嵌巖樁低應(yīng)變法檢測(cè)問題分析

陳宗起 李國良

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

嵌巖樁低應(yīng)變法檢測(cè)問題分析

陳宗起 李國良

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

通過理論分析并結(jié)合實(shí)例，對(duì)低應(yīng)變法檢測(cè)過程中遇到的問題進(jìn)行分析。判釋時(shí)需要考慮地質(zhì)地層條件、巖石風(fēng)化程度、施工工藝等因素的影響，遇到疑問樁，要用多種方法進(jìn)行驗(yàn)證及綜合評(píng)定。

嵌巖樁 低應(yīng)變法檢測(cè) 問題分析 綜合應(yīng)用

樁端嵌入巖體中的樁稱為嵌巖樁。嵌巖樁在鐵路橋梁基礎(chǔ)工程中大量使用，嵌巖樁的質(zhì)量控制包含樁身砼質(zhì)量和樁端嵌巖質(zhì)量。低應(yīng)變法是目前檢測(cè)樁身混凝土完整性質(zhì)量的主要方法，因其簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，在適宜的端承摩擦樁或端承樁中也得到廣泛應(yīng)用。

鐵路工程因線路里程長，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，嵌巖樁受成樁工藝、入巖深度、風(fēng)化程度、沉渣厚度和樁身截面變化等因素的影響，造成低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線很不規(guī)則，給樁身質(zhì)量的分析判定帶來很大的不確定性。

1 低應(yīng)變法檢測(cè)原理簡(jiǎn)介

1.1 波動(dòng)方程

在樁頂施加激振力產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波沿樁身傳播過程中，遇到樁身缺陷或截面變化和樁底時(shí)，由于波阻抗變化，將產(chǎn)生反射波。通過分析反射波的時(shí)程、相位、幅值和波形特征，判定樁身混凝土的完整性，其理論建立在一維桿波動(dòng)理論的基本原理上。由平衡關(guān)系及虎克定律可得樁的波動(dòng)方程

?2u/?x2=(1/c2)(?2u/?t2)

結(jié)合邊界條件可對(duì)方程求解。

1.2 數(shù)據(jù)分析與判定

(1)分析方法

樁身完整性分析以時(shí)域分析為主，輔以頻域分析。

(2)樁身波速平均值的確定

當(dāng)樁長已知、樁底反射信號(hào)明顯時(shí)，選取相同條件下不少于5根Ⅰ類樁的樁身波速計(jì)算樁身平均波速；當(dāng)樁身波速平均值無法在本場(chǎng)地確定時(shí)，可根據(jù)本地區(qū)相同樁型及施工工藝的基樁測(cè)試結(jié)果，結(jié)合樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)與經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

(3)樁身缺陷位置按下列公式計(jì)算

2 實(shí)測(cè)中的幾個(gè)問題

2.1 樁底同相反射信號(hào)分析

一般情況下，多數(shù)嵌巖樁在入巖位置因波阻抗增大，其反射信號(hào)與入射波相位相反；在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，存在嵌巖樁樁底反射信號(hào)與入射波同相位，此現(xiàn)象多數(shù)被認(rèn)為是樁底沉渣過厚等缺陷，但實(shí)踐中問題未必有這么嚴(yán)重。

如圖1，為某鐵路橋梁基樁的實(shí)測(cè)時(shí)域波形，基樁設(shè)計(jì)樁長18.0 m，樁直徑1.0 m，顯示有明顯的同相位樁底反射信號(hào)，實(shí)測(cè)波形類似于摩擦樁的情況。其地質(zhì)資料表明，基樁持力層為青灰色千枚巖，清孔和灌樁記錄并無不良現(xiàn)象。后經(jīng)取芯驗(yàn)證，樁身混凝土完整，樁底與基巖膠結(jié)好，判定為Ⅰ類樁。

圖1 樁底同相反射明顯的實(shí)測(cè)曲線

分析上述實(shí)例，嵌巖樁持力層為具有千枚狀構(gòu)造的千枚巖，弱風(fēng)化，變質(zhì)程度介于板巖和片巖之間；因其密度、波速均小于樁身混凝土，所以基巖的波阻抗小于樁身波阻抗，造成樁底同相反射信號(hào)。

2.2 樁身巖層變化處曲線特征

實(shí)測(cè)中，巖層風(fēng)化程度不同，巖體強(qiáng)度差異大，加上施工工藝的影響，造成嵌巖樁低應(yīng)變法曲線復(fù)雜。采用錘擊成孔工藝由軟層進(jìn)入硬層時(shí)，因下部巖層強(qiáng)度高，自由落下的重錘易擾動(dòng)軟巖層，使巖層交界處截面擴(kuò)大，上、下巖體強(qiáng)度差異造成變層處波阻抗增大，低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線呈現(xiàn)與入射波反相位信號(hào)。

如圖2，某鐵路客專橋梁基樁，樁長為17.5 m，樁徑1.0 m，曲線顯示樁身11.0 m左右擴(kuò)徑；勘察報(bào)告表明，樁頂高程下，千枚巖地層10.7 m由強(qiáng)風(fēng)化過渡到弱風(fēng)化地層，灌注時(shí)此處砼澆筑量增大，整樁充盈系數(shù)達(dá)到1.75，所測(cè)試的曲線擴(kuò)徑處與地質(zhì)情況變層深度相吻合。

圖2 強(qiáng)風(fēng)化進(jìn)入弱風(fēng)化地層反相實(shí)測(cè)曲線

另外，部分嵌巖樁樁身入巖處也會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的同相位反射信號(hào)，類似于縮徑或斷樁。結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)資料、成孔記錄以及灌樁記錄分析，判斷是因?yàn)槿霂r段樁身截面漸擴(kuò)后陡縮恢復(fù)至原樁徑產(chǎn)生的同相位反射，俗稱“假縮徑”。如圖3，樁長為22.0 m，樁徑1.0 m的一橋梁基樁，巖層自強(qiáng)風(fēng)化進(jìn)入弱風(fēng)化層，曲線同相反射信號(hào)明顯，經(jīng)鉆探取芯驗(yàn)證，樁身砼質(zhì)量良好，避免了對(duì)樁身完整性的誤判。

圖3 強(qiáng)風(fēng)化進(jìn)入弱風(fēng)化地層同相實(shí)測(cè)曲線

上述分析可見，低應(yīng)變檢測(cè)曲線復(fù)雜，具體判釋要結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行；圖2、圖3實(shí)測(cè)曲線樁底反射信號(hào)均不明顯，無法確定樁身平均波速，因巖層變化處存在明顯反射信號(hào)，實(shí)踐中可根據(jù)地層的埋深來核對(duì)樁身平均波速。

2.3 低應(yīng)變法與聲波透射法的比對(duì)問題

一段時(shí)間以來，鐵路工程的基樁檢測(cè)要求按一定比例進(jìn)行低應(yīng)變法與聲波透射法兩種檢測(cè)方法的比對(duì)試驗(yàn)。

聲波透射法檢測(cè)不受樁長的限制，對(duì)樁長的判定直接有效。采用這種方法時(shí)應(yīng)考慮預(yù)埋聲測(cè)管，施工時(shí)對(duì)聲測(cè)管的材質(zhì)和安裝質(zhì)量要求高，需確保聲測(cè)管順直、通暢且相互平行，連接處和管底有效封閉；該方法檢測(cè)精細(xì)，能夠較好地判斷混凝土的局部細(xì)小缺陷。

低應(yīng)變法更適宜對(duì)基樁截面變化(擴(kuò)徑、縮徑)、樁身中上部砼質(zhì)量的檢測(cè)，因樁的深部反射信號(hào)太弱，判定樁的深部質(zhì)量是很困難的。

某鐵路客專橋梁工程嵌巖樁，聲波透射法測(cè)試結(jié)果為：兩個(gè)剖面在樁頂下24.2～25.0 m處測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅低，PSD值異常突變，另一剖面在此范圍內(nèi)各聲學(xué)參數(shù)也低于臨界值，判定樁身質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷；比對(duì)的低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線經(jīng)3倍指數(shù)放大后在此處有一微弱同相位信號(hào)，表明對(duì)缺陷有反映，因不明顯，往往很容易被技術(shù)人員忽略而引起誤判。

低應(yīng)變法和聲波透射法兩種檢測(cè)方法各具特點(diǎn)，適宜性有所不同，但對(duì)完整性的判斷和檢測(cè)結(jié)論應(yīng)是基本一致的。所以說，嵌巖樁低應(yīng)變反射波法檢測(cè)的可靠性與檢測(cè)單位和檢測(cè)人員的技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心有很大關(guān)系。

2.4 嵌巖樁低應(yīng)變法檢測(cè)與其它方法的綜合應(yīng)用

在檢測(cè)嵌巖樁的實(shí)踐中，既要認(rèn)識(shí)到低應(yīng)變法對(duì)嵌巖樁檢測(cè)的積極作用，又要實(shí)事求是地看到在檢測(cè)有些嵌巖樁時(shí)需要結(jié)合其他方法綜合判定。對(duì)于大直徑嵌巖樁，當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)復(fù)雜，無法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分析和評(píng)定時(shí)，可采用鉆探取芯的方法驗(yàn)證；當(dāng)對(duì)嵌巖樁沉渣厚度或樁身質(zhì)量有疑問時(shí)，可使用靜載荷試驗(yàn)來驗(yàn)證樁在荷載作用下的可靠性，以此來判定整樁是否可用。

當(dāng)樁側(cè)摩阻力很大，入巖反射信號(hào)不明顯時(shí)，可有針對(duì)性地做一部分高應(yīng)變法輔助測(cè)試，該方法錘擊能量大，可較好激發(fā)出樁周土阻力的信息和樁身阻抗變化，以檢測(cè)深部樁身質(zhì)量；由于高應(yīng)變動(dòng)測(cè)不需預(yù)先在樁身埋置聲測(cè)管，具有更大的靈活性，但現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集操作比較麻煩?，F(xiàn)階段鐵路工程嵌巖樁的高應(yīng)變法測(cè)試較少，有待進(jìn)一步總結(jié)。

需要注意的是，隱蔽工程要堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，加強(qiáng)過程控制；施工中除控制好混凝土質(zhì)量外，還應(yīng)對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

3 結(jié)論

鐵路橋梁工程嵌巖樁由于樁身混凝土、成樁過程及巖土自身的復(fù)雜多變性，造成在檢測(cè)中低應(yīng)變曲線復(fù)雜多樣，分析判釋時(shí)要參考多種參數(shù)，尤其要重視地質(zhì)條件、巖石風(fēng)化程度、施工工藝的影響，實(shí)踐中遇到疑難問題時(shí)要應(yīng)用其它方法進(jìn)行驗(yàn)證，以綜合手段進(jìn)行檢測(cè)、判釋和評(píng)定。

基樁檢測(cè)只是一種檢驗(yàn)手段，根本解決基樁質(zhì)量問題必須加強(qiáng)施工過程控制。

低應(yīng)變法檢測(cè)及資料分析需由經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)的人員來完成，檢測(cè)單位應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)、交流，以提高業(yè)務(wù)水平。

[1] 楊懷玉，孫樹禮，任春山.鐵路巖土工程檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2011

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

[3] 胡在良，李晉平，董承全，等.低應(yīng)變法在鐵路橋梁嵌巖樁檢測(cè)中的應(yīng)用分析[J].鐵道建筑，2012(1)

[4] 劉煜洲，劉東甲，王英杰.嵌巖樁與含沉渣樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)曲線理論計(jì)算方法與特征研究[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2003，25(2)

[5] 蘇沛東，吳盛偉.大直徑嵌巖樁的高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試技術(shù)應(yīng)用研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2007

[6] 史佩棟，梁晉渝.嵌巖樁豎向承載力的研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007，16(4)

[7] 周治國，朱合華，夏才初.低應(yīng)變反射波法檢測(cè)嵌巖樁適用性探討[J].地下空間,2004,24(2)

[8] 張建新，葉洪東，杜海金，等.嵌巖樁設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(7)

[9] 林淼童.關(guān)于嵌巖樁的幾點(diǎn)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2006(1)

[10] 徐保林.淺談嵌巖樁反射信號(hào)的特征與分析方法[J].山西建筑,2007,33(19)

AnalysisfortheProblemsofLowStrainingIntegrityTestingUsedforSocketedPile

CHEN Zongqi LI Guoliang

2013-11-07

陳宗起(1973—)，男，2005年畢業(yè)于北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)，高級(jí)工程師。

1672-7479(2014)01-0039-03

TU473.1

： A