人工挖孔樁缺陷分析及加固效果探討

■賴 新

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路工程試驗(yàn)檢測中心站，福州 350004）

0 引言

低應(yīng)變反射波法和聲波透射法這兩種檢測方法是樁基檢測中常用的檢測方法，從低應(yīng)變法檢測波形能夠宏觀地掌握樁基的整體情況，并且能夠大致反映缺陷所在位置，但是對缺陷具體范圍，缺陷程度則反映不夠；而聲波透射法正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，針對不同的檢測剖面，定量分析多種聲波參數(shù)，并給出確切范圍，為缺陷處理工作提供了一手資料。同時(shí)，不同檢測手段在結(jié)果上相互應(yīng)證，提高檢測的準(zhǔn)確度。本文提出將這兩種方法綜合運(yùn)用的綜合檢測方法，并再輔以鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證，旨在提高缺陷的判別效率，增強(qiáng)檢測結(jié)果的可信度。

本文還對樁基中部缺陷加固處理方法進(jìn)行探討。樁基中部缺陷不像樁基頂部缺陷那樣比較好處理，一般情況下，樁基中部缺陷會出現(xiàn)斷樁、離析等現(xiàn)象，其補(bǔ)救和處理要依據(jù)缺陷的程度來定，缺陷程度小的，可以采用注漿方法處理；缺陷程度大的，需要注漿兩米以上的缺陷樁基，一般是廢棄處理，拔去缺陷樁，在原來的位置重新沖孔，插入鋼筋籠，澆筑混凝土，這叫做原位復(fù)樁，這種處理方法比較徹底，雖然難度大、周期長、費(fèi)用高，但是效果很好。除此方法之外，如果中部缺陷樁還有補(bǔ)救的可能，還可以采用缺陷樁外側(cè)鑿井法，即在缺陷樁外側(cè)鑿一輔助孔，直徑不少于80cm，深度一定要超過缺陷部位，然后再橫向開挖，并采用風(fēng)鎬鑿除樁身離析部位，最后再壓入高強(qiáng)度水泥漿。

1 工程施工概況

某橋梁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁設(shè)計(jì)，樁基編號3-1#樁，施工樁長19.80m，直徑2.Om，設(shè)計(jì)C30混凝土端承樁，設(shè)計(jì)持力層為中風(fēng)化灰?guī)r，灌注方法采用干灌工藝。

樁位地層巖性條件：3-1樁基地質(zhì)構(gòu)造①表層1m深灰黃色粉質(zhì)粘土→②12.0m深灰褐色碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖→③10.9m深青灰色中風(fēng)化變粒巖。

樁位水文地質(zhì)條件：樁位地表水主要是中部小溪溝水，水量自北向南橫穿橋址，水流量季節(jié)性變化大；樁位地下水主要為基巖風(fēng)化層裂隙水，即碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖段和中風(fēng)化變粒巖過渡段孔隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

2 缺陷樁檢測結(jié)果分析

根據(jù)低應(yīng)變反射法檢測的波形圖進(jìn)行分析，圖1中波速取值為4000m/s，波形整體較規(guī)整，但是激振后應(yīng)力波在距樁頂13m附近位置出現(xiàn)上界面反射波與初始入射波相位同相，而下界面反射波與入射波反相特征，整體波速降低，推測該處可能存在離析現(xiàn)象。

為確定缺陷情況，對該樁結(jié)合聲波透射法檢測。超聲透射法檢測的聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D詳見表1。

表 1 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D

圖1 3-1樁基低應(yīng)變反射波法波形圖

對該樁超聲透射法檢測的波形圖（聲速、波幅、PSD曲線圖和波列圖）進(jìn)行分析，采用了聲速判定，波幅判定和PSD判定三種判別方法對樁存在的缺陷進(jìn)行了定量分析。圖2中豎實(shí)線即為波速、波幅臨界值，低于聲速臨界值的部分且波幅值小于臨界值并且波動很大，說明聲能在此處衰減較快，該處混凝整體質(zhì)量較差。即可判定為可疑缺陷區(qū)。再對PSD曲線圖進(jìn)行分析，同樣在深度處，PSD參數(shù)值明顯高于其他各處，即該處存在缺陷的可能性極大。從圖2中發(fā)現(xiàn)6個(gè)剖面在12.2m～13.2m范圍內(nèi)聲速值及波幅值均小于臨界值，且該范圍內(nèi)的PSD參數(shù)值明顯高于其他各處，因此該樁12.2m～13.2m范圍內(nèi)樁身混凝土存在局部嚴(yán)重缺陷。

由圖3超聲透射法檢測的波列圖可見，在該樁受檢的6個(gè)剖面，均顯示在該深度處接收波形缺失嚴(yán)重，多個(gè)采樣點(diǎn)無明顯波形?？赏浦撋疃忍幓炷琳w質(zhì)量較差，存在離析或空洞等不密實(shí)的情況。

圖2 3-1樁基超聲透射法聲速、波幅、PSD曲線圖

圖3 3-1樁基超聲透射法缺陷部分的波列圖

為深入了解和切實(shí)掌握此部位的具體缺陷情況，參照超聲波檢測和低應(yīng)變檢測的波形圖，對缺陷部位采取鉆孔取芯取樣，均布3個(gè)鉆孔點(diǎn)，采用金剛石鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆孔直徑=100mm，鉆孔深度為樁頂以下20.56m。芯樣結(jié)果顯示該樁在12.4m～13.0m范圍內(nèi)混凝土局部嚴(yán)重離析，水泥漿少，芯樣破碎。取芯圖見圖4。

由于此工程時(shí)間緊，任務(wù)重，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工和檢測四方確認(rèn)，建議對該樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

3 樁基缺陷原因分析

為查找3-1樁基缺陷原因，業(yè)主方、施工方及監(jiān)理方從對樁基的缺陷位置、地質(zhì)、鉆孔成孔狀況及當(dāng)時(shí)施工原始記錄加以認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)下面3個(gè)方面的原因?qū)е铝嗽撏诳讟兜幕炷岭x析事故：①混凝土下料口在澆灌的時(shí)候與澆筑面之間具有太遠(yuǎn)的距離，這樣就很容易導(dǎo)致骨料與砂漿離析，同時(shí)如果沒有很好的振搗樁身混凝土，容易導(dǎo)致離析問題。②施工過程當(dāng)時(shí)為雨季且在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，裂隙等構(gòu)造形跡暴露無遺，土體透水性不均，在澆筑距樁頂12.4m附近時(shí)因風(fēng)化層裂隙水滲水較大，導(dǎo)致樁基12.4m～13.0m范圍內(nèi)樁身混凝土局部嚴(yán)重離析。③施工單位忽視了人工挖孔樁的施工質(zhì)量，沒有充分地認(rèn)識到混凝土澆筑在具有較高地下水位情況下的施工技術(shù)，在施工現(xiàn)場沒有具備豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，或者對工程進(jìn)度進(jìn)行片面追求等都是造成離析事故的重要原因。

圖4 3-1樁基檢測后驗(yàn)證取芯圖

4 缺陷加固處理方案確定

3-1樁基缺陷加固處理方案經(jīng)確認(rèn)，方案設(shè)計(jì)施工圖見圖5，具體加固處理過程為:①在原樁位外側(cè)1m附近人工開挖一直徑1.5m的輔助孔，挖至離析部位向下40cm，再橫向開挖接近處理樁后采用風(fēng)鎬鑿除樁頂下12.4m～13.0m范圍離析的混凝土 （取12.0m～13.4m范圍，確保離析混凝土能全部鑿除。）②混凝土雜物經(jīng)輔助孔運(yùn)至樁外，徹底鑿除清理完殘?jiān)箜?xiàng)目部橋梁工程師下井驗(yàn)收，查看聲測管是否完好、鋼筋是否采用幫條焊焊牢、螺旋筋按設(shè)計(jì)加密區(qū)加密、樁頭部位清理干凈。③驗(yàn)收合格后采用經(jīng)監(jiān)理批復(fù)的M50水泥漿從底向上埋管壓漿，壓漿泵采用UB3C型灰漿泵，漿液終止高度高于離析頂面40cm，以保證離析部位的漿液持續(xù)壓力在0.3～0.4MPa。先將高強(qiáng)度的水泥漿液灌注到樁身較大的空隙中，填充空隙，改善樁體的整體性，然后利用EEA環(huán)氧樹脂漿液的高滲透性充填細(xì)小孔隙，從而使基樁的整體強(qiáng)度得到提高,在此加固過程中應(yīng)嚴(yán)格控制好壓漿質(zhì)量及漿液配比。④壓漿完14d后再進(jìn)行樁基檢測，樁檢合格后才能主體下道工序施工。

圖5 3-1樁基加固處理方案設(shè)計(jì)施工圖

5 缺陷樁加固效果分析

在上述加固處理工作完成14日之后，對該樁進(jìn)行了復(fù)檢，通過比對加固前后反射波信號的曲線，能直觀地看出加固后反射波信號的變化，分析缺陷的特征是否發(fā)生了改變，并與完整樁的反射波信號的曲線進(jìn)行比對，并用鉆芯法對該樁的加固效果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，從而達(dá)到檢測加固效果的目的。

對加固后低應(yīng)變反射法檢測的波形圖圖6進(jìn)行分析，原缺陷波形為距樁頂13m附近樁身反射信號出現(xiàn)明顯的同相反射波特征，加固后原缺陷部位無同相反射波出現(xiàn)，且加固后樁端反射信號出現(xiàn)明顯的反相反射波特征，反射波的波形正常，則加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。

加固后超聲透射法檢測的聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D見表 2，對加固前后的超聲透射法檢測的波形圖（曲線圖和波列圖）進(jìn)行比對分析，從圖7中發(fā)現(xiàn)加固后的超聲透射法檢測的6個(gè)剖面的曲線圖，樁身波形完整，曲線光滑，無明顯毛刺、突起等，原缺陷部分的聲速值、波幅值現(xiàn)均大于臨界值，且PSD參數(shù)值沒有出現(xiàn)突變。圖8加固后波列圖中的原缺陷部分的波形現(xiàn)與正常波圖形相符。從超聲透射法檢測的數(shù)據(jù)來看，加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。

表2 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值A(chǔ)m、聲速臨界值VD、波幅臨界值A(chǔ)D

為了進(jìn)一步驗(yàn)證缺陷樁的加固效果，對該樁進(jìn)行鉆芯法輔助驗(yàn)證。芯樣結(jié)果顯示原缺陷12.4m～13.0m范圍內(nèi)樁身混凝土連續(xù)、完整、膠結(jié)較好、骨料分布基本均勻、呈柱狀、斷口基本吻合，則加固補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。3-1樁基加固后驗(yàn)證取芯圖見圖9。

圖6 3-1樁基加固后低應(yīng)變反射法波形圖

圖7 3-1樁基加固后超聲透射法聲速、波幅、PSD曲線圖

圖8 3-1樁基加固后超聲透射法波列圖

圖9 3-1樁基加固后驗(yàn)證取芯圖

6 結(jié)語

將低應(yīng)變反射波法和聲波透射法綜合運(yùn)用的綜合檢測方法，并再輔以鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證，能準(zhǔn)確判斷出缺陷具體范圍及缺陷程度，提高缺陷的判別效率，增強(qiáng)檢測結(jié)果的可信度。

根據(jù)以上檢測方法對該缺陷樁加固效果進(jìn)行驗(yàn)證，判定加固后的3-1樁基為Ⅱ類樁，補(bǔ)強(qiáng)效果良好，達(dá)到了合格樁的要求。按此方案處理缺陷樁的施工實(shí)踐，為處理樁身存在較大范圍質(zhì)量缺陷提供了一些成功的經(jīng)驗(yàn)：

⑴樁基礎(chǔ)由于設(shè)計(jì)承載力大，缺陷處理更應(yīng)格外慎重，需綜合考慮多方面因素，綜合比選后再最終確定；

⑵對樁身混凝土局部嚴(yán)重離析缺陷的樁基，采用缺陷樁外側(cè)鑿井再橫向開挖接近樁缺陷部位后采用風(fēng)鎬鑿除離析混凝土，最后再壓漿的補(bǔ)強(qiáng)加固法進(jìn)行加固處理，在保證工程質(zhì)量的前提下，確保了工程進(jìn)度。避免了經(jīng)濟(jì)上過多的損失，大大降低了處理成本；

⑶通過對比反射波曲線及透射波波形的大小變化，條件許可時(shí)，輔以鉆芯法驗(yàn)證，檢驗(yàn)缺陷樁的加固效果，較單純的反射波法曲線比對方法有明顯的優(yōu)勢。加固后，原缺陷在反射波曲線及透射波波形上無缺陷的波形反映，且聲速值在正常范圍時(shí)，可認(rèn)為加固效果良好。本橋樁基的加固方案具有施工簡單、效果良好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，對橋梁樁基的同類病害處理具有一定的參考價(jià)值。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.JTG/TF81-01-2004,公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程.北京：人民交通出版社出版，2004.

[2]福建省地方標(biāo)準(zhǔn).DB35/T 1446-2014,福建省公路工程基樁鉆芯法檢測技術(shù)規(guī)程（第一版）.2014.12.

[3]胡新發(fā)，柳建新.嵌巖樁加固補(bǔ)強(qiáng)效果檢測.湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)報(bào)）.

[4]鄭俊杰.地基處理技術(shù).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

[5]劉斌.樁基缺陷的成因及處理.建筑施工.