基桩低应变检测结果的识别与基桩缺陷处理

周 敏，孙 达

ZHOU Min，SUN Da

(浙江省城乡综合设计院有限公司，浙江 杭州310005)

1 概 述

对于浙江东南沿海软土地区的建设项目，工程桩的设计有效长度往往超过40 m。在新的《建筑基桩检测技术规范(JGJ 106—2014)》正式实施之前，大多数建设项目的工程桩桩身都没有预埋声波测试管，桩身完整性判别只能依靠桩基检测单位的低应变检测报告。而由于各种各样的原因，桩基检测单位基本不出具某些桩为Ⅲ类桩或Ⅳ类桩的检测结论。因此，这种检测报告虽然看上去很完美，但这显然不符合软土地区桩基施工时，桩身混凝土施工质量的随机分布规律。如何正确地阅读基桩低应变检测报告，准确地判断桩身完整性类别，逐渐成为设计人员保证工程得以顺利、可靠实施的重要环节。

2 工程概况

本案例涉及工程为温州市苍南县龙岗镇松涛路地块农房改造集聚小区独立地下汽车库，建筑面积21706 m2，层高4.0 m，主要用作汽车库及设备用房，为单层地下建筑。地下汽车库底板板面标高为-5.500 m，顶板板面标高为-1.500 m，上覆1.2 m厚种植土。

采用全现浇钢筋混凝土框架结构，柱下独立承台，桩型选用Φ700 泥浆护壁钻孔灌注桩。桩编号为ZKZ-D700 -70.0 -35.0(A2)-35.0(S154)-C25［1］，桩 身 上 部35 m 配10Φ16，下 部35 m 配6Φ16，Φ8@250，设计有效桩长70 m。单桩竖向抗压承载力特征值Ra=1600 kN，单桩竖向抗拔承载力特征值R'a=400 kN。桩端进入持力层(④3号圆砾层)深度≥1.5 m，施工时以桩长控制为主，总桩数为609 根。

根据浙江山川有色勘察设计有限公司提供的《龙港镇松涛路地块农房改造集聚小区岩土工程勘察报告》，地基自上而下分布见表1。

本场地地形较平坦，勘察期间测得钻孔内地下水初见水位在地表以下0.90～1.30 m，稳定水位在地表以下0.30～0.80 m，本地区地下水水位常年变幅较小，一般小于2.0 m，地下室抗浮设计水位取为设计室外地坪标高。

表1 各土层主要物理力学参数

2012年9月29 日开始打工程桩试桩，试桩时采用正循环钻进成孔，反循环清孔。选用膨润土制备泥浆，泥浆相对密度为1.15。孔口设置6 mm厚、1.50 m 高钢板护筒，护筒内径为800 mm。当根据地质报告勘探剖面明确钻头进入④3号圆砾层后，继续下钻，直到确保钻头进入持力层深度≥1.5 m;并记录最后300 mm 的钻进深度中，每钻进100 mm 所需时间，以此作为施工时贯入度控制参考标准。钢筋笼吊装完毕后，安置导管二次清孔。待各项指标检查合格后，立即浇灌桩身商品混凝土。桩身商品混凝土坍落度约为240 mm，充盈系数为1.20。上述参数均作为施工时控制标准，试桩情况良好。

2013年11 月采用堆载法进行基桩静载荷试验，桩身承载力符合规范及设计要求。2013年12月4日进行局部基坑验槽。2014年3月分批进行桩位偏差验收，施工单位提供了桩位偏差记录数据和基桩低应变检测简报。低应变检测采用反射波法，设备为武汉岩土力学研究所制造的FDP 204PDA 掌上动测仪，传感器为加速度传感器。从各批次低应变检测简报的结论来看，所有工程桩均为Ⅰ类或Ⅱ类桩，符合规范及设计要求，结论显示桩基工程施工质量非常完美。

3 理论简述

根据一维弹性杆的波动理论，杆件的阻抗变化与杆件的截面尺寸、质量密度、弹性模量等因素或某一因素变化有关。阻抗变化处的力(F)、速度(V)幅值与阻抗差值成正比，即杆件阻抗变化越大，反射波的信号就越强［2］。示意简图见图1(角标I、R、T分别示意入射、反射和透射)。

图1 波在自由桩中的传播

根据文献［2］介绍，采用特征线波动方程分析计算软件，同时考虑土的阻尼和弹性阶段土的阻力共同作用，计算一些比较典型的实例，得出的波形见图2。

通常讲，桩身完整性缺陷有位置、类型和程度三个指标，而缺陷程度对桩身完整性分类是最重要的。低应变动测法不能判断桩身缺陷的具体类型，也不能对桩身缺陷程度作出准确的定量判断［3］;但是，该方法能对桩身缺陷程度作出基本的定性判断(如判断缺陷程度为轻微、中等或严重)，具有较高的可信度和参考价值。

图2 不同桩身阻抗变化时桩顶波速响应波形

4 工程实例分析

基于上述理论，笔者仔细查阅了基桩低应变检测简报，发现有一部分被判定为Ⅱ类桩的桩身低应变实测信号曲线与《建筑基桩检测技术规范(JGJ 106—2014)》［4］提供的完整桩典型时域信号特征曲线有较大区别。考虑到桩顶以下3.0 m 范围内的桩侧土体便于人工开挖验证，笔者挑选出低应变实测信号曲线上(2L/c 时刻之前)反射波信号比较强的dxs-25#工程桩，初步判定该桩的桩身距离桩顶以下3.0 m 范围内可能有较大缺陷。具体分析过程如下:

dxs-25#桩初始低应变实测信号曲线见图4。笔者就该条信号曲线提出两点疑问:(1)dxs-25#桩的实测信号曲线没有反映桩底反射波，但检测报告中只字未提;(2)dxs-25#桩在距离桩顶约2.1、6.7、16.0 m(图4 中较长虚线所示)部位，存在三处较强的与入射波同相位的反射波。说明在上述部位，桩身混凝土离析情况可能比较严重［2］，甚至已经产生了较大的水平裂缝［2］。这些缺陷会较大程度地削弱桩身抗压，特别是抗拔承载力，建议加固处理。而检测报告中仅描述为“dxs -25#桩在距离桩顶约2.1 m处有轻微缺陷”，将这根桩判定为Ⅱ类桩，很可能漏判该桩为Ⅲ类桩。

针对笔者提出的疑问，五方责任主体单位于2014年3月底在现场召开了协调论证会。

图4 dxs-25#桩时域信号曲线

针对笔者提出的第一点疑问，大家基本上达成了共识。因为对于处在软土地区的长桩，由于桩周土和桩身阻抗的变化以及检测设备激振能量损耗等原因，低应变实测信号曲线基本上不能反映桩底反射波［3］。但是对于第二点疑问及建议，施工单位有较大的抵触情绪。他们认为不同检测设备之间的差别以及检测设备本身的系统误差，可能造成上述假象;但是，桩身质量是较好的，故不愿意对Ⅱ类桩进行加固处理。为了做到对症下药，以理服人，笔者提出根据现场施工条件的便利程度，由施工单位分别采用二次低应变复测、上部桩侧土体开挖、上部桩身钻芯取样三种方式，对dxs-25#桩进行验证。

dxs-25#桩二次低应变复测桩身信号曲线见图5。

图5 dxs-25%桩复测时域信号曲线

从复测信号曲线上看，dxs -25#桩在距离桩顶附近部位出现低频、大振幅、大摆动波形，说明该桩身混凝土在桩顶附近已经严重离析［2］;复测结果仍然不能很好地满足Ⅱ类桩的要求，建议进行加固处理。

对dxs-25#桩再进行桩身上部浅层(≤3.0 m)开挖验证，见图6、图7。

图6 dxs-25#桩侧开挖深度复核

图7 dxs-25#桩侧开挖全貌

现场开挖后显示，dxs-25#桩顶附近混凝土明显离析，采用ZC3 -A 数显回弹仪测得桩侧混凝土强度仅为C13～C19(仅作为现场参考，未出具正式报告)。混凝土表面多处疏松、蜂窝、麻面。桩身水平箍筋断裂，纵向钢筋笼严重偏位。部分纵向钢筋保护层厚度已接近于零，而部分纵向钢筋保护层厚度已大于250 mm。开挖情况与笔者根据实测信号曲线作出的判断基本一致，桩身完整性不符合Ⅱ类桩的判定标准［3］，建议对桩身进行加固处理。

最后对dxs-25#桩进行桩身上部浅层(≤3.0 m)钻芯取样，照片见图8。

图8 dxs-25#桩上部浅层芯样

dxs-25#桩的钻芯结果(仅作为现场参考，未出具正式报告)显示，在距离桩顶约1.2～1.8 m 范围内桩身混凝土严重离析，局部混凝土芯样破碎，芯样破碎段长度明显小于100 mm，混凝土质量疏松、胶结不良。虽然低应变检测报告描述的桩身缺陷部位(桩顶以下2.1～2.4 m)与现场钻芯取样结果有差别，但是在桩身缺陷程度的定性判别上，数据和实物对桩身缺陷程度的反映是基本一致的。根据《建筑基桩检测技术规范(JGJ 106—2014)》［4］的规定，该桩应至少判Ⅲ类桩。

5 加固措施

当桩身在距离桩顶3.0 m 范围以外存在质量缺陷时，考虑到其桩顶附近的桩身抗压承载力基本满足，而缺陷部位的桩身抗拔承载力要求已随深度增加而明显降低，为封闭桩身可能存在的裂缝，提高工程桩的耐久性，笔者建议对此类桩采取桩侧土体注浆加固的处理措施。

至此，五方责任主体单位均同意笔者提出的建议，对桩身质量有明显缺陷的工程桩进行加固处理。具体的加固措施如下:

(1)对距离桩顶3.0 m 范围以内，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩(共14 根，具体桩号略)，桩侧土体进行人工开挖，凿除有缺陷部位的桩身混凝土，对桩身凿除区域采用C30 细石混凝土补强处理;对桩侧人工开挖土体采用C25 细石混凝土灌实。

(2)对距离桩顶3.0 m 范围以外，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩(共22 根，具体桩号略)，首先对距离桩顶3.0 m 范围以内桩侧土体(桩侧外约1 倍桩身直径范围)进行人工开挖，同时预埋注浆管;然后采用C25 细石混凝土对桩侧人工开挖土体进行回填灌实。最后对缺陷区域桩周土(桩侧外1 倍桩身直径范围，深度为实测信号曲线显示的缺陷部位上、下各2.0 m)采用水泥浆注浆加固处理，每根注浆管水泥注入量约400 kg。

具体的开挖灌实和注浆加固工作从2014年4月开始，到2014年7月全部结束。2014年9月18日进行第一次中间结构验收。此时地下汽车库顶板已基本完成覆土并作为施工材料堆场使用，验收情况良好。2015年5月该工程进行施工后浇带封闭施工，当时建筑物最大沉降量为6 mm，最小沉降量为3 mm。迄今为止，该建筑物整体沉降均匀，沉降速率基本平稳。地下汽车库使用情况良好，顶板、侧壁及底板均未出现结构性裂缝。说明桩基加固措施取得了预期的效果。

6 结 语

对于属隐蔽工程的钻孔灌注桩桩身完整性判别，设计人员不能仅仅基于桩基检测单位的结论，就简单地认为工程桩桩身施工质量良好，万无一失。而是应该结合工程地质勘察报告，认真分析基桩低应变实测信号曲线。首先判断桩底反射波是否存在，并从设计桩长是否过长、桩尺寸效应是否过大、桩端持力土层阻抗与桩身混凝土强度的匹配性等方面，分析不存在桩底反射波的具体原因;其次，要查明桩长范围内是否有明显的，由于桩身阻抗不同而造成的同相反射波，并分析该同相反射波是否是由于设计桩径的变化、桩施工时产生缩颈、夹泥或裂缝等原因造成。必要时还应根据现场施工条件，采用二次复测、现场开挖、钻芯取样等方法进行扩大验证［5-6］。

［1]杭州市城建设计研究院有限公司.浙江省建筑标准设计结构标准图集钻孔灌注桩2004 浙G23［S］.杭州:浙江省标准设计站，2004.

［2]刘兴禄，刘瑱.桩基工程与动侧技术500 问［M］.北京:中国建筑工业出版社，2013.

［3]陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术［M］. 北京:中国建筑工业出版社，2008.

［4]中国建筑科学研究院. JGJ 106—2014 建筑基桩检测技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2014.

［5]中国建筑科学研究院. JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［6]中国建筑科学研究院.GB 50010—2010 混凝土结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.