人工挖孔樁缺陷分析及加固效果探討

■賴 新

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

0 引言

低應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了這一缺點，針對不同的檢測剖面，定量分析多種聲波參數，并給出確切范圍，為缺陷處理工作提供了一手資料。同時，不同檢測手段在結果上相互應證，提高檢測的準確度。本文提出將這兩種方法綜合運用的綜合檢測方法，并再輔以鉆芯法進行驗證，旨在提高缺陷的判別效率，增強檢測結果的可信度。

本文還對樁基中部缺陷加固處理方法進行探討。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斷樁、離析等現象，其補救和處理要依據缺陷的程度來定，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，這叫做原位復樁，這種處理方法比較徹底，雖然難度大、周期長、費用高，但是效果很好。除此方法之外，如果中部缺陷樁還有補救的可能，還可以采用缺陷樁外側鑿井法，即在缺陷樁外側鑿一輔助孔，直徑不少于80cm，深度一定要超過缺陷部位，然后再橫向開挖，并采用風鎬鑿除樁身離析部位，最后再壓入高強度水泥漿。

1 工程施工概況

某橋梁基礎采用人工挖孔樁設計，樁基編號3-1#樁，施工樁長19.80m，直徑2.Om，設計C30混凝土端承樁，設計持力層為中風化灰巖，灌注方法采用干灌工藝。

樁位地層巖性條件：3-1樁基地質構造①表層1m深灰黃色粉質粘土→②12.0m深灰褐色碎塊狀強風化變粒巖→③10.9m深青灰色中風化變粒巖。

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

2 缺陷樁檢測結果分析

根據低應變反射法檢測的波形圖進行分析，圖1中波速取值為4000m/s，波形整體較規整，但是激振后應力波在距樁頂13m附近位置出現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象。

為確定缺陷情況，對該樁結合聲波透射法檢測。超聲透射法檢測的聲速平均值Vm、波幅平均值Am、聲速臨界值VD、波幅臨界值AD詳見表1。

表 1 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值Am、聲速臨界值VD、波幅臨界值AD

圖1 3-1樁基低應變反射波法波形圖

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行了定量分析。圖2中豎實線即為波速、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，該處混凝整體質量較差。即可判定為可疑缺陷區。再對PSD曲線圖進行分析，同樣在深度處，PSD參數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中發現6個剖面在12.2m～13.2m范圍內聲速值及波幅值均小于臨界值，且該范圍內的PSD參數值明顯高于其他各處，因此該樁12.2m～13.2m范圍內樁身混凝土存在局部嚴重缺陷。

由圖3超聲透射法檢測的波列圖可見，在該樁受檢的6個剖面，均顯示在該深度處接收波形缺失嚴重，多個采樣點無明顯波形。可推知該深度處混凝土整體質量較差，存在離析或空洞等不密實的情況。

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

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

由于此工程時間緊，任務重，經業主、設計、施工和檢測四方確認，建議對該樁進行補強加固處理。

3 樁基缺陷原因分析

為查找3-1樁基缺陷原因，業主方、施工方及監理方從對樁基的缺陷位置、地質、鉆孔成孔狀況及當時施工原始記錄加以認真分析，發現下面3個方面的原因導致了該挖孔樁的混凝土離析事故：①混凝土下料口在澆灌的時候與澆筑面之間具有太遠的距離，這樣就很容易導致骨料與砂漿離析，同時如果沒有很好的振搗樁身混凝土，容易導致離析問題。②施工過程當時為雨季且在施工現場發現，裂隙等構造形跡暴露無遺，土體透水性不均，在澆筑距樁頂12.4m附近時因風化層裂隙水滲水較大，導致樁基12.4m～13.0m范圍內樁身混凝土局部嚴重離析。③施工單位忽視了人工挖孔樁的施工質量，沒有充分地認識到混凝土澆筑在具有較高地下水位情況下的施工技術，在施工現場沒有具備豐富經驗的技術人員，或者對工程進度進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確認，方案設計施工圖見圖5，具體加固處理過程為:①在原樁位外側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混凝土雜物經輔助孔運至樁外，徹底鑿除清理完殘渣后項目部橋梁工程師下井驗收，查看聲測管是否完好、鋼筋是否采用幫條焊焊牢、螺旋筋按設計加密區加密、樁頭部位清理干凈。③驗收合格后采用經監理批復的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壓力在0.3～0.4MPa。先將高強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環氧樹脂漿液的高滲透性充填細小孔隙，從而使基樁的整體強度得到提高,在此加固過程中應嚴格控制好壓漿質量及漿液配比。④壓漿完14d后再進行樁基檢測，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計施工圖

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，對該樁進行了復檢，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生了改變，并與完整樁的反射波信號的曲線進行比對，并用鉆芯法對該樁的加固效果進行進一步驗證，從而達到檢測加固效果的目的。

對加固后低應變反射法檢測的波形圖圖6進行分析，原缺陷波形為距樁頂13m附近樁身反射信號出現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，且加固后樁端反射信號出現明顯的反相反射波特征，反射波的波形正常，則加固補強效果良好，達到了合格樁的要求。

加固后超聲透射法檢測的聲速平均值Vm、波幅平均值Am、聲速臨界值VD、波幅臨界值AD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）進行比對分析，從圖7中發現加固后的超聲透射法檢測的6個剖面的曲線圖，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、波幅值現均大于臨界值，且PSD參數值沒有出現突變。圖8加固后波列圖中的原缺陷部分的波形現與正常波圖形相符。從超聲透射法檢測的數據來看，加固補強效果良好，達到了合格樁的要求。

表2 3-1樁基聲速平均值Vm、波幅平均值Am、聲速臨界值VD、波幅臨界值AD

為了進一步驗證缺陷樁的加固效果，對該樁進行鉆芯法輔助驗證。芯樣結果顯示原缺陷12.4m～13.0m范圍內樁身混凝土連續、完整、膠結較好、骨料分布基本均勻、呈柱狀、斷口基本吻合，則加固補強效果良好，達到了合格樁的要求。3-1樁基加固后驗證取芯圖見圖9。

圖6 3-1樁基加固后低應變反射法波形圖

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樁基加固后驗證取芯圖

6 結語

將低應變反射波法和聲波透射法綜合運用的綜合檢測方法，并再輔以鉆芯法進行驗證，能準確判斷出缺陷具體范圍及缺陷程度，提高缺陷的判別效率，增強檢測結果的可信度。

根據以上檢測方法對該缺陷樁加固效果進行驗證，判定加固后的3-1樁基為Ⅱ類樁，補強效果良好，達到了合格樁的要求。按此方案處理缺陷樁的施工實踐，為處理樁身存在較大范圍質量缺陷提供了一些成功的經驗：

⑴樁基礎由于設計承載力大，缺陷處理更應格外慎重，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重離析缺陷的樁基，采用缺陷樁外側鑿井再橫向開挖接近樁缺陷部位后采用風鎬鑿除離析混凝土，最后再壓漿的補強加固法進行加固處理，在保證工程質量的前提下，確保了工程進度。避免了經濟上過多的損失，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，輔以鉆芯法驗證，檢驗缺陷樁的加固效果，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，可認為加固效果良好。本橋樁基的加固方案具有施工簡單、效果良好、經濟實用的特點，對橋梁樁基的同類病害處理具有一定的參考價值。

[1]中華人民共和國行業標準編寫組.JTG/TF81-01-2004,公路工程基樁動測技術規程.北京：人民交通出版社出版，2004.

[2]福建省地方標準.DB35/T 1446-2014,福建省公路工程基樁鉆芯法檢測技術規程（第一版）.2014.12.

[3]胡新發，柳建新.嵌巖樁加固補強效果檢測.湖南科技大學學報（自然科學報）.

[4]鄭俊杰.地基處理技術.武漢：華中科技大學出版社，2004.

[5]劉斌.樁基缺陷的成因及處理.建筑施工.