联合检测钻孔灌注桩的完整性研究

陈四平

(安徽省公路局,安徽合肥 230022)

联合检测钻孔灌注桩的完整性研究

陈四平

(安徽省公路局,安徽合肥 230022)

钻孔灌注桩的完整性检测,有其自身的特点。而常用的低应变法本身也有其局限性,对于缺陷的类型(如缩径、离析、夹泥等)无法进行明确的判别,通过一个工程实例结合钻芯法做进一步的检测,以确定桩身的完整性等级,取得较好效果。

低应变;钻芯法;钻孔灌注桩;完整性

0 引言

钻孔灌注桩作为一种重要的基础形式,有适应范围广、单桩承载力高等特点,在高层和超高层、重型和超重型建筑物中得到了广泛应用。同时钻孔灌注桩又是一种施工工序多、质量要求高的地下隐蔽工程,在施工现场就地灌注成桩,需要在短时间内连续完成,工程质量较难监控与检测,很容易发生质量事故[1]。而低应变法本身有其局限性。对于缺陷的类型(如缩径、离析、夹泥等)无法进行明确的判别,同时对于缺陷的严重程度也只能作出大致的估计,这时可采用钻芯法对低应变波形反射比较明显的疑似Ⅲ类桩作进一步的检测。

1 检测原理和方法

钻孔灌注桩完整性的检测方法主要有低应变法、声波透射法、钻芯法等,下面就这几种方法的基本原理及各自的优缺点作一简要概述。

1.1 低应变法(反射波法)基本原理

将传感器(加速度或速度传感器)用耦合剂固定在桩顶上,然后用小手锤敲击桩顶,激发出应力波沿桩身向下传播,如桩身完好无缺,质量均匀,形状规则,则应力波将一直传到桩底。但当桩身某部位质量或形状有突然变化时(如缩径、扩颈、夹泥、离析、断裂等),就会激发出一个上行的反射波。缺陷越严重,反射就越强烈。反射信号由放置在桩面的传感器接收,通过对接收到的实测波形进行时域及频谱分析来判定桩身的完整性。低应变法由于具有快速、经济、方便、准确的特点,在工程质量的检测中得到了普遍的应用,但该法也有其自身的局限性,对于超长桩,由于存在应力波的衰减问题,很难见到桩底反射,对于桩身存在多个缺陷时,一般只能判定最上面的一个缺陷,而对于其下的缺陷则显得无能为力,对于纵向缺陷也很难检测到,同时对于缺陷的类型(如缩径、离析、夹泥等)无法进行明确的判别。

1.2 声波透射法基本原理

在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道,将发射换能器与接收换能器置放于声测管中,管中注满水作为耦合剂。由仪器中发射系统发出一系列的电脉冲,加在发射换能器的压电体上,转换为脉冲声波,声波在桩身砼中传播后到达另一个声测管,并被安置其中的接收换能器所接收,再转换成电信号。对于正常的混凝土,测试距离及耦合条件一定时,声波在其中传播的速度、首波的幅度和接收信号的频率等声学参数应该是基本一致的。当传播路径遇到混凝土有缺陷时,如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等,声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过,声波将发生衰减,造成传播时间延长,使声时增大,计算声速降低,波幅减小,波形畸变,利用声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化,可分析、判断桩身混凝土质量。声波透射法的优点是方便、准确、不受桩长的限制,其缺点是速度较慢,由于在施工时要预埋检测管,增加了相应成本,同时检测管有时会出现堵管现象,给后续的检测工作带来困难。

1.3 钻芯法基本原理

在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样,通过对芯样的观察(是否光滑、完整)和测试(抗压强度试验等)来评价成桩质量的完整性。在实际操作过程中,岩芯管的大小、钻芯的孔数、孔位的布置、钻取的深度等应根据工程实际情况并结合相应规范来定。钻芯法是检测钻孔灌注桩成桩质量的一种有效手段,在多种桩身完整性检测方法中,钻芯法最为直观、可靠。不仅可以直观测试灌注桩的完整性,而且能够检测桩长、桩底沉渣厚度以及桩底岩土层的性状,特别适合灌注桩。但该法也有局限性,属于有损检测的手段,对桩身有一定的损害。钻取芯样反映的是取样部位混凝土质量,存在较大盲区,容易以点代面而造成漏判,同时费工费时,钻芯法不宜用于大批量的检测,而只能用于抽样检查,或作为对无损检查结果的验证手段。

2 工程实例

2.1 工程概况

现以安徽某工程为例,说明低应变、钻芯法在基桩完整性检测中的应用。该工程桩型为钻孔灌注桩,设计桩径900 mm,设计有效桩长约30 m,进入中风化岩层。根据地勘报告提供的资料,工程场地地层可分为如下几层:

①杂填土(Qml):杂色,主要由褐黄的粘性土夹少量砖块、碎石等组成。

②粘土(Qal):褐黄—灰黄色,湿,可塑,含少量铁锰质氧化物及高岭土。

③粉质粘土与粉砂互层(Qal):灰色,饱和,主要为粉质粘土,软—可塑,其次为稍密—密实粉土、粉砂。

④粉砂(Qal):灰色,饱和,中密,主要由长石、石英组成,其次为云母、黑色变质矿物。

⑤粉质粘土夹砾砂(Qal):灰色,湿,可塑,主要由砾砂组成。

⑥泥岩强风化(S):灰—褐灰、浅黄色,风化成硬塑—坚硬状态的粘性土,手可折断,遇水极易软化。

⑦泥岩中风化(S):灰—褐灰、浅黄色,泥质胶结局部夹强风化泥岩。

根据设计方要求,基桩的完整性检测采用低应变法,在低应变检测过程中发现有一批桩出现不同程度的同向反射信号,但该工程的基坑很深(-15 m),地下水也很丰富,如开挖有可能产生管涌现象,经和有关方协商并结合相应的规范,决定对其中反射比较明显的桩进行钻芯检测验证。钻芯法布孔选在距桩中心约15～20 cm的地方[2],钻芯深度原则上为低应变缺陷部位下2～3 m,具体可根据钻芯缺陷情况做适度调整。

判定原则:如果钻芯的芯样在低应变缺陷反射部位是光滑、完整的,则反射波一般是由相对缩径引起的,可以考虑轻判;如在低应变缺陷反射部位芯样出现了夹泥、碎石状,根据缺陷的严重程度,结合相关的技术规范对桩身的完整性类别作出综合判定。由于篇幅原因,本文仅对几个比较典型的例子进行分析。

2.2 检测结果

例1:123#桩,长26.4 m,低应变实测波形见图1,由波形可以看出在2.9 m处出现多次等间距的同相反射信号,反射峰与首峰相比脉冲信号的主频明显变宽,怀疑该桩有比较严重的质量问题,遂进行钻芯作进一步的检测,钻芯总进尺为6.0 m,当钻进到2.8 m处时,钻进速度突然加快,此时关掉进水阀门,采用“干烧”取样,直到钻进至4.6 m处“干烧”无法钻进时先将这个回次的样品取出,然后再正常钻进取样。钻芯图片见图2。由钻芯图片可以看出该桩2.8～4.6 m芯样主要为褐灰色粉质粘土夹少量骨料及水泥灰,近2.0 m的范围内有大量的“夹泥”现象,判定该桩为Ⅲ类桩。

图1 123#桩

图2 123#桩

例2:164#桩,长30.5 m,低应变实测波形见图3,由波形可以看出在6.2 m处出现多次等间距的同向反射信号,波形很“干净”,没有其他的杂波出现,初步怀疑该桩有比较严重的质量问题,遂对该桩用钻芯法作进一步的检测,钻芯总进尺为9.2 m,在6.3～7.6 m钻进速度快,芯样呈碎石状,两端可见夹泥,钻芯图片见图4,该桩存在严重缺陷。

图3 164#桩

图4 164#桩

例3:99#桩,长26.6 m,低应变实测波形见图5,由波形可以看出在15.0 m处出现一个反射信号,虽然反射信号不是很明显,但考虑到该反射部位比较深,能量衰减大,仍可能有比较大的缺陷,而且反射信号的脉冲很宽,有可能产生离析现象,遂对该桩作钻芯检测,钻芯总进尺为17.0m,在14.2～15.6 m钻进速度变快,芯样呈碎石状及块状,有夹泥现象。钻芯图片见图6,判定该桩为Ⅲ类桩。

图5 99#桩

图6 99#桩

例4:289#、316#桩,长分别为:26.4和28.5 m,低应变实测波形见图7和图9,由波形可以看出分别在1.4和6.3 m处出现多次同相的反射信号,对以上2根桩进行了钻芯检测,钻芯进尺分别为4.0和9.0 m,钻芯图片见图8和图10。由芯样图片可以看出,在低应变缺陷反射部位芯样光滑、完整,呈长柱状,局部呈短柱状,未出现异常情况,说明缺陷部位的反射可能是由于相对缩径引起的,桩身质量应无大的问题。类似这样的情况在这个工程中还出现过一些,极易引起误判。

图7 289#桩

图8 289#桩

图9 316#桩

图10 316#桩

3 讨论与分析

(1)由于低应变的波形具有多解性,对低应变检测的疑似Ⅲ类桩波形,最好不要轻易下结论,这种波形有可能是Ⅲ类桩,但也有可能是Ⅱ类甚至I类桩(先扩后缩),所以对此类桩可采用钻芯法作进一步的检测,如条件许可的情况下最好开挖验证。

(2)一般情况下,检测人员对浅部的缺陷比较“敏感”,因为中浅部往往存在着多次反射,而对于中深部的缺陷却较易疏忽。中深部应力波能量的衰减很大,一般仅能见到1～2次的缺陷反射,且反射幅度不大。对于这类缺陷是应该引起大家注意的,以防漏掉严重缺陷(如99#)。

(3)钻芯过程中最好将低应变判定缺陷上下50 cm(根据当时的钻进情况可作适当调整)作为一个回次,有缺陷的回次钻进不宜过长,否则一些有用的信息(如夹泥等)可能会被磨掉。如在钻进过程中钻进速度突然变快(突变),则很可能有严重的夹泥或断桩发生,此时要关掉进水阀用“干烧”法取样,否则“证据”会被冲走。当钻机的钻进速度缓慢变快(缓变),则有可能是明显的离析,芯样一般呈碎石状。

4 结束语

通过本工程实例可以看出,采用一种方法检测桩身的完整性有其局限性,而联合法则可以弥补这种不足,如本文中低应变法不能对桩的完整性作出明确判定时,采用钻芯法做进一步的检测,以防漏判和误判。

[1] 李维平.钻孔灌注桩施工关键工序控制[J].岩土工程技术,2003(5).

[2] J GJ 106—2003.建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

责任编辑:钱让清

U443.15+4

A

1671-8275(2010)01-0029-03

2009-10-29

陈四平(1970-),男,安徽枞阳人,安徽省公路局工程师。