基樁低應變檢測結果的識別與基樁缺陷處理

周 敏，孫 達

ZHOU Min，SUN Da

(浙江省城鄉綜合設計院有限公司，浙江 杭州310005)

1 概 述

對于浙江東南沿海軟土地區的建設項目，工程樁的設計有效長度往往超過40 m。在新的《建筑基樁檢測技術規范(JGJ 106—2014)》正式實施之前，大多數建設項目的工程樁樁身都沒有預埋聲波測試管，樁身完整性判別只能依靠樁基檢測單位的低應變檢測報告。而由于各種各樣的原因，樁基檢測單位基本不出具某些樁為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁的檢測結論。因此，這種檢測報告雖然看上去很完美，但這顯然不符合軟土地區樁基施工時，樁身混凝土施工質量的隨機分布規律。如何正確地閱讀基樁低應變檢測報告，準確地判斷樁身完整性類別，逐漸成為設計人員保證工程得以順利、可靠實施的重要環節。

2 工程概況

本案例涉及工程為溫州市蒼南縣龍崗鎮松濤路地塊農房改造集聚小區獨立地下汽車庫，建筑面積21706 m2，層高4.0 m，主要用作汽車庫及設備用房，為單層地下建筑。地下汽車庫底板板面標高為-5.500 m，頂板板面標高為-1.500 m，上覆1.2 m厚種植土。

采用全現澆鋼筋混凝土框架結構，柱下獨立承臺，樁型選用Φ700 泥漿護壁鉆孔灌注樁。樁編號為ZKZ-D700 -70.0 -35.0(A2)-35.0(S154)-C25［1］，樁 身 上 部35 m 配10Φ16，下 部35 m 配6Φ16，Φ8@250，設計有效樁長70 m。單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=1600 kN，單樁豎向抗拔承載力特征值R'a=400 kN。樁端進入持力層(④3號圓礫層)深度≥1.5 m，施工時以樁長控制為主，總樁數為609 根。

根據浙江山川有色勘察設計有限公司提供的《龍港鎮松濤路地塊農房改造集聚小區巖土工程勘察報告》，地基自上而下分布見表1。

本場地地形較平坦，勘察期間測得鉆孔內地下水初見水位在地表以下0.90～1.30 m，穩定水位在地表以下0.30～0.80 m，本地區地下水水位常年變幅較小，一般小于2.0 m，地下室抗浮設計水位取為設計室外地坪標高。

表1 各土層主要物理力學參數

2012年9月29 日開始打工程樁試樁，試樁時采用正循環鉆進成孔，反循環清孔。選用膨潤土制備泥漿，泥漿相對密度為1.15。孔口設置6 mm厚、1.50 m 高鋼板護筒，護筒內徑為800 mm。當根據地質報告勘探剖面明確鉆頭進入④3號圓礫層后，繼續下鉆，直到確保鉆頭進入持力層深度≥1.5 m;并記錄最后300 mm 的鉆進深度中，每鉆進100 mm 所需時間，以此作為施工時貫入度控制參考標準。鋼筋籠吊裝完畢后，安置導管二次清孔。待各項指標檢查合格后，立即澆灌樁身商品混凝土。樁身商品混凝土坍落度約為240 mm，充盈系數為1.20。上述參數均作為施工時控制標準，試樁情況良好。

2013年11 月采用堆載法進行基樁靜載荷試驗，樁身承載力符合規范及設計要求。2013年12月4日進行局部基坑驗槽。2014年3月分批進行樁位偏差驗收，施工單位提供了樁位偏差記錄數據和基樁低應變檢測簡報。低應變檢測采用反射波法，設備為武漢巖土力學研究所制造的FDP 204PDA 掌上動測儀，傳感器為加速度傳感器。從各批次低應變檢測簡報的結論來看，所有工程樁均為Ⅰ類或Ⅱ類樁，符合規范及設計要求，結論顯示樁基工程施工質量非常完美。

3 理論簡述

根據一維彈性桿的波動理論，桿件的阻抗變化與桿件的截面尺寸、質量密度、彈性模量等因素或某一因素變化有關。阻抗變化處的力(F)、速度(V)幅值與阻抗差值成正比，即桿件阻抗變化越大，反射波的信號就越強［2］。示意簡圖見圖1(角標I、R、T分別示意入射、反射和透射)。

圖1 波在自由樁中的傳播

根據文獻［2］介紹，采用特征線波動方程分析計算軟件，同時考慮土的阻尼和彈性階段土的阻力共同作用，計算一些比較典型的實例，得出的波形見圖2。

通常講，樁身完整性缺陷有位置、類型和程度三個指標，而缺陷程度對樁身完整性分類是最重要的。低應變動測法不能判斷樁身缺陷的具體類型，也不能對樁身缺陷程度作出準確的定量判斷［3］;但是，該方法能對樁身缺陷程度作出基本的定性判斷(如判斷缺陷程度為輕微、中等或嚴重)，具有較高的可信度和參考價值。

圖2 不同樁身阻抗變化時樁頂波速響應波形

4 工程實例分析

基于上述理論，筆者仔細查閱了基樁低應變檢測簡報，發現有一部分被判定為Ⅱ類樁的樁身低應變實測信號曲線與《建筑基樁檢測技術規范(JGJ 106—2014)》［4］提供的完整樁典型時域信號特征曲線有較大區別。考慮到樁頂以下3.0 m 范圍內的樁側土體便于人工開挖驗證，筆者挑選出低應變實測信號曲線上(2L/c 時刻之前)反射波信號比較強的dxs-25#工程樁，初步判定該樁的樁身距離樁頂以下3.0 m 范圍內可能有較大缺陷。具體分析過程如下:

dxs-25#樁初始低應變實測信號曲線見圖4。筆者就該條信號曲線提出兩點疑問:(1)dxs-25#樁的實測信號曲線沒有反映樁底反射波，但檢測報告中只字未提;(2)dxs-25#樁在距離樁頂約2.1、6.7、16.0 m(圖4 中較長虛線所示)部位，存在三處較強的與入射波同相位的反射波。說明在上述部位，樁身混凝土離析情況可能比較嚴重［2］，甚至已經產生了較大的水平裂縫［2］。這些缺陷會較大程度地削弱樁身抗壓，特別是抗拔承載力，建議加固處理。而檢測報告中僅描述為“dxs -25#樁在距離樁頂約2.1 m處有輕微缺陷”，將這根樁判定為Ⅱ類樁，很可能漏判該樁為Ⅲ類樁。

針對筆者提出的疑問，五方責任主體單位于2014年3月底在現場召開了協調論證會。

圖4 dxs-25#樁時域信號曲線

針對筆者提出的第一點疑問，大家基本上達成了共識。因為對于處在軟土地區的長樁，由于樁周土和樁身阻抗的變化以及檢測設備激振能量損耗等原因，低應變實測信號曲線基本上不能反映樁底反射波［3］。但是對于第二點疑問及建議，施工單位有較大的抵觸情緒。他們認為不同檢測設備之間的差別以及檢測設備本身的系統誤差，可能造成上述假象;但是，樁身質量是較好的，故不愿意對Ⅱ類樁進行加固處理。為了做到對癥下藥，以理服人，筆者提出根據現場施工條件的便利程度，由施工單位分別采用二次低應變復測、上部樁側土體開挖、上部樁身鉆芯取樣三種方式，對dxs-25#樁進行驗證。

dxs-25#樁二次低應變復測樁身信號曲線見圖5。

圖5 dxs-25%樁復測時域信號曲線

從復測信號曲線上看，dxs -25#樁在距離樁頂附近部位出現低頻、大振幅、大擺動波形，說明該樁身混凝土在樁頂附近已經嚴重離析［2］;復測結果仍然不能很好地滿足Ⅱ類樁的要求，建議進行加固處理。

對dxs-25#樁再進行樁身上部淺層(≤3.0 m)開挖驗證，見圖6、圖7。

圖6 dxs-25#樁側開挖深度復核

圖7 dxs-25#樁側開挖全貌

現場開挖后顯示，dxs-25#樁頂附近混凝土明顯離析，采用ZC3 -A 數顯回彈儀測得樁側混凝土強度僅為C13～C19(僅作為現場參考，未出具正式報告)。混凝土表面多處疏松、蜂窩、麻面。樁身水平箍筋斷裂，縱向鋼筋籠嚴重偏位。部分縱向鋼筋保護層厚度已接近于零，而部分縱向鋼筋保護層厚度已大于250 mm。開挖情況與筆者根據實測信號曲線作出的判斷基本一致，樁身完整性不符合Ⅱ類樁的判定標準［3］，建議對樁身進行加固處理。

最后對dxs-25#樁進行樁身上部淺層(≤3.0 m)鉆芯取樣，照片見圖8。

圖8 dxs-25#樁上部淺層芯樣

dxs-25#樁的鉆芯結果(僅作為現場參考，未出具正式報告)顯示，在距離樁頂約1.2～1.8 m 范圍內樁身混凝土嚴重離析，局部混凝土芯樣破碎，芯樣破碎段長度明顯小于100 mm，混凝土質量疏松、膠結不良。雖然低應變檢測報告描述的樁身缺陷部位(樁頂以下2.1～2.4 m)與現場鉆芯取樣結果有差別，但是在樁身缺陷程度的定性判別上，數據和實物對樁身缺陷程度的反映是基本一致的。根據《建筑基樁檢測技術規范(JGJ 106—2014)》［4］的規定，該樁應至少判Ⅲ類樁。

5 加固措施

當樁身在距離樁頂3.0 m 范圍以外存在質量缺陷時，考慮到其樁頂附近的樁身抗壓承載力基本滿足，而缺陷部位的樁身抗拔承載力要求已隨深度增加而明顯降低，為封閉樁身可能存在的裂縫，提高工程樁的耐久性，筆者建議對此類樁采取樁側土體注漿加固的處理措施。

至此，五方責任主體單位均同意筆者提出的建議，對樁身質量有明顯缺陷的工程樁進行加固處理。具體的加固措施如下:

(1)對距離樁頂3.0 m 范圍以內，樁身實測信號曲線存在明顯缺陷的樁(共14 根，具體樁號略)，樁側土體進行人工開挖，鑿除有缺陷部位的樁身混凝土，對樁身鑿除區域采用C30 細石混凝土補強處理;對樁側人工開挖土體采用C25 細石混凝土灌實。

(2)對距離樁頂3.0 m 范圍以外，樁身實測信號曲線存在明顯缺陷的樁(共22 根，具體樁號略)，首先對距離樁頂3.0 m 范圍以內樁側土體(樁側外約1 倍樁身直徑范圍)進行人工開挖，同時預埋注漿管;然后采用C25 細石混凝土對樁側人工開挖土體進行回填灌實。最后對缺陷區域樁周土(樁側外1 倍樁身直徑范圍，深度為實測信號曲線顯示的缺陷部位上、下各2.0 m)采用水泥漿注漿加固處理，每根注漿管水泥注入量約400 kg。

具體的開挖灌實和注漿加固工作從2014年4月開始，到2014年7月全部結束。2014年9月18日進行第一次中間結構驗收。此時地下汽車庫頂板已基本完成覆土并作為施工材料堆場使用，驗收情況良好。2015年5月該工程進行施工后澆帶封閉施工，當時建筑物最大沉降量為6 mm，最小沉降量為3 mm。迄今為止，該建筑物整體沉降均勻，沉降速率基本平穩。地下汽車庫使用情況良好，頂板、側壁及底板均未出現結構性裂縫。說明樁基加固措施取得了預期的效果。

6 結 語

對于屬隱蔽工程的鉆孔灌注樁樁身完整性判別，設計人員不能僅僅基于樁基檢測單位的結論，就簡單地認為工程樁樁身施工質量良好，萬無一失。而是應該結合工程地質勘察報告，認真分析基樁低應變實測信號曲線。首先判斷樁底反射波是否存在，并從設計樁長是否過長、樁尺寸效應是否過大、樁端持力土層阻抗與樁身混凝土強度的匹配性等方面，分析不存在樁底反射波的具體原因;其次，要查明樁長范圍內是否有明顯的，由于樁身阻抗不同而造成的同相反射波，并分析該同相反射波是否是由于設計樁徑的變化、樁施工時產生縮頸、夾泥或裂縫等原因造成。必要時還應根據現場施工條件，采用二次復測、現場開挖、鉆芯取樣等方法進行擴大驗證［5-6］。

［1]杭州市城建設計研究院有限公司.浙江省建筑標準設計結構標準圖集鉆孔灌注樁2004 浙G23［S］.杭州:浙江省標準設計站，2004.

［2]劉興祿，劉瑱.樁基工程與動側技術500 問［M］.北京:中國建筑工業出版社，2013.

［3]陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質量檢測技術［M］. 北京:中國建筑工業出版社，2008.

［4]中國建筑科學研究院. JGJ 106—2014 建筑基樁檢測技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2014.

［5]中國建筑科學研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［6]中國建筑科學研究院.GB 50010—2010 混凝土結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2011.