灌注桩成孔检测系统在支盘灌注桩中的应用

孙庆安 湛川 张磊

0 引言

基础工程采用支盘灌注桩施工技术,与传统直孔灌注桩相比承载力可以大幅提高,在沿海地区的电厂基础中应用较多。支盘灌注桩由主桩、承力盘及分支组成,是根据桩基的地质条件在沿桩身的硬土层中设置承力盘及十字分支。支盘灌注桩是地下隐蔽工程,支盘灌注桩的质量包括成孔质量和桩身质量两个方面。成孔质量直接影响到支盘灌注桩承载力,已越来越被建设部门所重视,成孔质量主要包括:桩孔深度、孔径、成盘位置、成盘直径、垂直度、沉渣厚度。

1 支盘灌注桩的基本原理

支盘灌注桩的原理是通过桩身的各支盘面积的扩大,支盘作用于硬土层上,充分利用各硬土层的支承反力,变摩擦力为多处支承力,更好地发挥桩土共同作用,改变直孔桩的受力机理,大幅度提高桩的竖向抗压承载力、抗拔性能及桩的稳定性。单桩承载力的提高,使桩长缩短、桩径缩小、桩数减少,从而大量节约材料,同时为基础的优化设计创造了条件。挤扩多支盘桩具有较大的承压能力,又有较强的抗拔能力,由于多支盘的存在,可增加桩的稳定性和桩的侧阻力及端阻力。挤扩支盘桩具有较强的使用范围:适用于黏性土、砂土、回填土、碎石土等能够挤扩的地层。

支盘灌注桩简要工序是:钻进成孔后,按设计支盘高度,下入液压成型机对各分支及承力盘施以三维静压,多次转角,由下至上完成支盘成型作业,下钢筋笼,灌注混凝土成支盘桩。

2 灌注桩孔径检测系统的基本原理

JJC-1D型灌注桩成孔检测系统是为检测灌注桩成孔质量的设备,检测系统由笔记本电脑、JJC-1D微机检测仪、JJY-2型井径仪、JC-2型电动绞车和各种必需的配套装备组合而成。

2.1 深度与孔径测量

滑轮装在由两条铝合金槽钢组成的井口支架上,孔径仪与电缆连接好后,电缆装于滑轮上,电缆每移动1 m,带动滑轮转动3圈。滑轮上装的深度传感器(光电脉冲发生器)随着滑轮一起转动,并产生3 600个深度脉冲信号传送到微处理器作采样脉冲进行深度测量,同时通过串行接口到上位机作深度显示。

孔径采用接触式方法测量,利用4条测量腿紧贴井壁,将两个正交方向上孔径变化的平均值反映出来。由于是直接接触式测量,就像拿两把尺子测量孔径,故对孔中的泥浆要求不高。在多种孔壁形状下曲线不会有缺失,解释清晰,可检测成孔质量,并指导钻孔施工工艺的改进和灌注量的确定。本仪器通过在测量腿上外加扩展腿(见图1),即可用于支盘桩的检测。测量腿由弹簧支撑着,下放时测量腿置于开腿盘中被束缚住,到了孔底,抖动一下电缆,利用泥浆的反力将开腿盘拉下,测量腿在弹簧的作用下弹开直至井壁,测量腿随电缆提升而沿井壁作向上运动,孔壁直径的变化带动测量腿倾角的变化,其变化由传感器变成电信号,电缆每移动2.5 cm下位机作一次采样,通过串口送上位机处理。

图2为JJC-1D型灌注桩成孔检测系统在某支盘灌注桩应用中的孔深、孔径测量成果曲线(见图2)。通过图2的曲线可以看出,JJC-1D型灌注桩成孔检测系统通过外加扩展腿可以准确直观的测量出成盘位置与成盘直径。通过对此曲线的分析可以检查成孔质量是否满足设计要求,也可为试桩内力分析提供依据。

2.2 沉渣测量

沉渣探管下到孔底后,用手摇柄绞上几米,然后松手让探管自由下落,穿过沉渣层抵达原土层,将松弛的电缆收紧,做好测量准备,缓慢地用手柄绞电缆,提速约 1 m/min,采样间隔2.5 mm,在探头通过沉渣界面时,电场会发生畸变,沉渣曲线会跳变,但沉渣厚度要根据电阻率的变化曲线进行估算,需要技术人员有一定的工程经验。图3为某桩成孔沉渣实测曲线。

2.3 垂直度测量

采用JJM-1型高精度数字测斜仪,该仪器传感器采用液体摆,稳定可靠,可将数字信号直接上传至计算机。液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液,并有三根铂电极和外部相连接,三根电极相互平行且间距相等。当壳体水平时,电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时,电极之间会形成离子电流,两根电极之间的液体相当于两个电阻 RⅠ和 RⅢ。若液体摆水平时,则 RⅠ=RⅢ。当玻璃壳体倾斜时,电极间的导电液不相等,三根电极浸入液体的深度也发生变化,但中间电极浸入深度基本保持不变。左边电极浸入深度小,则导电液减少,导电的离子数减少,电阻 RⅠ增大,相对极则导电液增加,导电的离子数增加,而使电阻 RⅢ减少,即 RⅠ＞RⅢ。反之,若倾斜方向相反,则 RⅠ＜RⅢ。

由于井下仪器其探管外径只有54 mm,有时满足不了1/100的精度要求,根据这一特定的要求,设计了φ 200 mm(大孔径桩孔配φ 420 mm)扶正圈,可根据设计孔径和设计孔深两个指标来选择扶正圈。测量时采用点测,每5 m或10 m采一次样,测量结束后计算机可计算出偏心距、垂直度,测量过程见图4。

3 结语

1)支盘灌注桩与直孔灌注桩相比,充分利用各硬土层的支承反力,变摩擦力为多处支承力,更好地发挥桩土共同作用,改变直孔桩的受力机理,大幅度提高桩的竖向抗压承载力、抗拔性能及桩的稳定性。2)支盘灌注桩必须准确控制成盘位置与成盘直径,支盘灌注桩成孔质量检测非常重要。3)JJC-1D型灌注桩成孔检测系统通过外加扩展腿可以准确直观的测量出成盘位置与成盘直径,可以进行垂直度测量,估算沉渣厚度。

[1] JGJ 106-2003,建筑桩基检测技术规范[S].

[2] 上海昌吉地质仪器有限公司.JJC-1D型灌注桩孔径检测系统检测软件操作说明[Z].2002.

[3] DLG J153-2000,火力发电厂支盘灌注桩暂行技术规定[S].