人工挖孔樁缺陷分析及加固效果探討

■賴 新

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心站，福州 350004）

0 引言

低應(yīng)變反射波法和聲波透射法這兩種檢測(cè)方法是樁基檢測(cè)中常用的檢測(cè)方法，從低應(yīng)變法檢測(cè)波形能夠宏觀地掌握樁基的整體情況，并且能夠大致反映缺陷所在位置，但是對(duì)缺陷具體范圍，缺陷程度則反映不夠；而聲波透射法正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，針對(duì)不同的檢測(cè)剖面，定量分析多種聲波參數(shù)，并給出確切范圍，為缺陷處理工作提供了一手資料。同時(shí)，不同檢測(cè)手段在結(jié)果上相互應(yīng)證，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。本文提出將這兩種方法綜合運(yùn)用的綜合檢測(cè)方法，并再輔以鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證，旨在提高缺陷的判別效率，增強(qiáng)檢測(cè)結(jié)果的可信度。

本文還對(duì)樁基中部缺陷加固處理方法進(jìn)行探討。樁基中部缺陷不像樁基頂部缺陷那樣比較好處理，一般情況下，樁基中部缺陷會(huì)出現(xiàn)斷樁、離析等現(xiàn)象，其補(bǔ)救和處理要依據(jù)缺陷的程度來定，缺陷程度小的，可以采用注漿方法處理；缺陷程度大的，需要注漿兩米以上的缺陷樁基，一般是廢棄處理，拔去缺陷樁，在原來的位置重新沖孔，插入鋼筋籠，澆筑混凝土，這叫做原位復(fù)樁，這種處理方法比較徹底，雖然難度大、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，但是效果很好。除此方法之外，如果中部缺陷樁還有補(bǔ)救的可能，還可以采用缺陷樁外側(cè)鑿井法，即在缺陷樁外側(cè)鑿一輔助孔，直徑不少于80cm，深度一定要超過缺陷部位，然后再橫向開挖，并采用風(fēng)鎬鑿除樁身離析部位，最后再壓入高強(qiáng)度水泥漿。

1 工程施工概況

某橋梁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁設(shè)計(jì)，樁基編號(hào)3-1#樁，施工樁長(zhǎng)19.80m，直徑2.Om，設(shè)計(jì)C30混凝土端承樁，設(shè)計(jì)持力層為中風(fēng)化灰?guī)r，灌注方法采用干灌工藝。

樁位地層巖性條件：3-1樁基地質(zhì)構(gòu)造①表層1m深灰黃色粉質(zhì)粘土→②12.0m深灰褐色碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖→③10.9m深青灰色中風(fēng)化變粒巖。

樁位水文地質(zhì)條件：樁位地表水主要是中部小溪溝水，水量自北向南橫穿橋址，水流量季節(jié)性變化大；樁位地下水主要為基巖風(fēng)化層裂隙水，即碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖段和中風(fēng)化變粒巖過渡段孔隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

2 缺陷樁檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)低應(yīng)變反射法檢測(cè)的波形圖進(jìn)行分析，圖1中波速取值為4000m/s，波形整體較規(guī)整，但是激振后應(yīng)力波在距樁頂13m附近位置出現(xiàn)上界面反射波與初始入射波相位同相，而下界面反射波與入射波反相特征，整體波速降低，推測(cè)該處可能存在離析現(xiàn)象。

為確定缺陷情況，對(duì)該樁結(jié)合聲波透射法檢測(cè)。超聲透射法檢測(cè)的聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D詳見表1。

表 1 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D

圖1 3-1樁基低應(yīng)變反射波法波形圖

對(duì)該樁超聲透射法檢測(cè)的波形圖（聲速、波幅、PSD曲線圖和波列圖）進(jìn)行分析，采用了聲速判定，波幅判定和PSD判定三種判別方法對(duì)樁存在的缺陷進(jìn)行了定量分析。圖2中豎實(shí)線即為波速、波幅臨界值，低于聲速臨界值的部分且波幅值小于臨界值并且波動(dòng)很大，說明聲能在此處衰減較快，該處混凝整體質(zhì)量較差。即可判定為可疑缺陷區(qū)。再對(duì)PSD曲線圖進(jìn)行分析，同樣在深度處，PSD參數(shù)值明顯高于其他各處，即該處存在缺陷的可能性極大。從圖2中發(fā)現(xiàn)6個(gè)剖面在12.2m～13.2m范圍內(nèi)聲速值及波幅值均小于臨界值，且該范圍內(nèi)的PSD參數(shù)值明顯高于其他各處，因此該樁12.2m～13.2m范圍內(nèi)樁身混凝土存在局部嚴(yán)重缺陷。

由圖3超聲透射法檢測(cè)的波列圖可見，在該樁受檢的6個(gè)剖面，均顯示在該深度處接收波形缺失嚴(yán)重，多個(gè)采樣點(diǎn)無明顯波形?？赏浦撋疃忍幓炷琳w質(zhì)量較差，存在離析或空洞等不密實(shí)的情況。

圖2 3-1樁基超聲透射法聲速、波幅、PSD曲線圖

圖3 3-1樁基超聲透射法缺陷部分的波列圖

為深入了解和切實(shí)掌握此部位的具體缺陷情況，參照超聲波檢測(cè)和低應(yīng)變檢測(cè)的波形圖，對(duì)缺陷部位采取鉆孔取芯取樣，均布3個(gè)鉆孔點(diǎn)，采用金剛石鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆孔直徑=100mm，鉆孔深度為樁頂以下20.56m。芯樣結(jié)果顯示該樁在12.4m～13.0m范圍內(nèi)混凝土局部嚴(yán)重離析，水泥漿少，芯樣破碎。取芯圖見圖4。

由于此工程時(shí)間緊，任務(wù)重，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)四方確認(rèn)，建議對(duì)該樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

3 樁基缺陷原因分析

為查找3-1樁基缺陷原因，業(yè)主方、施工方及監(jiān)理方從對(duì)樁基的缺陷位置、地質(zhì)、鉆孔成孔狀況及當(dāng)時(shí)施工原始記錄加以認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)下面3個(gè)方面的原因?qū)е铝嗽撏诳讟兜幕炷岭x析事故：①混凝土下料口在澆灌的時(shí)候與澆筑面之間具有太遠(yuǎn)的距離，這樣就很容易導(dǎo)致骨料與砂漿離析，同時(shí)如果沒有很好的振搗樁身混凝土，容易導(dǎo)致離析問題。②施工過程當(dāng)時(shí)為雨季且在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，裂隙等構(gòu)造形跡暴露無遺，土體透水性不均，在澆筑距樁頂12.4m附近時(shí)因風(fēng)化層裂隙水滲水較大，導(dǎo)致樁基12.4m～13.0m范圍內(nèi)樁身混凝土局部嚴(yán)重離析。③施工單位忽視了人工挖孔樁的施工質(zhì)量，沒有充分地認(rèn)識(shí)到混凝土澆筑在具有較高地下水位情況下的施工技術(shù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)沒有具備豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，或者對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行片面追求等都是造成離析事故的重要原因。

圖4 3-1樁基檢測(cè)后驗(yàn)證取芯圖

4 缺陷加固處理方案確定

3-1樁基缺陷加固處理方案經(jīng)確認(rèn)，方案設(shè)計(jì)施工圖見圖5，具體加固處理過程為:①在原樁位外側(cè)1m附近人工開挖一直徑1.5m的輔助孔，挖至離析部位向下40cm，再橫向開挖接近處理樁后采用風(fēng)鎬鑿除樁頂下12.4m～13.0m范圍離析的混凝土 （取12.0m～13.4m范圍，確保離析混凝土能全部鑿除。）②混凝土雜物經(jīng)輔助孔運(yùn)至樁外，徹底鑿除清理完殘?jiān)箜?xiàng)目部橋梁工程師下井驗(yàn)收，查看聲測(cè)管是否完好、鋼筋是否采用幫條焊焊牢、螺旋筋按設(shè)計(jì)加密區(qū)加密、樁頭部位清理干凈。③驗(yàn)收合格后采用經(jīng)監(jiān)理批復(fù)的M50水泥漿從底向上埋管壓漿，壓漿泵采用UB3C型灰漿泵，漿液終止高度高于離析頂面40cm，以保證離析部位的漿液持續(xù)壓力在0.3～0.4MPa。先將高強(qiáng)度的水泥漿液灌注到樁身較大的空隙中，填充空隙，改善樁體的整體性，然后利用EEA環(huán)氧樹脂漿液的高滲透性充填細(xì)小孔隙，從而使基樁的整體強(qiáng)度得到提高,在此加固過程中應(yīng)嚴(yán)格控制好壓漿質(zhì)量及漿液配比。④壓漿完14d后再進(jìn)行樁基檢測(cè)，樁檢合格后才能主體下道工序施工。

圖5 3-1樁基加固處理方案設(shè)計(jì)施工圖

5 缺陷樁加固效果分析

在上述加固處理工作完成14日之后，對(duì)該樁進(jìn)行了復(fù)檢，通過比對(duì)加固前后反射波信號(hào)的曲線，能直觀地看出加固后反射波信號(hào)的變化，分析缺陷的特征是否發(fā)生了改變，并與完整樁的反射波信號(hào)的曲線進(jìn)行比對(duì)，并用鉆芯法對(duì)該樁的加固效果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，從而達(dá)到檢測(cè)加固效果的目的。

對(duì)加固后低應(yīng)變反射法檢測(cè)的波形圖圖6進(jìn)行分析，原缺陷波形為距樁頂13m附近樁身反射信號(hào)出現(xiàn)明顯的同相反射波特征，加固后原缺陷部位無同相反射波出現(xiàn)，且加固后樁端反射信號(hào)出現(xiàn)明顯的反相反射波特征，反射波的波形正常，則加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。

加固后超聲透射法檢測(cè)的聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D見表 2，對(duì)加固前后的超聲透射法檢測(cè)的波形圖（曲線圖和波列圖）進(jìn)行比對(duì)分析，從圖7中發(fā)現(xiàn)加固后的超聲透射法檢測(cè)的6個(gè)剖面的曲線圖，樁身波形完整，曲線光滑，無明顯毛刺、突起等，原缺陷部分的聲速值、波幅值現(xiàn)均大于臨界值，且PSD參數(shù)值沒有出現(xiàn)突變。圖8加固后波列圖中的原缺陷部分的波形現(xiàn)與正常波圖形相符。從超聲透射法檢測(cè)的數(shù)據(jù)來看，加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。

表2 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D

為了進(jìn)一步驗(yàn)證缺陷樁的加固效果，對(duì)該樁進(jìn)行鉆芯法輔助驗(yàn)證。芯樣結(jié)果顯示原缺陷12.4m～13.0m范圍內(nèi)樁身混凝土連續(xù)、完整、膠結(jié)較好、骨料分布基本均勻、呈柱狀、斷口基本吻合，則加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。3-1樁基加固后驗(yàn)證取芯圖見圖9。

圖6 3-1樁基加固后低應(yīng)變反射法波形圖

圖7 3-1樁基加固后超聲透射法聲速、波幅、PSD曲線圖

圖8 3-1樁基加固后超聲透射法波列圖

圖9 3-1樁基加固后驗(yàn)證取芯圖

6 結(jié)語

將低應(yīng)變反射波法和聲波透射法綜合運(yùn)用的綜合檢測(cè)方法，并再輔以鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證，能準(zhǔn)確判斷出缺陷具體范圍及缺陷程度，提高缺陷的判別效率，增強(qiáng)檢測(cè)結(jié)果的可信度。

根據(jù)以上檢測(cè)方法對(duì)該缺陷樁加固效果進(jìn)行驗(yàn)證，判定加固后的3-1樁基為Ⅱ類樁，補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。按此方案處理缺陷樁的施工實(shí)踐，為處理樁身存在較大范圍質(zhì)量缺陷提供了一些成功的經(jīng)驗(yàn)：

⑴樁基礎(chǔ)由于設(shè)計(jì)承載力大，缺陷處理更應(yīng)格外慎重，需綜合考慮多方面因素，綜合比選后再最終確定；

⑵對(duì)樁身混凝土局部嚴(yán)重離析缺陷的樁基，采用缺陷樁外側(cè)鑿井再橫向開挖接近樁缺陷部位后采用風(fēng)鎬鑿除離析混凝土，最后再壓漿的補(bǔ)強(qiáng)加固法進(jìn)行加固處理，在保證工程質(zhì)量的前提下，確保了工程進(jìn)度。避免了經(jīng)濟(jì)上過多的損失，大大降低了處理成本；

⑶通過對(duì)比反射波曲線及透射波波形的大小變化，條件許可時(shí)，輔以鉆芯法驗(yàn)證，檢驗(yàn)缺陷樁的加固效果，較單純的反射波法曲線比對(duì)方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。加固后，原缺陷在反射波曲線及透射波波形上無缺陷的波形反映，且聲速值在正常范圍時(shí)，可認(rèn)為加固效果良好。本橋樁基的加固方案具有施工簡(jiǎn)單、效果良好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，對(duì)橋梁樁基的同類病害處理具有一定的參考價(jià)值。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.JTG/TF81-01-2004,公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程.北京：人民交通出版社出版，2004.

[2]福建省地方標(biāo)準(zhǔn).DB35/T 1446-2014,福建省公路工程基樁鉆芯法檢測(cè)技術(shù)規(guī)程（第一版）.2014.12.

[3]胡新發(fā)，柳建新.嵌巖樁加固補(bǔ)強(qiáng)效果檢測(cè).湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)報(bào)）.

[4]鄭俊杰.地基處理技術(shù).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

[5]劉斌.樁基缺陷的成因及處理.建筑施工.