基樁低應(yīng)變檢測結(jié)果的識別與基樁缺陷處理

周 敏，孫 達(dá)

ZHOU Min，SUN Da

(浙江省城鄉(xiāng)綜合設(shè)計院有限公司，浙江 杭州310005)

1 概 述

對于浙江東南沿海軟土地區(qū)的建設(shè)項目，工程樁的設(shè)計有效長度往往超過40 m。在新的《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ 106—2014)》正式實施之前，大多數(shù)建設(shè)項目的工程樁樁身都沒有預(yù)埋聲波測試管，樁身完整性判別只能依靠樁基檢測單位的低應(yīng)變檢測報告。而由于各種各樣的原因，樁基檢測單位基本不出具某些樁為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁的檢測結(jié)論。因此，這種檢測報告雖然看上去很完美，但這顯然不符合軟土地區(qū)樁基施工時，樁身混凝土施工質(zhì)量的隨機(jī)分布規(guī)律。如何正確地閱讀基樁低應(yīng)變檢測報告，準(zhǔn)確地判斷樁身完整性類別，逐漸成為設(shè)計人員保證工程得以順利、可靠實施的重要環(huán)節(jié)。

2 工程概況

本案例涉及工程為溫州市蒼南縣龍崗鎮(zhèn)松濤路地塊農(nóng)房改造集聚小區(qū)獨立地下汽車庫，建筑面積21706 m2，層高4.0 m，主要用作汽車庫及設(shè)備用房，為單層地下建筑。地下汽車庫底板板面標(biāo)高為-5.500 m，頂板板面標(biāo)高為-1.500 m，上覆1.2 m厚種植土。

采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下獨立承臺，樁型選用Φ700 泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。樁編號為ZKZ-D700 -70.0 -35.0(A2)-35.0(S154)-C25［1］，樁 身 上 部35 m 配10Φ16，下 部35 m 配6Φ16，Φ8@250，設(shè)計有效樁長70 m。單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=1600 kN，單樁豎向抗拔承載力特征值R'a=400 kN。樁端進(jìn)入持力層(④3號圓礫層)深度≥1.5 m，施工時以樁長控制為主，總樁數(shù)為609 根。

根據(jù)浙江山川有色勘察設(shè)計有限公司提供的《龍港鎮(zhèn)松濤路地塊農(nóng)房改造集聚小區(qū)巖土工程勘察報告》，地基自上而下分布見表1。

本場地地形較平坦，勘察期間測得鉆孔內(nèi)地下水初見水位在地表以下0.90～1.30 m，穩(wěn)定水位在地表以下0.30～0.80 m，本地區(qū)地下水水位常年變幅較小，一般小于2.0 m，地下室抗浮設(shè)計水位取為設(shè)計室外地坪標(biāo)高。

表1 各土層主要物理力學(xué)參數(shù)

2012年9月29 日開始打工程樁試樁，試樁時采用正循環(huán)鉆進(jìn)成孔，反循環(huán)清孔。選用膨潤土制備泥漿，泥漿相對密度為1.15?？卓谠O(shè)置6 mm厚、1.50 m 高鋼板護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)徑為800 mm。當(dāng)根據(jù)地質(zhì)報告勘探剖面明確鉆頭進(jìn)入④3號圓礫層后，繼續(xù)下鉆，直到確保鉆頭進(jìn)入持力層深度≥1.5 m;并記錄最后300 mm 的鉆進(jìn)深度中，每鉆進(jìn)100 mm 所需時間，以此作為施工時貫入度控制參考標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋籠吊裝完畢后，安置導(dǎo)管二次清孔。待各項指標(biāo)檢查合格后，立即澆灌樁身商品混凝土。樁身商品混凝土坍落度約為240 mm，充盈系數(shù)為1.20。上述參數(shù)均作為施工時控制標(biāo)準(zhǔn)，試樁情況良好。

2013年11 月采用堆載法進(jìn)行基樁靜載荷試驗，樁身承載力符合規(guī)范及設(shè)計要求。2013年12月4日進(jìn)行局部基坑驗槽。2014年3月分批進(jìn)行樁位偏差驗收，施工單位提供了樁位偏差記錄數(shù)據(jù)和基樁低應(yīng)變檢測簡報。低應(yīng)變檢測采用反射波法，設(shè)備為武漢巖土力學(xué)研究所制造的FDP 204PDA 掌上動測儀，傳感器為加速度傳感器。從各批次低應(yīng)變檢測簡報的結(jié)論來看，所有工程樁均為Ⅰ類或Ⅱ類樁，符合規(guī)范及設(shè)計要求，結(jié)論顯示樁基工程施工質(zhì)量非常完美。

3 理論簡述

根據(jù)一維彈性桿的波動理論，桿件的阻抗變化與桿件的截面尺寸、質(zhì)量密度、彈性模量等因素或某一因素變化有關(guān)。阻抗變化處的力(F)、速度(V)幅值與阻抗差值成正比，即桿件阻抗變化越大，反射波的信號就越強(qiáng)［2］。示意簡圖見圖1(角標(biāo)I、R、T分別示意入射、反射和透射)。

圖1 波在自由樁中的傳播

根據(jù)文獻(xiàn)［2］介紹，采用特征線波動方程分析計算軟件，同時考慮土的阻尼和彈性階段土的阻力共同作用，計算一些比較典型的實例，得出的波形見圖2。

通常講，樁身完整性缺陷有位置、類型和程度三個指標(biāo)，而缺陷程度對樁身完整性分類是最重要的。低應(yīng)變動測法不能判斷樁身缺陷的具體類型，也不能對樁身缺陷程度作出準(zhǔn)確的定量判斷［3］;但是，該方法能對樁身缺陷程度作出基本的定性判斷(如判斷缺陷程度為輕微、中等或嚴(yán)重)，具有較高的可信度和參考價值。

圖2 不同樁身阻抗變化時樁頂波速響應(yīng)波形

4 工程實例分析

基于上述理論，筆者仔細(xì)查閱了基樁低應(yīng)變檢測簡報，發(fā)現(xiàn)有一部分被判定為Ⅱ類樁的樁身低應(yīng)變實測信號曲線與《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ 106—2014)》［4］提供的完整樁典型時域信號特征曲線有較大區(qū)別。考慮到樁頂以下3.0 m 范圍內(nèi)的樁側(cè)土體便于人工開挖驗證，筆者挑選出低應(yīng)變實測信號曲線上(2L/c 時刻之前)反射波信號比較強(qiáng)的dxs-25#工程樁，初步判定該樁的樁身距離樁頂以下3.0 m 范圍內(nèi)可能有較大缺陷。具體分析過程如下:

dxs-25#樁初始低應(yīng)變實測信號曲線見圖4。筆者就該條信號曲線提出兩點疑問:(1)dxs-25#樁的實測信號曲線沒有反映樁底反射波，但檢測報告中只字未提;(2)dxs-25#樁在距離樁頂約2.1、6.7、16.0 m(圖4 中較長虛線所示)部位，存在三處較強(qiáng)的與入射波同相位的反射波。說明在上述部位，樁身混凝土離析情況可能比較嚴(yán)重［2］，甚至已經(jīng)產(chǎn)生了較大的水平裂縫［2］。這些缺陷會較大程度地削弱樁身抗壓，特別是抗拔承載力，建議加固處理。而檢測報告中僅描述為“dxs -25#樁在距離樁頂約2.1 m處有輕微缺陷”，將這根樁判定為Ⅱ類樁，很可能漏判該樁為Ⅲ類樁。

針對筆者提出的疑問，五方責(zé)任主體單位于2014年3月底在現(xiàn)場召開了協(xié)調(diào)論證會。

圖4 dxs-25#樁時域信號曲線

針對筆者提出的第一點疑問，大家基本上達(dá)成了共識。因為對于處在軟土地區(qū)的長樁，由于樁周土和樁身阻抗的變化以及檢測設(shè)備激振能量損耗等原因，低應(yīng)變實測信號曲線基本上不能反映樁底反射波［3］。但是對于第二點疑問及建議，施工單位有較大的抵觸情緒。他們認(rèn)為不同檢測設(shè)備之間的差別以及檢測設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，可能造成上述假象;但是，樁身質(zhì)量是較好的，故不愿意對Ⅱ類樁進(jìn)行加固處理。為了做到對癥下藥，以理服人，筆者提出根據(jù)現(xiàn)場施工條件的便利程度，由施工單位分別采用二次低應(yīng)變復(fù)測、上部樁側(cè)土體開挖、上部樁身鉆芯取樣三種方式，對dxs-25#樁進(jìn)行驗證。

dxs-25#樁二次低應(yīng)變復(fù)測樁身信號曲線見圖5。

圖5 dxs-25%樁復(fù)測時域信號曲線

從復(fù)測信號曲線上看，dxs -25#樁在距離樁頂附近部位出現(xiàn)低頻、大振幅、大擺動波形，說明該樁身混凝土在樁頂附近已經(jīng)嚴(yán)重離析［2］;復(fù)測結(jié)果仍然不能很好地滿足Ⅱ類樁的要求，建議進(jìn)行加固處理。

對dxs-25#樁再進(jìn)行樁身上部淺層(≤3.0 m)開挖驗證，見圖6、圖7。

圖6 dxs-25#樁側(cè)開挖深度復(fù)核

圖7 dxs-25#樁側(cè)開挖全貌

現(xiàn)場開挖后顯示，dxs-25#樁頂附近混凝土明顯離析，采用ZC3 -A 數(shù)顯回彈儀測得樁側(cè)混凝土強(qiáng)度僅為C13～C19(僅作為現(xiàn)場參考，未出具正式報告)?；炷帘砻娑嗵幨杷?、蜂窩、麻面。樁身水平箍筋斷裂，縱向鋼筋籠嚴(yán)重偏位。部分縱向鋼筋保護(hù)層厚度已接近于零，而部分縱向鋼筋保護(hù)層厚度已大于250 mm。開挖情況與筆者根據(jù)實測信號曲線作出的判斷基本一致，樁身完整性不符合Ⅱ類樁的判定標(biāo)準(zhǔn)［3］，建議對樁身進(jìn)行加固處理。

最后對dxs-25#樁進(jìn)行樁身上部淺層(≤3.0 m)鉆芯取樣，照片見圖8。

圖8 dxs-25#樁上部淺層芯樣

dxs-25#樁的鉆芯結(jié)果(僅作為現(xiàn)場參考，未出具正式報告)顯示，在距離樁頂約1.2～1.8 m 范圍內(nèi)樁身混凝土嚴(yán)重離析，局部混凝土芯樣破碎，芯樣破碎段長度明顯小于100 mm，混凝土質(zhì)量疏松、膠結(jié)不良。雖然低應(yīng)變檢測報告描述的樁身缺陷部位(樁頂以下2.1～2.4 m)與現(xiàn)場鉆芯取樣結(jié)果有差別，但是在樁身缺陷程度的定性判別上，數(shù)據(jù)和實物對樁身缺陷程度的反映是基本一致的。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ 106—2014)》［4］的規(guī)定，該樁應(yīng)至少判Ⅲ類樁。

5 加固措施

當(dāng)樁身在距離樁頂3.0 m 范圍以外存在質(zhì)量缺陷時，考慮到其樁頂附近的樁身抗壓承載力基本滿足，而缺陷部位的樁身抗拔承載力要求已隨深度增加而明顯降低，為封閉樁身可能存在的裂縫，提高工程樁的耐久性，筆者建議對此類樁采取樁側(cè)土體注漿加固的處理措施。

至此，五方責(zé)任主體單位均同意筆者提出的建議，對樁身質(zhì)量有明顯缺陷的工程樁進(jìn)行加固處理。具體的加固措施如下:

(1)對距離樁頂3.0 m 范圍以內(nèi)，樁身實測信號曲線存在明顯缺陷的樁(共14 根，具體樁號略)，樁側(cè)土體進(jìn)行人工開挖，鑿除有缺陷部位的樁身混凝土，對樁身鑿除區(qū)域采用C30 細(xì)石混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理;對樁側(cè)人工開挖土體采用C25 細(xì)石混凝土灌實。

(2)對距離樁頂3.0 m 范圍以外，樁身實測信號曲線存在明顯缺陷的樁(共22 根，具體樁號略)，首先對距離樁頂3.0 m 范圍以內(nèi)樁側(cè)土體(樁側(cè)外約1 倍樁身直徑范圍)進(jìn)行人工開挖，同時預(yù)埋注漿管;然后采用C25 細(xì)石混凝土對樁側(cè)人工開挖土體進(jìn)行回填灌實。最后對缺陷區(qū)域樁周土(樁側(cè)外1 倍樁身直徑范圍，深度為實測信號曲線顯示的缺陷部位上、下各2.0 m)采用水泥漿注漿加固處理，每根注漿管水泥注入量約400 kg。

具體的開挖灌實和注漿加固工作從2014年4月開始，到2014年7月全部結(jié)束。2014年9月18日進(jìn)行第一次中間結(jié)構(gòu)驗收。此時地下汽車庫頂板已基本完成覆土并作為施工材料堆場使用，驗收情況良好。2015年5月該工程進(jìn)行施工后澆帶封閉施工，當(dāng)時建筑物最大沉降量為6 mm，最小沉降量為3 mm。迄今為止，該建筑物整體沉降均勻，沉降速率基本平穩(wěn)。地下汽車庫使用情況良好，頂板、側(cè)壁及底板均未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。說明樁基加固措施取得了預(yù)期的效果。

6 結(jié) 語

對于屬隱蔽工程的鉆孔灌注樁樁身完整性判別，設(shè)計人員不能僅僅基于樁基檢測單位的結(jié)論，就簡單地認(rèn)為工程樁樁身施工質(zhì)量良好，萬無一失。而是應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告，認(rèn)真分析基樁低應(yīng)變實測信號曲線。首先判斷樁底反射波是否存在，并從設(shè)計樁長是否過長、樁尺寸效應(yīng)是否過大、樁端持力土層阻抗與樁身混凝土強(qiáng)度的匹配性等方面，分析不存在樁底反射波的具體原因;其次，要查明樁長范圍內(nèi)是否有明顯的，由于樁身阻抗不同而造成的同相反射波，并分析該同相反射波是否是由于設(shè)計樁徑的變化、樁施工時產(chǎn)生縮頸、夾泥或裂縫等原因造成。必要時還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件，采用二次復(fù)測、現(xiàn)場開挖、鉆芯取樣等方法進(jìn)行擴(kuò)大驗證［5-6］。

［1]杭州市城建設(shè)計研究院有限公司.浙江省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖集鉆孔灌注樁2004 浙G23［S］.杭州:浙江省標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計站，2004.

［2]劉興祿，劉瑱.樁基工程與動側(cè)技術(shù)500 問［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［3]陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)［M］. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4]中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 106—2014 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，2014.

［5]中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［6]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.