對(duì)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)缺陷樁的處理探討

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摘要：樁基礎(chǔ)在建筑工程中占有十分重要的地位，屬于建筑基礎(chǔ)性工程，直接影響著整體工程的穩(wěn)定性與安全性。樁基礎(chǔ)施工中，容易出現(xiàn)較多的缺陷問(wèn)題，需要采取措施。下面就低應(yīng)變反射波法檢測(cè)缺陷樁的處理探討。

關(guān)鍵詞：樁基檢測(cè)；缺陷樁；方法

1 低應(yīng)變反射波法樁基檢測(cè)原理

低應(yīng)變測(cè)樁技術(shù)起源于應(yīng)力波理論，低應(yīng)變中的反射波法是目前國(guó)內(nèi)檢測(cè)樁身質(zhì)量較為有效、便捷的一種手段。反射波法將樁假設(shè)為一維均質(zhì)彈性桿件模型（樁長(zhǎng)》樁徑）?；炷翗兜奈锢韽?qiáng)度遠(yuǎn)大于樁周圍土的物理強(qiáng)度，在樁頂部施加激振力，樁的端面上的質(zhì)點(diǎn)將產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)的傳播形成了波，波將沿著樁身進(jìn)行傳播，當(dāng)樁身的波阻抗發(fā)生變化時(shí)，將產(chǎn)生反射和透射波，粘貼在樁頂部的速度傳感器或加速度傳感器將接受波阻抗變化時(shí)引起的反射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。

由一維波動(dòng)方程：

（1）

波速：

（2）

定義波阻抗為Z則有：

（3）

進(jìn)而可以求出反射波波速VR

（4）

（4）式中：VR為反射波速度；V1為入射波速度；RV為反射系數(shù)；Z為波阻抗；p1C1A1，為樁身混凝土廣義波阻抗； C2A2為樁身缺陷和樁底巖土部分的廣義波阻抗。

完整樁中樁身沒(méi)有阻抗的變化，所以接受的反射波是樁底反射來(lái)的。對(duì)于缺陷樁我們從（4）式可以看出：1）縮頸樁C1 = C2，A1 > A2，由RV和V1同號(hào)，表現(xiàn)為反射波相位與初始入射波同向，但在縮頸的下界面，由于RV和V1反向，故后續(xù)反射波的相位與初始入射波相反；2）擴(kuò)徑樁C1= C2，A1< A2，RV和V1異號(hào)，表現(xiàn)為反射波相位與初始入射波反向，但在縮頸的下界面，RV和V1同號(hào)，故后續(xù)反射波的相位與初始入射波同向；3）嚴(yán)重離析樁C1A1= C2 A2， ，與擴(kuò)徑樁類似；4）部分離析樁C1 A1= C2 A2，>，與縮頸樁類似；5）空洞樁，在公式上的表現(xiàn)形式與縮頸樁相似，對(duì)于空洞的范圍大小，直接影響反射波幅值。

當(dāng)樁身存在缺陷時(shí)，根據(jù)接收到的缺陷反射波時(shí)刻與樁頂錘擊觸發(fā)時(shí)刻的差值△t和樁身傳播速席V來(lái)椎算缺陷位置。

（5）

2 缺陷樁的處理方法與案例分析

在橋梁樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，由于地理環(huán)境、機(jī)械設(shè)備及人為因素等原因，難免在施工過(guò)程中出現(xiàn)一些缺陷樁現(xiàn)象。一旦缺陷樁基出現(xiàn)，不同缺陷程度有不同的處理方法，但是成本低效益高的方法是人們一直追尋的。缺陷樁處理常用方法有接樁、原位復(fù)樁、補(bǔ)樁、注漿、修改設(shè)計(jì)方案等。實(shí)踐證明，淺部接樁、樁端注漿，在樁基加固處理提高綜合承載力和減少沉降量方面是一種經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的方法。

2.1淺部接樁

如果缺陷位置位于水位線以上，亦可采用明挖接樁的方式進(jìn)行；樁身混凝土缺陷位于樁頂下 一定范圍內(nèi)（（5m以內(nèi)），同時(shí)水位較低或水位容易降低時(shí)，可將缺陷處至樁頂?shù)幕炷凌彸?，再用同?biāo)號(hào)或提高一個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土接樁。

淺部缺陷的處理，一般進(jìn)行淺部開(kāi)挖，找到缺陷部位后進(jìn)行局部剔鑿。剔鑿量比較少時(shí)，只要把缺陷部分清除干凈，露出正?；炷撩?，在上面刷一層高標(biāo)號(hào)水泥砂漿，進(jìn)行修補(bǔ)即可。剔鑿量較大時(shí)，就需要進(jìn)行接樁處理，把缺陷部位以上的樁身截除，重新焊接鋼筋籠后澆筑混凝土。處理時(shí)一定要注意新舊混凝土結(jié)合面的質(zhì)量，不能形成新的缺陷。

圖1（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長(zhǎng)21m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等C30，缺陷位置距樁頂約3m）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，為淺部缺陷樁（斷樁）曲線，（開(kāi)挖得到驗(yàn)證）。除上面3m至混凝土新鮮界面，再檢測(cè)，檢測(cè)波形如圖1（b）所示，樁身己無(wú)缺陷。采取接樁處理，圖1（c）所示為接樁后的檢測(cè)波形，接樁效果良好。

2.2重新成樁

對(duì)于樁身存在嚴(yán)重缺陷或缺陷部位深度較大的，同時(shí)由于客觀條件不能采取其他方法處理的，為不留下隱患，可采用沖除廢樁重新成樁的方法。

對(duì)在施工過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)出的斷樁，采用徹底清理后，在原位重新澆筑一根新樁，做到較為徹底處理。對(duì)己經(jīng)成樁的缺陷樁，利用重錘把缺陷樁震碎，原位重新打孔灌樁，此種方法效果好、難度大、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，可根據(jù)工程的重要性、地質(zhì)條件、缺陷數(shù)量等因素選擇采用。

2.3注漿

根據(jù)無(wú)損檢測(cè)所確定的缺陷位置進(jìn)行鉆孔取芯，再用高壓水沖洗干凈樁身混凝土中的夾泥或松散混凝土，然后將孔中的水排出，即可壓漿，直至漿液充滿缺陷部分。

圖2（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長(zhǎng)25m，樁徑1.25m，強(qiáng)度等級(jí)C45）的低應(yīng)變反射波曲線，設(shè)計(jì)為嵌巖樁。從波形上看，顯示為樁底沉渣超厚，決定采取樁底注漿處理。圖2（b）所示為注漿后的低應(yīng)變檢測(cè)波形。

（a）缺陷位置在距樁頂約3m處

（b）鑿除后接樁前

（c）接樁后

圖1淺部接樁處理低應(yīng)變反射波形

（a）注漿前

（b）注漿后、

圖2缺陷樁注漿處理低應(yīng)變反射波形

通過(guò)對(duì)注漿前后的低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果對(duì)比來(lái)看，注漿前在樁底范圍內(nèi)，反射波速度信號(hào)與入射波速度信號(hào)大體一致，表明在樁底范圍內(nèi)，沉渣過(guò)厚或局部混凝土離析等質(zhì)量缺陷。在注漿以后的低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果中，可以看出，通過(guò)注漿處理，樁底缺陷得到明顯的改善。

2.4旁側(cè)挖洞處理

此處理方法適合在地質(zhì)情況良好不易塌方、地下水位較低的淺部采用。

圖4（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長(zhǎng)27m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等級(jí)C30，缺陷位置距樁頂約4m）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約4m處缺陷（斷樁）。在靠近缺陷樁基旁邊側(cè)挖洞，整個(gè)斷面鑿除缺陷部位，并上下都露出混凝土新鮮界面，鑿平整并鑿毛（圖3），徹底清理干凈，焊接好鋼筋，然后澆筑同標(biāo)號(hào)或高標(biāo)號(hào)混凝土，振搗密實(shí)。圖4（b）所示為處理后的低應(yīng)變檢測(cè)波形。

圖3旁側(cè)挖洞處理示意

（a）處理前

（b）處理后

圖4缺陷樁旁側(cè)挖洞處理低應(yīng)變反射波形

3 疑似缺陷樁的處理方法及案例分析

3.1樁頂擴(kuò)徑的干擾

圖5（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長(zhǎng)31m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等級(jí)C30）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約2m處波形異常?？紤]到是淺部異常，建議開(kāi)挖驗(yàn)證，開(kāi)挖后顯示樁頂大蘑菇頭。鑿除大蘑菇頭擴(kuò)徑部分至原樁徑，再低應(yīng)變檢測(cè)。圖5（b）所示為低應(yīng)變檢測(cè)波形，波形顯示正常，樁身完整。初檢顯示的波形異常是由樁頂擴(kuò)徑所致。

（a）處理前

（b） 處理后

圖5蘑菇頭樁的低應(yīng)變反射波形

3.2地層的影響

圖6（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長(zhǎng)28m，樁徑1.25m，強(qiáng)度等級(jí)C30）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約4m處波形異常?？紤]到是淺部異常，建議開(kāi)挖驗(yàn)證，開(kāi)挖后樁身無(wú)異常。再低應(yīng)變檢測(cè)，圖6（b）所示為開(kāi)挖后的低應(yīng)變檢測(cè)波形，波形顯示正常，樁身完整。初檢顯示的波形異常是由地質(zhì)影響所致。

（a） 開(kāi)挖前

（b）開(kāi)挖后

圖6地層影響樁的低應(yīng)變反射波形

據(jù)勘察揭露顯示，自樁頂向下4.8m為第四系全新統(tǒng)沖洪積層的粉質(zhì)孰土，中間15.2m范圍為粗砂、粗圓礫土，下面8m范圍為花崗閃長(zhǎng)巖。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆孔灌注樁混凝土一般為水下混凝土，因地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及混凝土灌注過(guò)程中的連續(xù)性要求，又由于水下混凝土灌注的特殊性，往往會(huì)因施工過(guò)程控制不當(dāng)而產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷。因此，一旦發(fā)生質(zhì)量缺陷一定要認(rèn)真分析、及時(shí)處理。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，確定缺陷的性質(zhì)和程度，針對(duì)具體問(wèn)題制定妥善的處理方案和措施。

為防止發(fā)生斷樁、夾泥等缺陷現(xiàn)象，在施工過(guò)程中，要控制好灌注工藝和操作流程。于樁身淺部缺陷，在采用低應(yīng)變法檢測(cè)時(shí)要特別注意。但由于受到理論和儀器等方面的制約，根據(jù)單一波形進(jìn)行判識(shí)存在一定的局限性和不確定性，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，需要檢測(cè)者有豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)施工記錄、地質(zhì)資料和開(kāi)挖情況進(jìn)行綜