天津某項(xiàng)目長大樁檢測(cè)實(shí)例分析與探討

賀占海

（天津華北地質(zhì)勘查局，天津300170）

隨著我國工程建設(shè)的飛速發(fā)展和基建水平的快速提高，高層建筑與超高層建筑不斷涌現(xiàn)，大直徑樁和超長樁的使用越來越普遍，這對(duì)基樁檢測(cè)工作也提出了更高的要求。巖土工程檢測(cè)是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，肩負(fù)著隱蔽工程驗(yàn)收的關(guān)鍵任務(wù)，檢測(cè)工作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程建設(shè)的安全穩(wěn)定［1-3］。

基樁承載力與完整性檢測(cè)通常于樁基設(shè)計(jì)階段即規(guī)劃好檢測(cè)方法，在施工階段安放好檢測(cè)設(shè)施或解決好地基處理問題，以利于后續(xù)檢測(cè)工作的順利開展。大直徑超長樁因設(shè)計(jì)承載力大、樁身情況復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)工作要求較高，更應(yīng)遵循檢測(cè)與設(shè)計(jì)同步的原則。本文所述天津某項(xiàng)目公寓樓采用大直徑超長鉆孔灌注樁，同時(shí)采用樁端樁側(cè)復(fù)式注漿工藝。由于檢測(cè)工作介入較晚，忽視了基樁檢測(cè)的事前設(shè)計(jì)，致使長大樁檢測(cè)遇到棘手問題，可用檢測(cè)手段和現(xiàn)場(chǎng)條件有限，且在費(fèi)用被限定的情況下，如何順利開展工作、保質(zhì)保量完成檢測(cè)任務(wù)，面臨極大考驗(yàn)。

1 承載力檢測(cè)

采用長大樁基礎(chǔ)，主要為建筑承載能力與變形控制的需要［4-7］。根據(jù)加載反力裝置的不同，單樁承載力檢測(cè)試驗(yàn)方法一般分為錨樁法、堆載法、錨樁堆載聯(lián)合法、自平衡法等［8］。幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，錨樁法或錨樁堆載聯(lián)合法需要設(shè)計(jì)錨樁，如果不能用工程樁作錨樁就會(huì)有錨樁費(fèi)用問題；自平衡法雖然更適合大承載力的檢測(cè)，且對(duì)場(chǎng)地要求不高，但需要提前設(shè)計(jì)，施工中預(yù)埋荷載箱，試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行注漿處理；而堆載法壓重平臺(tái)作用于地基之上，當(dāng)試驗(yàn)荷載較大時(shí)，地基土通常需要加固處理才能滿足承重要求，且荷載越大壓重平臺(tái)的安全問題越突出［9-10］。

1.1 工程概況

本項(xiàng)目為天津市重點(diǎn)工程，總投資120 多億元，基坑平均開挖深度14 m，局部最大開挖深度＞18 m，地上最高建筑高度＞220 m。公寓樓設(shè)計(jì)樁徑1.0 m，試樁樁長（樁頂至地坪）＞90 m，屬長大樁，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值20320 kN。

抗壓靜載試驗(yàn)沒有適合的錨樁，也沒有設(shè)計(jì)自平衡法。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查勘，場(chǎng)地原有舊基礎(chǔ)因打樁施工進(jìn)行了翻槽，為節(jié)約成本減少外運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)堆放了多處翻出來的建筑垃圾。灌注樁施工后，場(chǎng)地雖然進(jìn)行了平整處理，但是地基承載力根本無法滿足堆載法試驗(yàn)的承重要求。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，壓重平臺(tái)提供的反力不得小于最大加載值的1.2 倍。如果平臺(tái)下單側(cè)支墩底面積按4 m×10 m 計(jì)算，那么作用于地基土的壓應(yīng)力＞330 kPa，假如采用換填墊層法對(duì)淺部地基進(jìn)行換填處理，換填深度按3 m 考慮，計(jì)算墊層下的附加壓力與土的自重壓力之和＞190 kPa，而該層土（可塑狀態(tài)的粘土、粉質(zhì)粘土）的地基承載力特征值經(jīng)深度修正后為125 kPa，無法滿足要求，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較大［11］。

1.2 地基處理

根據(jù)建設(shè)方要求，地基處理必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和場(chǎng)地條件，簡單易行、可操作性強(qiáng)，且不能大幅增加費(fèi)用。經(jīng)過與各方反復(fù)溝通，處理方法確定為換填墊層法，充分利用現(xiàn)場(chǎng)堆放的建筑垃圾，試驗(yàn)需要在不影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下突破常規(guī)。最終處理方案確定為：

（1）以試樁為中心，在最小處理面積14 m×14 m（壓重平臺(tái)兩側(cè)各外延1 m）范圍內(nèi)，將地表以下3 m 深度的地基土全部換填為建筑垃圾，分層碾壓夯實(shí)，填墊至不低于現(xiàn)地坪30 cm 以上（預(yù)留下沉量）。

（2）壓重平臺(tái)下兩側(cè)支墩底部鋪墊大塊鋼板，增大接觸面積，平均分布地基所受壓應(yīng)力，保證單側(cè)受力面積≮4 m×10 m。

（3）由于堆載配重?zé)o法在一個(gè)白天加完，試驗(yàn)分步進(jìn)行，先碼放部分配重，利用夜晚吊車不作業(yè)的時(shí)間，試驗(yàn)即開始逐級(jí)加載，第二天再加足配重，始終保持地基土所受壓應(yīng)力和墊層底部的附加壓力能夠滿足要求。

為盡量避免試驗(yàn)過程中增減配重影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)穩(wěn)定，采取多種配套保障措施是必要的，對(duì)單樁承載力進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)是可行的。首先驗(yàn)算地基壓應(yīng)力與附加壓力，以及分步試驗(yàn)的可操作性問題。

根據(jù)規(guī)范要求，壓重平臺(tái)總質(zhì)量將達(dá)到20320 kN×1.2 倍即大約2440 t，整個(gè)平臺(tái)的搭建需要至少2 個(gè)白天（夏季）。假設(shè)壓重平臺(tái)50%的重力需要地基土承擔(dān)，那么單側(cè)支墩作用于地基的壓應(yīng)力約為180 kPa（包括支墩、50%承重鋼梁與單側(cè)鋼板的重力）。按照規(guī)范“壓應(yīng)力不宜大于地基承載力特征值的 1.5 倍”計(jì)算［12］，要求地基承載力特征值≮120 kPa，對(duì)于分層碾壓3 m 厚的建筑垃圾來說很容易滿足。再計(jì)算墊層底部的附加壓力與墊層土的自重壓力之和約為132 kPa，下層土經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值125 kPa，比值1.06，附加壓力無重疊。這樣安全可行，風(fēng)險(xiǎn)較小，只需保持試驗(yàn)過程中壓重平臺(tái)超出1220 t 的質(zhì)量由試驗(yàn)樁承擔(dān)，就不會(huì)造成地基失穩(wěn)。

1.3 試驗(yàn)步驟

與常規(guī)方法不同，為解決壓重?zé)o法于試驗(yàn)前一次加足的問題，本次采用分步加載法，即利用夜晚吊裝作業(yè)停止時(shí)間，提前開始加載試驗(yàn)。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性與穩(wěn)定性，必須規(guī)劃好試驗(yàn)步驟與保障措施，具體試驗(yàn)步驟如下：

第一步（第一個(gè)白天）：在處理好的地基上鋪墊鋼板，碼好兩側(cè)支墩，使單側(cè)支墩與地面的均勻接觸面積達(dá)到4 m×10 m，然后鋪好承重鋼梁，逐層碼放配重（為保證安全，層與層間的配重塊相互咬合），直至總配重的50%即1220 t。

第二步（第一個(gè)夜間）：試驗(yàn)開始分級(jí)加載，分級(jí)荷載為最大試驗(yàn)荷載的1/10 即2032 kN，首級(jí)加載值為分級(jí)荷載的2 倍。為保證壓重平臺(tái)提供的反力不小于最大加載值的1.2 倍，試驗(yàn)最多只能加載至第5 級(jí)10160 kN。在繼續(xù)增碼配重滿足至少1.2 倍的反力要求前，試驗(yàn)如果達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)即暫停，維持荷載不變。

第三步（第二個(gè)白天）：繼續(xù)增碼配重，保證壓重平臺(tái)提供的反力能夠滿足要求再繼續(xù)試驗(yàn)，直至全部碼完，過程中隨時(shí)觀察試驗(yàn)荷載與沉降數(shù)據(jù)的變化情況。

由于地基土承受荷載的限制，試驗(yàn)不能連續(xù)卸載至零，考慮到卸載觀測(cè)時(shí)間較短，為給拆卸平臺(tái)留出足夠的時(shí)間，卸載與卸載沉降觀測(cè)需要暫停2 次，分別在完成第 6 級(jí) 12192 kN 和第 4 級(jí) 8128 kN 后，暫停試驗(yàn)維持荷載不變，待拆卸多余配重，能滿足1.2 倍反力要求后再繼續(xù)，直至全部卸載至零與沉降觀測(cè)完畢。試驗(yàn)加、卸荷載與沉降觀測(cè)均由JCQ-503B 型靜力載荷測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，其荷載示值誤差＜±0.5%FS，位移示值誤差＜±0.1%FS，壓力傳感器精度級(jí)別為0.2 級(jí)。

1.4 保障措施

計(jì)劃好試驗(yàn)步驟與操作方法后，要考慮如何采取措施避免或最大限度降低吊裝作業(yè)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，并隨時(shí)關(guān)注數(shù)據(jù)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施調(diào)整方案。本次試驗(yàn)采取的主要措施為：

（1）為保證地基處理達(dá)到方案要求，安排專人跟隨地基處理全過程，處理效果只允許比預(yù)計(jì)的好，因?yàn)樵谲浫醯鼗显鰷p配重?zé)o疑要比在堅(jiān)硬地基上影響更明顯。

（2）拆碼配重的機(jī)械需要改進(jìn)，選用55 t（550 kN）履帶吊，吊臂長、振動(dòng)小、作業(yè)位置固定，高處作業(yè)視野好、效率高，對(duì)地基擾動(dòng)小。

（3）現(xiàn)場(chǎng)指揮與吊裝人員須配合默契，完全熟悉大噸位堆載試驗(yàn)的各項(xiàng)操作，拆碼配重時(shí)熟練準(zhǔn)確、輕拿輕放，開始作業(yè)前熟記試驗(yàn)步驟與操作方法。

（4）預(yù)先做好各方溝通協(xié)調(diào)工作，劃出警示區(qū)域，避免無關(guān)人員或其它機(jī)械、車輛的干擾。

（5）試驗(yàn)人員24 h 留駐現(xiàn)場(chǎng)，時(shí)刻應(yīng)對(duì)異常情況，事先制訂好應(yīng)急預(yù)案與處理措施，夜間值班試驗(yàn)員不少于2 名。

（6）整個(gè)試驗(yàn)過程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)同步上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與行業(yè)監(jiān)管平臺(tái)，便于管理人員真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)掌握情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果

按照上述計(jì)劃和安排，試驗(yàn)進(jìn)展比較順利，基本上每根樁加載與卸載均暫停2 次，試驗(yàn)過程未出現(xiàn)明顯異常，荷載-沉降曲線比較平滑，無明顯突變點(diǎn)。一根樁的試驗(yàn)從鋪墊支墩底的鋼板開始，到全部拆卸與觀測(cè)完畢，用時(shí)3 個(gè)白天2 個(gè)夜晚，比最初計(jì)劃所用時(shí)間縮短1 天，試驗(yàn)結(jié)果令人滿意?，F(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)情況見圖1、圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.1 Surcharge testing site

圖2 試驗(yàn)過程自動(dòng)觀測(cè)儀器Fig.2 Automatic observation instrument for the test process

圖3 28 號(hào)試樁試驗(yàn)曲線Fig.3 Testing curves of the No.28 testing pile

試驗(yàn)結(jié)果證明，試驗(yàn)采取的方法步驟得當(dāng)、保障措施到位，吊裝作業(yè)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響輕微（影響明顯時(shí)，數(shù)據(jù)或曲線會(huì)有異常跳變），也說明只要找準(zhǔn)核心問題、用好技術(shù)手段，對(duì)工程樁的承載力驗(yàn)證性試驗(yàn)來說，分步加載試驗(yàn)是完全可行的。如今整個(gè)建筑已經(jīng)封頂近2 年時(shí)間，總體沉降＜20 mm 且已趨于穩(wěn)定。

2 完整性檢測(cè)

混凝土樁完整性檢測(cè)方法主要有鉆芯法、低應(yīng)變法、聲波透射法、高應(yīng)變法等，幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍。聲波透射法需要預(yù)埋聲測(cè)管；鉆芯法時(shí)間長、影響大，對(duì)混凝土有損傷；高、低應(yīng)變法有局限性，遇到復(fù)雜情況需要其它方法驗(yàn)證。因此《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）建議，當(dāng)一種方法不能全面評(píng)價(jià)樁身完整性時(shí)，應(yīng)采用兩種或兩種以上的檢測(cè)方法［12］。

2.1 問題分析

本工程樁基設(shè)計(jì)不足之處在于完整性檢測(cè)未考慮聲波透射法，施工時(shí)沒有埋設(shè)聲測(cè)管，建設(shè)方又不允許使用鉆芯法，導(dǎo)致在長大樁檢測(cè)中遇到了麻煩。

本工程的樁徑1.0 m，有效樁長69、78 m，樁側(cè)兩處注漿位置分別距樁底12、24 m，樁端注漿管2根。根據(jù)后壓漿施工記錄，每根樁的樁端注漿水泥用量2 t，終止注漿壓力5.7～5.8 MPa；樁側(cè)注漿水泥用量1.2 t，終止注漿壓力3.6～3.8 MPa。低應(yīng)變檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大部分樁的時(shí)域曲線在深度約53～58 m段存在較明顯的同相反射（如圖4 所示），反射峰平緩，峰值時(shí)長＞2 ms，在波速較合理的樁端位置反射波以反相反射居多。

圖4 長大樁低應(yīng)變檢測(cè)典型波形曲線Fig.4 Typical waveform curve of low?strain detection

為進(jìn)一步查明情況、分析原因，邀請(qǐng)京津兩地3家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，檢測(cè)儀器包括武漢RS1616K（S）、美國PIT、上海YL-PIT，擊振裝置選用大能量特制力棒，檢測(cè)結(jié)果均類似。在沒有聲波透射法檢驗(yàn)，又無法鉆孔取心情況下，4 家檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成專家團(tuán)隊(duì)，廣泛搜集相關(guān)資料，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)分析論證后，基本確定以下幾點(diǎn)：

（1）樁底反相反射應(yīng)與樁端后壓漿有關(guān)，反相反射不明顯或者為同相反射的應(yīng)為后壓漿效果不理想所致；

（2）深度53～58 m 范圍存在的同相反射應(yīng)與樁側(cè)后壓漿有關(guān)，樁長69 m 的2 處側(cè)壓漿位置分別在45 m 和57 m，樁長78 m 的2 處側(cè)壓漿位置分別在54 m 和66 m，寬幅同相反射應(yīng)為2 處側(cè)壓漿中間不連續(xù)部位的連帶波阻抗變化所致，但也不排除樁身存在混凝土質(zhì)量問題的可能；

（3）4 根靜載試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果均滿足承載力要求，低應(yīng)變檢測(cè)曲線各不相同，表明只要樁身完整性不存在明顯問題，就可以保證單樁承載力的發(fā)揮；

（4）應(yīng)盡可能結(jié)合其它檢測(cè)手段進(jìn)一步排查或驗(yàn)證樁身質(zhì)量情況。

2.2 補(bǔ)充驗(yàn)證

由于低應(yīng)變法檢測(cè)激振能量較小，樁身應(yīng)變量一般為10-6量級(jí)，對(duì)于長大樁深部缺陷的判別難度較大，而高應(yīng)變法采用較大的激振能量，樁身應(yīng)變量比低應(yīng)變法高2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，能夠使樁和樁周土間產(chǎn)生相對(duì)位移，對(duì)于長大樁的完整性檢測(cè)可靠性更高［1］。因此最終經(jīng)多方協(xié)商，確定采用高應(yīng)變法對(duì)低應(yīng)變檢測(cè)存在明顯疑慮的樁作進(jìn)一步檢測(cè)，以獲取較大激振能量下樁身應(yīng)力波傳播信息，一方面檢測(cè)樁身完整性系數(shù)β是否滿足要求，另一方面通過改變樁身阻抗與樁側(cè)土阻力優(yōu)化等方法進(jìn)行波形擬合，觀察曲線擬合效果和完整性變化情況［13-15］。

根據(jù)低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，選擇5 根有代表性的工程樁，按照規(guī)范要求制作樁頭進(jìn)行加固處理。由于受基坑中所處位置與現(xiàn)場(chǎng)條件限制，最大錘重只能選為6 t，檢測(cè)前后用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁頂貫入度。5 根樁的測(cè)試數(shù)據(jù)分析均采用波形擬合法，典型結(jié)果曲線如圖5、圖6 所示。

圖5 313 號(hào)樁高應(yīng)變波形擬合曲線Fig.5 High?strain waveform fitting curve of the No.313 pile

圖6 458 號(hào)樁高應(yīng)變波形擬合曲線Fig.6 High?strain waveform fitting curve of the No.458 pile

由于波形擬合目的是為在擬合計(jì)算過程中，通過改變樁身阻抗、樁側(cè)樁端土阻力優(yōu)化等，觀察擬合波形與實(shí)測(cè)波形吻合程度與樁身完整性變化，所以5 根樁反復(fù)擬合比較用時(shí)較長，最終效果比較滿意。擬合結(jié)果表明，在計(jì)算波形與實(shí)測(cè)波形高度吻合、巖土工程參數(shù)正常合理的情況下，樁身阻抗無明顯異常變化，完整性系數(shù)β均大于80%，樁身質(zhì)量不存在明顯問題。

3 施工體會(huì)

實(shí)際上，長大樁的檢測(cè)應(yīng)遵循與樁基設(shè)計(jì)同步的原則。單樁靜載試驗(yàn)提前設(shè)計(jì)好合理試驗(yàn)方法，如錨樁法、錨樁堆載聯(lián)合法或自平衡法。錨樁法可采用工程樁作為錨樁，以節(jié)約成本；錨樁堆載聯(lián)合法可以利用工程樁作錨樁的同時(shí)，減少地基處理工作量；自平衡法能很好地回避場(chǎng)地作業(yè)空間和地基處理問題。即便一定要采用堆載法，也應(yīng)提前設(shè)計(jì)好地基處理方法，以免出現(xiàn)難以回避或無法解決的問題。而完整性檢測(cè)應(yīng)設(shè)計(jì)好2 種或多種檢測(cè)方法相互驗(yàn)證，對(duì)長大樁來說，低應(yīng)變法難以準(zhǔn)確判斷樁底與樁身完整性時(shí)，聲波透射法由于不受樁長、長徑比、土阻力等限制，更適合長大樁完整性檢測(cè)的需要。《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB 10218-2019）規(guī)定：樁徑大于等于2 m 或樁長大于40 m 或者特殊結(jié)構(gòu)物或復(fù)雜地質(zhì)條件下的基樁應(yīng)采用聲波透射法檢測(cè)；當(dāng)對(duì)低應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果有疑慮時(shí)，可采用鉆芯法或高應(yīng)變法驗(yàn)證；當(dāng)對(duì)聲波透射法檢測(cè)結(jié)果有疑慮時(shí)，可以采用鉆芯法驗(yàn)證［16］。

4 結(jié)語

本工程實(shí)踐表明，樁的承載力和完整性檢測(cè)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)工程建筑影響重大，應(yīng)根據(jù)不同情況采用更具針對(duì)性的檢測(cè)方法，對(duì)長大樁尤其如此，否則檢測(cè)工作會(huì)面臨許多棘手問題。巖土工程檢測(cè)涉及巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、施工等各環(huán)節(jié)，檢測(cè)人員不僅需要了解地層土質(zhì)情況，掌握施工信息、工藝方法，更應(yīng)該熟悉規(guī)范要求與各檢測(cè)手段的優(yōu)缺點(diǎn)，長大樁的檢測(cè)需要檢測(cè)人員具備較高的理論知識(shí)和專業(yè)技能。

長大樁的檢測(cè)需要用心細(xì)心，問題考慮全面。當(dāng)遇到類似工程情況時(shí)，應(yīng)首先從技術(shù)角度拿出解決辦法，規(guī)劃好具體步驟，對(duì)于需要攻克的難點(diǎn)要做好方案措施與應(yīng)急預(yù)案，然后盡力得到各方的支持與配合，爭取有利條件發(fā)揮巖土工程檢測(cè)的積極作用，保證隱蔽工程的驗(yàn)收質(zhì)量。