樁周水泥土對(duì)靜鉆根植樁低應(yīng)變檢測影響研究

張升茂

(中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程有限公司 上海 200070)

1 前言

靜鉆根植樁的核心受力部件為組合使用的預(yù)制樁，包括靜鉆根植先張法預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁(PHDC樁)、復(fù)合配筋先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PRHC樁)、先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)。施工時(shí)預(yù)先鉆孔、擴(kuò)底，并在樁端、樁周注漿，再植入組合樁，對(duì)樁身無損傷，且樁與樁連接采用預(yù)埋孔工藝進(jìn)行預(yù)拼接，保證了樁接頭質(zhì)量，樁身完整性可得到良好控制[1-2]。

低應(yīng)變反射波法檢測樁身完整性已應(yīng)用多年，國內(nèi)外許多專家對(duì)基樁完整性檢測技術(shù)做了大量研究，并取得較為成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[3-4]。在實(shí)際工程樁測試中，根據(jù)測得的反射曲線信號(hào)，利用反射波能量初至、相位和頻率特征，來判別樁身質(zhì)量。目前在實(shí)際檢測中，會(huì)遇到各種復(fù)雜情況，如果僅僅從曲線形態(tài)上判斷，有時(shí)難以判別樁身缺陷，如擠擴(kuò)支盤樁、水泥土復(fù)合管樁在檢測時(shí)受樁徑變化、水泥土影響等，容易對(duì)缺陷造成誤判現(xiàn)象[5]，因此應(yīng)結(jié)合不同樁型的施工工藝和地質(zhì)條件綜合分析判斷。對(duì)于樁身不同類型的缺陷，低應(yīng)變測試信號(hào)中主要反映出樁身阻抗減小的信息，缺陷性質(zhì)往往較難區(qū)分[6-7]。對(duì)缺陷類型及產(chǎn)生的原因進(jìn)行判定，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)、施工情況綜合分析，或采取其它輔助方法綜合判定。

本文主要針對(duì)靜鉆根植樁工程檢測中遇到的問題，通過足尺模型試驗(yàn)以及現(xiàn)場檢測、開挖驗(yàn)證試驗(yàn)[8]，對(duì)樁周水泥土以及竹節(jié)樁的影響進(jìn)行研究和分析。

2 足尺模型試驗(yàn)

為了確認(rèn)完整竹節(jié)樁的竹節(jié)對(duì)低應(yīng)變信號(hào)的影響，以及靜鉆根植樁的樁周水泥土對(duì)缺陷樁的低應(yīng)變信號(hào)的影響，采用足尺模型試驗(yàn)的方法，通過沉樁前至沉樁后一定齡期時(shí)低應(yīng)變曲線的變化，分析其影響的程度。

2.1 完整竹節(jié)樁模型試驗(yàn)

試驗(yàn)樁為6根竹節(jié)樁，所有試驗(yàn)樁均經(jīng)確認(rèn)樁身完整、無裂縫，型號(hào)為 PHDC650-500(100)AB-6C80，單節(jié)樁長為6 m，采用靜鉆根植法施工。沉樁前對(duì)樁進(jìn)行一次低應(yīng)變檢測并采集信號(hào)，沉樁后立即采集一次低應(yīng)變信號(hào)，以后每日測試一次直至第28 d。以其中一枚樁的低應(yīng)變曲線為例進(jìn)行分析，如圖1所示。

從低應(yīng)變曲線圖隨時(shí)間變化過程可知，竹節(jié)樁處于自由狀態(tài)時(shí)，低應(yīng)變曲線呈現(xiàn)有規(guī)律的擴(kuò)縮徑現(xiàn)象，符合樁身結(jié)構(gòu)特性。沉樁前和沉樁到標(biāo)高后曲線有較明顯的竹節(jié)反射，沉樁后1 d開始無明顯竹節(jié)反射，曲線同沉樁后相比變化較大，以后總體形態(tài)一致但波形幅值變小；14 d后趨于穩(wěn)定，沉樁后波形曲線均表現(xiàn)為擴(kuò)徑后縮頸的現(xiàn)象。

因樁身在施工前已確認(rèn)為完整，沉樁時(shí)依靠自重沉入樁孔內(nèi)，施工過程對(duì)樁身無損傷，故可推斷曲線形態(tài)上有類似縮頸的現(xiàn)象為水泥土固化不均勻造成。具體原因?yàn)榫植克酀{未攪拌均勻，水泥含量高，水泥硬化后在樁周形成緊密附著于樁身的較高強(qiáng)度的塊體，導(dǎo)致該部位波阻抗顯著增強(qiáng)，在低應(yīng)變檢測曲線形態(tài)上，會(huì)表現(xiàn)出在該部位先擴(kuò)徑，后恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)出縮頸的現(xiàn)象[9-11]。此外，由曲線形態(tài)及其變化可知，水泥土不均勻性的影響大于竹節(jié)的影響，隨著水泥土強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)，竹節(jié)對(duì)波阻抗變化的影響減弱。

圖1 靜鉆根植法施工竹節(jié)樁低應(yīng)變跟蹤檢測曲線

2.2 有缺陷模型樁試驗(yàn)

為驗(yàn)證靜鉆根植樁在可能因外部因素影響而導(dǎo)致樁身缺陷時(shí)低應(yīng)變法檢測樁身完整性的適用性，對(duì)一枚8 m的PHC400 AB(95)進(jìn)行人為處理，使距離樁端1.4～2.5 m位置處樁身部分混凝土剝落。

用靜鉆根植樁工藝將該枚樁沉入地基土中，在沉樁后1 d、3 d對(duì)該枚樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測。低應(yīng)變曲線如圖2所示。

圖2 有缺陷樁低應(yīng)變跟蹤檢測曲線

通過以上低應(yīng)變檢測曲線可以看出，當(dāng)樁身存在較明顯缺陷時(shí)，采用靜鉆根植法施工后，低應(yīng)變曲線能夠準(zhǔn)確反映出人為制造的缺陷的位置，曲線形態(tài)上同樣表現(xiàn)為較明顯缺陷。說明靜鉆根植法施工基本不影響低應(yīng)變檢測時(shí)對(duì)存在缺陷樁的完整性判斷。

3 工程現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 工程現(xiàn)場跟蹤檢測試驗(yàn)

某工程項(xiàng)目為一地上20層、地下2層的高層建筑，位于浙江寧波沿海區(qū)域，采用靜鉆根植樁基礎(chǔ)。在施工過程中對(duì)部分樁體進(jìn)行了跟蹤檢測。根據(jù)檢測樁體所在區(qū)域的鉆孔資料，得到該樁所在斷面的土層分布情況，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測樁區(qū)域土層分布

該次檢測基樁為304＃樁，樁長為36 m，檢測波形如圖4所示。

圖4 304＃樁低應(yīng)變連續(xù)監(jiān)測曲線

由上述波形可知，該枚靜鉆根植樁樁身完整性良好，為I類樁。說明在正常施工條件下，保證好水泥土的均勻性后，靜鉆根植樁的低應(yīng)變曲線形態(tài)與傳統(tǒng)樁型完整樁一致。為了更直觀地觀察較深部位反射波的情況，以上圖形為經(jīng)過數(shù)據(jù)的指數(shù)放大處理后的效果。從連續(xù)地檢測可知，隨著時(shí)間的推移，反射波的波幅整體趨勢(shì)上有較明顯減小。表明水泥土固化后，與樁身連結(jié)完好，并且樁周介質(zhì)(水泥土)剛度逐漸增大，逐漸趨向于均一，且對(duì)波的阻尼逐漸增大。主要原理為樁周介質(zhì)的剛度增大，導(dǎo)致樁土剛度比降低，從而使得反射波更容易傳播到土體中，反射回來被儀器所接收的波的能量減?。欢匾氖撬嗤恋墓袒沟闷鋵?duì)波的阻尼增大，同樣使得波的能量減小，波能量的減小直觀地顯示即為波的幅值減小[12]。

3.2 水泥土清除前后對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)該項(xiàng)目3根靜鉆根植樁設(shè)計(jì)試樁(S5、S6、S7)進(jìn)行低應(yīng)變檢測?？倶堕L53 m，從上到下第1～3節(jié)為PHC管樁(共38 m)，第4節(jié)為PHDC竹節(jié)樁(15 m)。

第一次低應(yīng)變檢測時(shí)S5的檢測曲線在5 m左右位置出現(xiàn)明顯先擴(kuò)徑后縮徑的變化，其余2枚樁曲線形態(tài)正常，按常規(guī)判定方法均可判為Ⅰ類樁，在此不再贅述。

根據(jù)靜鉆根植樁施工技術(shù)的特點(diǎn)，初步分析試樁S5低應(yīng)變檢測曲線在5 m左右位置出現(xiàn)的先擴(kuò)徑后縮徑現(xiàn)象系由于水泥土的不均勻分布影響造成，并對(duì)該試樁進(jìn)行了開挖確認(rèn)。設(shè)計(jì)試樁S5初測曲線如圖5所示。

圖5 S5樁初測低應(yīng)變曲線

為了驗(yàn)證水泥土局部分布不均勻性對(duì)靜鉆根植樁低應(yīng)變檢測結(jié)果的影響，對(duì)S5進(jìn)行了開挖，現(xiàn)場開挖后發(fā)現(xiàn)樁頂以下4～5 m處水泥土分布不均勻，局部水泥土強(qiáng)度遠(yuǎn)高于周邊水泥土及土體的強(qiáng)度，形成緊密附著在樁身的水泥土塊。將該部位堅(jiān)硬的水泥土清除后再次進(jìn)行低應(yīng)變檢測，曲線發(fā)生變化。

清除開挖范圍內(nèi)樁周堅(jiān)硬的水泥土塊后，S5樁經(jīng)某檢測單位進(jìn)行了低應(yīng)變復(fù)測，檢測結(jié)果表明樁身質(zhì)量完整，為Ⅰ類樁。檢測報(bào)告提供的實(shí)測曲線如圖6所示。

圖6 檢測單位出具的S5樁低應(yīng)變曲線

從現(xiàn)場確認(rèn)結(jié)果可知，樁身內(nèi)外局部水泥土的相對(duì)不均勻性對(duì)靜鉆根植樁低應(yīng)變檢測結(jié)果具有一定的影響，沿樁身方向局部水泥土波阻抗會(huì)發(fā)生變化，在曲線上表現(xiàn)為擴(kuò)徑、縮頸現(xiàn)象，對(duì)樁身完整性檢測結(jié)果容易產(chǎn)生干擾和誤判。對(duì)于上述情況，應(yīng)結(jié)合靜鉆根植樁施工工藝的特殊性進(jìn)行分析和判斷。

3.3 高應(yīng)變現(xiàn)場驗(yàn)證試驗(yàn)

為了對(duì)靜鉆根植樁樁身完整性做進(jìn)一步的探討，針對(duì)具有淺部震蕩波特點(diǎn)的低應(yīng)變曲線的樁進(jìn)行了高應(yīng)變測試，檢測錘重為2 t，驗(yàn)證樁身完整性情況。在做高應(yīng)變測試時(shí)，樁已經(jīng)開挖至樁頂下1.5 m左右，淺部樁身完整性良好。

圖7曲線形態(tài)呈低頻振蕩現(xiàn)象，對(duì)完整性判斷造成一定的干擾。本試驗(yàn)通過高應(yīng)變方法對(duì)該枚樁的完整性進(jìn)行檢測和驗(yàn)證。高應(yīng)變檢測曲線如圖8所示。

圖7 某工程樁低應(yīng)變曲線

圖8 某工程樁高應(yīng)變檢測曲線

由高應(yīng)變曲線可知，該枚靜鉆根植樁樁身完整性良好。通過低應(yīng)變和高應(yīng)變測試曲線對(duì)比可知，靜鉆根植樁的水泥土對(duì)低應(yīng)變測試有一定影響。高應(yīng)變由于能量較大，水泥土對(duì)波形的影響有所降低，驗(yàn)證了具有低頻振蕩波曲線的樁身完整性良好。

4 結(jié)束語

考慮到靜鉆根植樁所采用的預(yù)制樁身的質(zhì)量穩(wěn)定性以及施工過程中對(duì)樁身的無損性，在靜鉆根植樁低應(yīng)變檢測過程中出現(xiàn)曲線較復(fù)雜的情況應(yīng)考慮為樁周水泥土的影響并慎重判定。結(jié)合模型試驗(yàn)以及現(xiàn)場檢測、開挖等試驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下結(jié)論:

(1)靜鉆根植樁樁周水泥土的均勻與否在一定程度上影響了低應(yīng)變曲線的形態(tài)。

(2)由于樁身竹節(jié)長度較短，加上樁周水泥土和土的衰減作用，深部竹節(jié)所導(dǎo)致的波反射較弱，對(duì)低應(yīng)變曲線形態(tài)的影響一般較??；且隨著水泥土強(qiáng)度的提高，竹節(jié)對(duì)低應(yīng)變曲線形態(tài)的影響亦逐漸減小。因此竹節(jié)樁的存在對(duì)靜鉆根植樁低應(yīng)變曲線的判斷影響較小，這種影響可以忽略。

(3)樁身內(nèi)外局部水泥土的相對(duì)不均勻性會(huì)在低應(yīng)變測試曲線上產(chǎn)生異常反射，往往會(huì)先出現(xiàn)反向反射緊接著出現(xiàn)低幅值同向反射，此時(shí)樁身完整，可判定為Ⅰ類樁。