人工挖孔樁樁端持力層檢測方法研究

廖文泉

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230022）

在建筑工程中，樁基礎是最復雜，最容易出問題，也是最重要的一個施工環(huán)節(jié)。所以需要做好樁端持力層檢驗工作，嚴格按照國家設計相關標準規(guī)定，確保工程質(zhì)量符合設計規(guī)范要求。通常情況下，人工挖孔樁樁底需要對樁端持力層進行檢測，人工挖孔樁一般是單樁單柱大直徑嵌巖樁，承載力較大，需要依據(jù)巖性檢驗樁底3d或5m深度范圍內(nèi)是否存在空洞、破碎以及軟弱夾層等不良地質(zhì)體。通過對樁端持力層的檢測，查明是否存在缺陷和質(zhì)量問題，從而對其進行處理，提升建筑工程質(zhì)量的有效措施，必須采用科學的檢測方法。

1 人工挖孔樁樁端持力層檢測方法分析

1.1 樁端持力層的基本概念

人工挖孔樁是樁基礎中的一種施工方式，是指樁孔采用人工挖掘方法進行成孔，然后安放鋼筋籠，澆注混凝土而成的樁。人工挖孔樁一般直徑較大，能夠承載較大壓力的結(jié)構主體，具有廣泛的應用。樁端持力層是指設計端承樁的樁端支撐層地基，持力層必須滿足在使用年限的耐久性，確保工程質(zhì)量安全，避免在使用年限內(nèi)出現(xiàn)問題。人工挖孔樁主要依靠樁端持力層傳遞上部建筑物、基礎以及土層的豎向荷載，依據(jù)地基與基礎工程規(guī)范的要求，樁端持力層需要能夠滿足上部建筑物穩(wěn)定性的基本要求，且能夠滿足在極端自然環(huán)境下的安全性，所以為了確保樁端持力層質(zhì)量，必須對其質(zhì)量情況進行檢測，是建筑工程中的一項基礎性工作，通過對檢測結(jié)果分析，能夠?qū)抖顺至拥膶嶋H情況做出準確有效判斷。

1.2 樁端持力層檢測方法分析

現(xiàn)階段，人工挖孔樁的樁端持力層檢測方法主要包括鉆孔取芯法、釬探法、巖基載荷試驗法、人工觀察孔底法、地球物理法以及工程物探法等。其中，鉆孔取芯法的應用最為普遍，雖然超前鉆能夠更加直觀地展現(xiàn)出持力層的基本情況，但是這種方法存在著一定局限性，只能夠反映出人工挖孔樁區(qū)域的垂直方向變化情況；巖基載荷試驗是直接檢測樁端持力層與變形模量的傳統(tǒng)方式，但是這種方法的應用時間較長，且成本較高，每個場地只能選擇具有代表性的若干個抽檢樁孔；地面與孔底采用的常規(guī)物探方法較多，比如淺層反射地震波方法、瑞雷面波方法、高密度電阻方法以及地質(zhì)雷達方法等，地面檢測能夠獲取工程現(xiàn)場地基起伏、巖溶發(fā)育的實際情況，但是在采用地面探測方法時，由于不能滿足人工挖孔樁孔底的精度要求，檢測結(jié)果存在著不夠準確的問題在采用孔間彈性波、電磁波方法時，需要在樁體兩側(cè)進行鉆孔，成本較高且檢測周期較長；可以滿足探測精度與分辨率要求的常規(guī)物探方法，包括地震波法、工程物探法等，這些方法在孔底狹小的情況下應用較為便利，整體效率較高；以地質(zhì)雷達為基礎的綜合分析方法，對樁底3d或5m深度范圍內(nèi)的勘查中，成本較低且效率較高，分辨率能夠滿足檢測需求，但是分析難度較大[1]。

由此可見，在人工挖孔樁樁端持力層檢測中，可以選擇的方法多種多樣，不同的檢測技術具有不同的優(yōu)勢與缺點，所以需要結(jié)合工程實際情況，選擇最佳的檢測方法，確保檢測方法具有高效、科學、準確、經(jīng)濟、適用等特點，來獲取準確的人工挖孔樁樁端持力層檢測結(jié)果。

2 工程概況

本次工程為六安市某小區(qū)三期6#號樓，樁型為人孔挖孔樁，樁端持力層為第③2 層中風化泥質(zhì)砂巖，總樁數(shù)為30 根，勘查設備為武漢沿?；鶚秳訙y儀RS-1616KP（S）。

根據(jù)擬建場地工程勘察報告，場地土共分5 層，簡述如下：

①層雜填土(Qml)——分布整個場地，層厚0.30～9.90m，層底標高52.79～66.94m?？伤?稍密狀態(tài))，主要成分為粉質(zhì)粘土、砂、少量碎磚石及部分老房屋基礎組成，含植物根莖。

②1 層粘土(粉質(zhì)粘土)(Q4al+pl)——該層局部分布，層厚0.20～5.50m，層底標高51.95～64.89m。灰黃色，可塑狀態(tài)，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，含氧化鐵、高嶺土、少量鐵錳結(jié)核。

②層粘土(Q3al+pl)——層厚0.50～5.00m，層底標高51.98～64.26m。褐黃—棕紅色，硬塑—堅硬狀態(tài)。無搖振反應，干強度高，韌性高。含氧化鐵、高嶺土、鐵錳結(jié)核等，部分地段該層下部為砂巖殘積層。

③1 強風化泥質(zhì)砂巖(J)——分布整個場地，層厚0.50～6.90m，層底標高50.95～65.22m。棕紅色，密實狀態(tài)，其表面已風化成壤含長石、石英，屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量為Ⅴ級。

③2 層中風化泥質(zhì)砂巖(J)——本層未鉆穿，棕褐色，鉆進較困難，取芯困難。屬軟巖—較軟巖，巖體上部較破碎，下部漸完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，該巖層巖質(zhì)堅硬，采用風鎬開挖困難，在該層中開挖較深時，需爆破開挖。

3 勘查方法分析

根據(jù)彈性波在巖土介質(zhì)中傳播特征判斷樁端持力層巖土性狀。當在孔底激發(fā)彈性波時，該彈性波即向周圍地層中傳播，當巖土介質(zhì)的成分、結(jié)構和密度等因素發(fā)生變化時，彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發(fā)生相應變化，在彈性性質(zhì)不同的介質(zhì)分界面上還會發(fā)生波的反射（如巖溶、軟弱夾層、裂隙、破碎等），通過接收反射波信息（彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分），即可推斷被測巖土介質(zhì)的結(jié)構和致密完整性程度，從而對其做出評價[2]。相比于其他勘查方法而言，通過彈性波對樁端持力層進行分析，所需要的資源消耗少，不需要大量的現(xiàn)場作業(yè)，且施工效率較高，還能夠與信息技術進行結(jié)合，實現(xiàn)自動化勘查、計算以及結(jié)果分析，是當前樁端持力層檢測中應用最為廣泛的技術之一。結(jié)合本次工程的基本地質(zhì)情況，通過反射波法勘查特性進行樁端持力層檢測具有良好的效果。

在檢測過程中，當樁頂受到激振力后，樁底就會產(chǎn)生彈性波，彈性波會沿著樁身向下傳播，在遇到波阻抗差異界面的情況下，就會產(chǎn)生透射與反射，反射波從介質(zhì)A進入介質(zhì)B時，產(chǎn)生的速度反射波，速度反射波大小計算公式為：Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，在該公式中，Vi表示入射波，Vr表示反射波，Z1表示介質(zhì)，A廣義波阻抗，Z1=ρ1C1A1，Z2表示介質(zhì)B廣義波阻抗，Z2=ρ2C2A2，反射波大小極性與波阻抗界面兩端的介質(zhì)具有密切關系，受到Z1與Z2相對變化的影響；在Z1大于Z2的情況下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＞0，那么反射波與入射波為相同方向；在Z1小于Z2的情況下Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＜0，那么反射波與入射波為同向；在Z1=Z2的情況下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)=0，那么則沒有反射波[3]。

人工挖孔樁的樁端持力層是同一介質(zhì)、波阻抗均勻的界面，所以通過對樁底反射波的特點進行分析，能夠確定Z1與Z2的變化情況，從而能夠?qū)抖顺至拥膸r土性狀進行確定。為了進一步明確樁端持力層的巖土性狀，本文采用工程物探法進行勘查與評定，通過反射波形特征形態(tài)，判斷持力層巖層的基本情況。將上述工程轉(zhuǎn)變?yōu)閂r=F·ViF=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，其中F為反射系數(shù)，由此可見反射系數(shù)與人工挖孔樁樁身的材料、樁端持力層巖土性狀局域密切關系，樁身波阻抗Z1=ρ1C1A1，能夠采用檢測結(jié)果對其進行計算，且反射波系數(shù)可以利用該檢測方法的曲線入射波強度與反射波強度進行計算。為此，樁端持力層的波阻抗Z2計算公式為：Z2=Z1(1-F)/(1+F)，在假定A1=A2的情況下，那么C2=ρ1C1(1-F)/(1+F)/ρ2，其中C1與F可以通過該檢測方法的檢測結(jié)果進行確定，ρ1可以依據(jù)混凝土強度進行計算，從而能夠得到巖石完整性系數(shù)結(jié)果，以此為基礎對樁端持力層完整性進行計算分析[6]。

4 勘察結(jié)果與結(jié)論

在本次工程中，6#樓共進行了30個孔底勘查結(jié)果，具體勘查結(jié)果如表1所示。

結(jié)合表1的勘查分析結(jié)果可以看出，孔底物探所測30 個孔，其孔底巖石基本完整，樁端持力層在5m 范圍內(nèi)無明顯不良地質(zhì)體。

表1 6#樓孔底勘查結(jié)果數(shù)據(jù)

將隨機選擇其中6根人工挖孔樁，對樁端持力層完整系數(shù)進行計算，按照巖體完整系數(shù)與定性劃分的對應關系，對持力層巖土性狀進行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 巖體完整性系數(shù)計算結(jié)果

5 結(jié)束語

綜上所述，本文簡要闡述了人工挖孔樁樁端持力層的主要檢測方法，并結(jié)合工程實際案例對其檢測方法應用進行分析，最后得到了準確的檢測結(jié)果，希望可以對建筑工程起到一定的借鑒與幫助作用，不斷提升檢測技術水平。