比對(duì)，則必須采用鉆芯法、高應(yīng)變法、直接開(kāi)挖法[2]等其他輔助方法，綜合判定樁身的完整性。

圖4 某復(fù)雜地質(zhì)條件下的基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線

5 特別地況條件下的樁身曲線判別及處理

圖5的1031-1#基樁與圖2的1035-8#基樁處于同一區(qū)域。

同處一樁基礎(chǔ)的8根基樁，編號(hào)為1031-1#～1031-8#，樁身低應(yīng)變檢測(cè)曲線均相同或相似，如圖5所示;而該區(qū)域的其他基樁因地質(zhì)條件、樁身幾何與材料參數(shù)、施工工藝完全相同，樁身低應(yīng)變檢測(cè)曲線也均相同或相似，如圖2所示。

圖5 某黏土地質(zhì)條件下的墓區(qū)基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線

1031-1#基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線顯示樁身淺部有缺陷反射波信號(hào)，且基本等間距排列;但經(jīng)開(kāi)挖等方式驗(yàn)證樁身淺部完好無(wú)缺陷?？梢?jiàn)1031-1#樁身曲線存在“假缺陷”[10]。

檢測(cè)方調(diào)查了解到:區(qū)別于該區(qū)域其他樁基礎(chǔ)地段，1031-1#樁基礎(chǔ)地段在解放前為一墓地。開(kāi)挖過(guò)程中且發(fā)現(xiàn)，0(設(shè)計(jì)樁頂)～2.0 m樁深土層堅(jiān)硬密實(shí)，2.0～3.5 m土層松軟，3.5 m樁深以下土層較密實(shí)。

另外，低應(yīng)變法檢樁時(shí)，根據(jù)能量擴(kuò)散機(jī)理，需考慮樁周地層波阻抗變化對(duì)樁身曲線的影響[2-3，8-9]。樁周地層波阻抗變大，便會(huì)影響樁身曲線產(chǎn)生一個(gè)與入射波相位相反的反射波信號(hào);樁周地層波阻抗變小，便會(huì)影響樁身曲線產(chǎn)生一個(gè)與入射波相位相同的反射波信號(hào)。

基于上述原因，檢測(cè)方綜合分析認(rèn)為:引起上述“假缺陷”的原因?yàn)闇\部樁周地層波阻抗變小對(duì)樁身曲線產(chǎn)生了明顯的影響。

同樣，圖4的52-10#樁身曲線在10.0 m樁深附近與入射波相位相反的反射信號(hào)可認(rèn)為是樁周地層波阻抗變大對(duì)樁身曲線產(chǎn)生的影響;另外，較厚的基礎(chǔ)墊層也可引起基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線淺部“假缺陷”。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，從不同地質(zhì)條件下的樁底反射對(duì)比，相同地質(zhì)條件下無(wú)樁底反射及處理，特殊地質(zhì)條件下的樁底反射識(shí)別及處理，復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁身曲線判別及處理，特別地況條件下的樁身曲線判別及處理五個(gè)方面對(duì)低應(yīng)變法檢樁中的地質(zhì)效應(yīng)及處理作出了分析研究。

筆者作出以下七點(diǎn)總結(jié):

1)調(diào)查歷史地況、地貌，研究地質(zhì)資料，是低應(yīng)變法檢樁工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié);

2)地質(zhì)條件對(duì)能否正確判別基樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線常起到?jīng)Q定性作用;

3)完全嵌巖樁或柱樁不宜采用低應(yīng)變法檢測(cè)，建議采用聲波透射法檢測(cè);

4)不同地質(zhì)條件下的低應(yīng)變檢測(cè)樁長(zhǎng)的樁上限是不同的;

5)樁底反射波的相位，與基樁設(shè)計(jì)承載性狀無(wú)必然關(guān)系;

6)只要能確認(rèn)樁底反射信號(hào)，便可判定樁身無(wú)嚴(yán)重缺陷;

7)低應(yīng)變法檢樁時(shí)，需考慮樁周地層波阻抗變化對(duì)樁身曲線的影響。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 106—2003 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10218—2008 鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

[3]薛桂霞，王鵬.基樁樁身完整性檢測(cè)中的影響因素淺析[J].北京:地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23(5):1646-1650.

[4]浙江省交通廳工程質(zhì)量監(jiān)督站.JTG/T F81-01—2004 公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2004.

[5]陳凡.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[6]董承全，張佰戰(zhàn)，胡在良，等.樁身完整性不同檢測(cè)方法的對(duì)比試驗(yàn)[J].鐵道建筑，2009(12):75-77.

[7]吳文軍，陳美珍，劉貴軍.基樁低應(yīng)變反射波法和鉆芯法樁身完整性檢測(cè)對(duì)比分析[J].建筑監(jiān)督檢測(cè)與造價(jià)，2010，3(7):34-36.

[8]朱波，李薇.低應(yīng)變反射波法測(cè)樁中的幾何彌散效應(yīng)[J].西南公路，2003(2):74-75.

[9]祝永慶.樁周土阻尼對(duì)基樁完整性試驗(yàn)的影響[J].科技信息，2009(17):263，360.

[10]丁振杰.低應(yīng)變反射波法在基樁完整性檢測(cè)中“假缺陷”的探討[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/3cfb9136f111f 18583d05a46.html，2011-02-04.

TU473.1+6

A

1003-1995(2012)06-0046-04

2011-12-16;

2012-02-15

趙林杰(1982— )，男，江蘇徐州人，工程師，碩士。

(責(zé)任審編 孟慶伶)