小坑水库塌陷加固工程冲孔灌注桩基检测研究

邓县芳

(韶关衡正源工程技术服务有限公司,广东 韶关 512000)

0 引言

小坑水库是广东地区的重要水利水电工程,但由于长期使用和自然因素的影响,小坑水库工农渠K4+300处存在塌陷问题,对水库的安全性和稳定性构成了威胁。因此,进行小坑水库塌陷加固工程是至关重要的,旨在恢复水库的正常功能并确保其长期稳定运行。

1 研究的目的和意义

冲孔灌注桩是小坑水库塌陷加固工程中的关键技术之一,它能够增加地基的承载力和稳定性,有效防止地基沉降和变形。冲孔灌注桩基的质量和性能直接影响整个加固工程的效果和持久性。因此,对冲孔灌注桩基进行准确的检测和评估是确保加固工程质量的重要环节[1]。

检测研究旨在对小坑水库塌陷加固工程中的冲孔灌注桩基进行全面的检测和评估,以了解其质量、性能和稳定性。具体目的和意义包括:

评估冲孔灌注桩基的承载能力和变形特性,为工程设计提供依据。

确定冲孔灌注桩基在工程中的实际应变情况,评估其受力状态和稳定性。

利用抽芯法对冲孔灌注桩基的混凝土进行抽检,检验其强度和质量。

通过数据采集、处理和分析,掌握冲孔灌注桩基的整体质量状况,为后续的加固工作提供依据。结合广东地区的技术要求和实际情况,为小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程的实施提供技术支持和指导。以上所述的检测研究目的和意义将为小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程的顺利进行和成功实施提供重要依据,确保工程的质量和安全性,为广东地区的水利水电工程发展做出积极贡献。

2 方法介绍

2.1 高、低应变检测方法的原理和应用

假设桩中某处阻抗发生变化,当应力波从介质Ⅰ(阻抗为Z1)进入介质Ⅱ(阻抗为Z2)时,将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。

缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定,缺陷位置根据反射波的时间tx由下式确定:

2.2 钻芯法在桩基检测中的作用和优势

钻芯法适用于检测混凝土灌注桩和地下连续墙的桩长、墙深、桩身/墙身混凝土强度、桩身/墙身完整性、桩底/墙底沉渣厚度,并判定或鉴别桩底/墙底持力层岩土性状。此外,钻芯法还适用于检测有粘结强度的复合地基增强体的桩长、桩身强度、桩身完整性,并判定或鉴别桩底持力层岩土性状。该方法还可用于检测水泥土墙的墙深、墙身水泥土强度、墙身完整性,并判定或鉴别墙底岩土性状,以及岩石地基的岩石强度,并判定或鉴别岩性及风化程度。钻芯法所需设备包括液压操纵的钻机和适宜的水泵,钻具的选取应根据检测对象选择合适的钻具类型,并配备必要的附件,如孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器和可捞取松软渣样的钻具。钻头的选取应根据具体情况选择金刚石钻头或合金钻头,并确保外径符合要求。在现场操作中,钻芯孔数、钻孔位置和钻探深度应根据规定合理选择,以满足设计要求和检测需要[3]。

在检测时将各钻芯孔的桩底沉渣厚度从小到大依次按下式排序:

δ1≤δ2……≤……δn

按下式计算桩底沉渣厚度加权平均值:

δ=(δ1+2δ2+……nδn)/(1+2+……+n)

式中:δ为受检桩的桩底沉渣厚度;δi为第 i钻芯孔的桩底沉渣厚度;n为同一受检桩的钻芯检测孔数。

2.3 混凝土抽检的目的和检测流程

混凝土抽检的目的是评估混凝土的抗压强度。采用压力机或万能试验机进行试验,预计破坏荷载应在试验机全量程的20%～80%之间,并符合GB/T 3159和GB/T 2611的规定,级别不低于1级。

试验前需准备钢质垫板和钢质球座。钢质垫板应大于试件的承压面积,厚度不小于25 mm,表面平整光滑,平面度偏差不超过边长的0.02%,表面粗糙度Ra不大于0.80 μm,硬度不小于55 HRC,硬化层厚度不小于5 mm。钢质球座的球面和球窝粗糙度Ra不大于0.32 μm,转动灵活。对于大压板或无球座的压力机,应在试件与上压板之间加入合适尺寸的球座。卡尺的分度值不大于0.1 mm,钢直尺的分度值不大于1 mm。辅助器具包括万能角度尺、刀口形直尺、塞尺等[4]。试验步骤如下:

制作和养护试件,每组3个边长为150 mm的立方体试件,成型前用湿筛法筛除粒径大于40 mm的骨料。

达到规定的试验龄期后,取出试件并用湿布覆盖,保持潮湿状态。

试验前将试件擦拭干净,检查外观,并在上下承压面的中部位置测量宽度(精确到1 mm)。试件的外观和偏差应符合规定。

清洁试验机的上下压板,将试件放在试验机下压板中部,以成型时的侧面为承压面。如有必要,在试验机的上下压板与试件之间加入钢垫板,并在上压板与试件之间夹放钢质球座。

设定试验机的加载速度为18～30 MPa/min,并启动试验机。当上压板与垫板接触时,调整球座使试件受压均匀。持续而均匀地加载试件直至破坏,记录破坏荷载(精确到0.01 kN)。如采用手动控制加载速度,当试件接近破坏并开始迅速变形时,应停止调整试验机直至试件破坏。

试验完成后,取下试件并观察破坏后的形貌。如有明显的非均匀受压破坏现象,应做记录。

试验结果处理时,按照以下的公式计算混凝土立方体的抗压强度。

Fcc=P/A×1 000

(1)

式中:Fcc为抗压强度,MPa;P为破坏荷载,kN;A为试件承压面积,mm2。

3 检测方案设计

3.1 根据工程要求确定检测参数和指标

在小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程中,根据工程要求,需要明确确定进行检测的参数和指标。这些参数和指标的选择应考虑到工程的特点和目标,以确保检测结果能够准确反映桩基的状态和质量。

关注桩基的完整性是至关重要的。通过检测桩身的结构完整性,可以判断是否存在缺陷,如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等,并对其进行分类和评估。此外,还需要考虑混凝土的强度和均匀性,以确保桩基在工程中能够承担预期的荷载。

确定检测参数和指标时,需要根据工程要求制定相应的标准和规范。这些标准和规范可以包括对桩身完整性的评估等级划分,如Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类,以及对混凝土强度和均匀性的要求等。

此外,还需要考虑检测精度和可接受范围。根据工程的需求,确定合理的检测精度,确保检测结果的准确性和可靠性。同时,也需要确定可接受的范围,即在何种程度下判定桩基符合工程要求。根据工程要求确定检测参数和指标是小坑水库塌陷加固工程中检测研究的基础。通过合理选择参数和指标,并制定相应的标准和规范,可以确保检测结果的科学性和可靠性,为工程的安全和可持续发展提供重要的支持[5]。

3.2 设计合适的检测方案和流程

根据确定的检测参数和指标,需要设计出合适的检测方案和流程,以保证能够全面、准确地获取所需的数据和信息。

3.2.1 需要确定采样点的位置和数量

根据工程要求和检测目标,合理选择采样点的位置,涵盖桩基的不同部位和特征,以确保采样点具有代表性和可比性。同时,也需要确定适当的采样数量,以保证数据的统计可靠性。

3.2.2 制定采样方案

根据检测参数和指标的要求,确定采样的具体方法和步骤。这可能包括使用特定的工具和设备进行采样,采集样本并保证其完整性和保存,以便后续的实验和分析。

3.2.3 安排合理的实地检测顺序和步骤

根据检测方案,确定实地检测的顺序和流程,以确保检测工作的高效性和连贯性。这可能包括先进行桩身完整性的检测,再进行混凝土强度和均匀性的检测,或根据实际情况灵活调整检测顺序。

在设计检测方案和流程时,还需考虑安全因素和操作规范。确保检测过程中的人员安全和设备的正确操作,遵循相关的规范和标准,以保证数据的准确性和可靠性。

3.3 确定合适的检测设备和仪器

根据检测方案的要求,选择适用的检测设备和仪器。这些设备和仪器可以包括高低应变检测设备、抽芯工具、混凝土强度测试仪器等。确保所选设备和仪器的准确性、可靠性和适用性,并进行必要的校准和调试,以确保检测结果的准确性和可比性。检测仪器为北京康科瑞公司生产的KON-PIT(N)桩基完整性检测仪。该仪器经广州市计量检测技术研究院检定,检验合格,且在有效期内。检测设备及现场联接见图1。

通过合理设计的检测方案和流程,并使用适当的检测设备和仪器,可以高效、准确地进行小坑水库塌陷加固工程冲孔灌注桩基的检测工作。这将为工程的顺利进行和后续的加固工作提供重要的技术支持和依据。

4 实施与数据采集

4.1 检测前的准备工作和现场布置

在进行检测之前,需要做好充分的准备工作。这包括准备检测所需的设备和仪器,确保其正常运行和准确性。对检测区域进行现场布置,包括确定采样点的位置和布局,设置必要的测点和标志,确保后续的检测工作能够顺利进行。

4.2 检测过程中的数据采集和记录

根据检测方案和流程,按照设定的顺序和步骤进行数据采集。使用相应的检测设备和仪器,记录和测量所需的参数和指标。在数据采集过程中,要保证操作的准确性和一致性,遵循标准操作规程,并及时记录所得数据和观测结果。

图1 检测仪器设备现场连接示意图

4.3 数据的处理和分析方法

对采集到的数据进行处理和分析,以获得有关桩基和混凝土状况的详细信息。这可以包括计算高低应变数据、评估混凝土强度和均匀性等。使用适当的数据处理和分析方法,如统计分析、图表绘制和相关性分析等,对数据进行整理和解读。根据数据处理和分析的结果,评估桩基的稳定性和质量状况,并提出必要的建议和措施。

通过实施合理的检测方案和流程,采集准确的数据并进行适当的处理和分析,可以获得关于小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程冲孔灌注桩基的详细信息和评估结果。这将为工程的后续设计和施工提供可靠的参考和依据,确保工程的质量和安全性。

5 结果与分析

根据所测波形特性和桩的砼设计强度等级要求,本工程对桩身结构的完整性进行了划分,共分为四类:

Ⅰ类:桩身完整,未发现明显缺陷或损伤,具备良好的结构完整性。

Ⅱ类:桩身存在轻微缺陷,但这些缺陷不会对桩身结构承载力的正常发挥产生明显影响。

Ⅲ类:桩身存在明显缺陷,这些缺陷会对桩身结构承载力产生一定影响。

Ⅳ类:桩身存在严重缺陷,这些缺陷对桩身结构承载力造成严重影响。

检测结果详见表1,表中包含桩长、桩径等资料。所测得的波形曲线可参考附图。需要注意的是,本次检测未能充分考虑地质条件和桩土间的相互关系,因此无法测出桩的承载力。若需要获取桩的承载力数据,建议进行高应变动力试桩或静载试桩。

表1 桩身结构完整性检测结果表

本次共检测2根工程桩,其中:

Ⅰ类桩1根,Ⅱ类桩1根。

此外,本次检测也无法确定缺陷的具体类型,可能存在多种缺陷形式,如混凝土胶结质量差、局部松散、夹泥、破碎、离析、气孔、蜂窝麻面、沟槽、空洞、分层现象等。根据波形特性和结构设计要求,对小坑水库塌陷加固工程的桩身结构完整性进行了分类划分,提供了初步评估结果和缺陷的可能性。若需要更详细和准确的信息,建议进行进一步的试验和评估工作。

5.1 针对高、低应变检测结果的分析和评估

对于高、低应变检测方法所得到的数据,进行系统的分析和评估。根据应变数据的变化趋势和幅值大小,评估桩身结构的完整性和稳定性。分析不同检测点之间的应变差异,并结合工程要求和设计标准,对检测结果进行综合评价和判断。

5.2 抽芯法检测结果的解读和分析

对于抽芯法所获得的样本,进行详细的观察和分析。评估样本的完整性、质量和代表性,以及其中可能存在的缺陷或异常情况。分析抽芯样本中的混凝土结构、密实度、均匀性等关键特征,并与设计要求进行比对和评估。

5.3 混凝土抽检结果的评估和比对分析

对于混凝土抽检所得到的样本数据,进行细致的评估和分析。考察混凝土的强度、密实度、含水量等关键指标,与设计要求进行比对和评价。根据混凝土抽检结果,评估混凝土的质量状况和均匀性,以及可能存在的缺陷和问题。

通过对检测结果的综合分析和评估,可以全面了解小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程冲孔灌注桩基的状况和质量,发现存在的问题和风险,为后续的工程施工和加固措施提供科学依据。同时,可以根据分析结果提出改进建议和优化措施,以确保工程的稳定性、安全性和持久性。然而,本研究还存在一些局限性。由于未考虑地质条件和桩土间相互关系的影响,无法准确测出桩的承载力。因此,在实际工程中,建议进行高应变动力试桩或静载试桩以获取更准确的承载力数据。此外,本研究未能确定缺陷的具体类型,对于缺陷形式的识别和定量评估还需进一步研究。

本研究对小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程冲孔灌注桩基的检测研究提供了初步的结果和分析,为工程加固过程中的决策和措施提供了重要的技术支持。然而,仍需要进一步完善和深入研究,以提高检测方法和技术的准确性和可靠性,为工程的安全和可持续发展提供更可靠的保障。

6 结语

本次研究对小坑水库工农渠K4+300处地面塌陷加固工程中冲孔灌注桩基的检测进行了全面而深入的研究。通过采用高、低应变检测方法、抽芯法和混凝土抽检技术,对桩身结构的完整性和质量进行了评估和分析。研究结果表明,冲孔灌注桩基作为加固工程的关键部分,其结构完整性对工程的稳定性和承载能力具有重要影响。通过合理选择检测参数和指标、设计合适的检测方案和流程,并配备适当的检测设备和仪器,可以有效地对桩基进行评估和监测。