黃土場地樁基低應變試驗及樁基缺陷處理方法應用研究

雒成焱

（甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

低應變檢測技術是一種基于彈性波理論的技術，能夠準確全面地評價樁基礎的施工質量，且操作方法簡單，試驗成本較低，因此在實際工程中應用非常廣泛。樁基礎在施工過程中受地質情況和施工操作方法的影響很大，操作不當時會出現縮頸、斷樁、樁端沉渣超過規范限制等嚴重質量事故，影響主體結構安全。本文結合一實際工程，通過對低應變彈性波反射曲線的波形特征分析，找出樁身存在嚴重縮頸或斷樁缺陷的位置，后采取措施對缺陷進行處理，在確保樁基安全性的前提下采用了造價較低的處理方案，為類似工程質量事故的處理提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

該項目位于甘肅省秦安縣，為兩幢地上6 層地下1 層的鋼筋混凝土框架結構，采用樁-承臺基礎，樁為夯擴成孔灌注樁，樁直徑為450mm，單樁承載力特征值1000kN，樁身混凝土強度等級為C35。

建設場地東高西低，北高南低，內部地勢高差較大，相鄰樓的樁長差異較大。該地貌單元屬山前坡積裙，在勘察深度范圍內主要以第四世紀全新坡積物為主，場地地層依次向下為：（1）耕填土：以灰黃色粉質黏土為主，稍濕，呈可塑狀態，混有大量植物耕系、腐殖質、炭渣、瓦片等，該層土質不均勻，力學性能差，層厚0.3～0.8m；（2）黃土狀粉質黏土：灰黃色，干～稍濕，呈干硬～硬塑狀態，局部為可塑狀態，含白云母碎片、蝸牛貝殼碎片、灰黑色團塊、灰白色條紋、淺棕色團塊等，蟲、根孔發育，該層層厚約10.40～15.00m；（3）粉質黏土層：褐黃色，稍濕～濕，呈硬塑～可塑，局部為堅硬狀態，含白云母碎片、蝸牛白云母碎片、棕紅色團塊、青灰色團塊、灰白色菌絲、鈣質結構、灰黑色團塊等，勘察未揭穿該層，最大揭露厚度7.7m。

2 低應變試驗分析

2.1 試驗要求及缺陷判斷標準

試驗時被檢測樁均鑿去浮漿及破損部分，露出平整密實的樁頂混凝土。每根樁布置4 個檢測點，每個測試點記錄的有效信號數均大于3。試驗時設定的樁長為樁頂傳感器位置至樁底的實際樁長，激振位置與傳感器位置必須避開鋼筋籠，避免鋼筋對信號產生影響。

樁身缺陷的位置按下式估算：

x=△tx·c·1/2000

式中：x—缺陷位置至樁頂傳感器間的距離（m）；

Δtx—速度波第一峰與缺陷反射波峰之間的時間差（ms）；

c—受檢樁的樁身波速（m/s）。

完整性分類劃分：Ⅰ類樁：樁身結構完整；Ⅱ類樁：樁身結構基本完整，有輕微缺陷；Ⅲ類樁：介于Ⅱ類和Ⅳ類之間，有明顯缺陷；Ⅳ類樁：樁身存在嚴重缺陷，就完整性而言不能使用。

試驗嚴格按《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）中的規定試驗。

2.2 試驗結果及分析

因場地地質條件原因，施工時操作不當容易造成塌孔，為保證樁基質量，本次試驗檢測率為100%。根據現場所測波形，結合樁的混凝土設計等級要求，本工程樁身結構完整性劃分為四類，試驗結果見表1。

表1 樁身結構完整性試驗結果統計表

4# 樓118 號樁為Ⅳ類樁，波形曲線如圖1 所示，24# 樓88 號樁為Ⅲ類樁，波形曲線如圖2 所示，反射曲線均有明顯深部反射信號，缺陷反射非常清晰；其余有輕微缺陷Ⅱ類樁本文不再列出。由反射波曲線可以看出4# 樓嚴重缺陷樁缺陷位置距樁頂6.2m，24#樓嚴重缺陷樁缺陷位置距樁頂4.18m。

圖1 4# 樓118 號樁（Ⅳ類樁）波形曲線

圖2 24# 樓88 號樁（Ⅲ類樁）波形曲線

斷樁和嚴重縮頸樁嚴重影響建筑安全，必須予以處理。為驗證試驗結果的準確性和查明產生缺陷的原因，對有嚴重缺陷的兩根樁周邊進行開挖驗證。開挖后顯示，4# 樓118 號樁斷樁部位為6.05m處，斷裂長度為0.35m，中空無混凝土，該段全部被黃土填充，鋼筋完全裸露，如圖3 所示；24# 樓88 號樁嚴重縮頸位置為4.5m 處，缺陷形狀為高8cm、深9cm、長度30cm 的弧狀缺陷，且局部混凝土中鑲嵌沙土，強度很低，如圖4 所示。實際缺陷位置及程度與低應變試驗誤差很小，118 號樁誤差為1.25%，88號樁誤差為2%。

圖3 4# 樓118 號樁斷樁情況圖

圖4 24# 樓88 號樁嚴重縮頸情況圖

經對地質情況和樁基施工全過程分析可知，產生嚴重缺陷的原因如下：（1）此處黃土局部夾雜其他雜質，自然狀態下較松散，粘聚力很小，在澆筑混凝土時，產生的振動導致孔壁易塌落；（2）施工時采用護筒進料分兩次灌制混凝土，在護筒在拔管進行第二次進料時，缺陷部位拔管過高，導致護筒下口和混凝土頂面分離，使樁外壁黃土塌孔，土擠入樁身造成露筋、夾泥、縮頸、斷樁，形成樁身缺陷。

3 樁身缺陷處理

3.1 處理方案對比選取

方案一：將兩根嚴重缺陷樁完全拔出，原土回填后重新成孔澆筑混凝土。方案優點：可完全不考慮缺陷的影響，徹底解決問題。方案缺點：拔樁及后續成樁均需要大型機械作業，其余工程樁均已施工完畢，無大型機械作業場地，且處理造價很高，耗時也較長；

方案二：開挖至缺陷位置，人工鑿除缺陷以上的混凝土，重新澆筑后回填樁周土。方案優點：處理缺陷可靠性高，處理時間也較短。方案缺點：土方開挖量大，開挖支護困難，操作不當時對周邊樁會產生不利影響，且處理造價高；

方案三：將兩根缺陷樁作廢樁處理，就近補樁。方案優點:可完全不考慮缺陷的影響，徹底解決問題。方案缺點：因缺陷樁位于柱下，廢除后原設計承臺受沖切承載力不足，需加高承臺，要對承臺下的其他樁鑿去約0.5m，且需大型機械作業，耗時較長；

方案四：開挖至缺陷位置，對缺陷進行局部處理。方案優點：處理時間短，造價相對較低，且能保證承載力要求及完整性要求。方案缺點：在狹小空間內人工清理雜質、澆筑振搗混凝土，對施工現場管理及施工技術水平要求較高。

通過綜合對比四個方案，兼顧安全性、適用性、經濟性，最終選取方案四處理缺陷樁。

3.2 斷樁處理

4#樓118 號樁斷樁處理步驟如下：（1）自樁頂沿四周開挖至斷裂底面以下0.2m 處，原土夯實；（2）清理斷樁處黃土，剔除斷樁處上下表面含泥量較大的混凝土，現場上下各剔除約5cm 后露出密實混凝土，作表面鑿毛處理；（3）清除鋼筋表面灰漿，并對鋼筋做除銹處理；（4）沿樁周用磚砌直徑為0.8m 的磚模，高0.75m，將此范圍內的樁身混凝土鑿毛；（5）澆筑內摻2%膨脹劑的C40 混凝土，并用鋼釬搗實；（6）待混凝土初凝后，用原土分層回填至樁頂標高，回填壓實系數不小于0.95。

3.3 嚴重縮頸處理

24# 樓88 號樁斷樁處理步驟如下：（1）開挖及殘缺面處理同4# 樓118 號樁；（2）在缺陷部位混凝土表面涂混凝土界面劑，以增強新老混凝土的粘結力；（3）用內摻2%膨脹劑的C40 混凝土修補至原樁徑；（4）用直徑為550mm，厚為2.5mm，高1200mm的鋼管套在缺陷修補位置，鋼管應在缺陷正中，用膨脹螺栓將其與樁身固定，再用C40 細石混凝土填實；（5）待混凝土初凝后，用原土分層回填至樁頂標高，回填壓實系數不小于0.95。

3.4 缺陷處理效果評價

對處理后的兩根樁14d 后再次進行低應變試驗，試驗結果顯示，反射曲線有明顯深部反射信號，無缺陷反射信號，滿足樁身結構完整的要求，可評定為Ⅰ類樁，處理效果良好，達到了設計要求，且經濟性好。

4 結論及建議

（1）通過對黃土地區樁基低應變應用研究可以看出，低應變法在檢測樁基完整性時快捷可靠，反射曲線所顯示的缺陷位置與實際開挖后的缺陷位置誤差很小，118 號樁誤差為1.25%，88 號樁誤差為2%，對提前預判樁基質量和預選質量事故處理方案有極大的參考價值；

（2）黃土地區由于土質較疏松，產生塌孔的可能性較大，故在設計時應根據地質情況增大樁身完整性抽檢比例。建議對柱下承臺樁進行100%檢測，對樁-筏聯合基礎在地層情況較差時也采取100%檢測；

（3）本文所述的缺陷樁缺陷位置較淺，直接采用開挖的方式驗證，對于缺陷顯示較深或開挖不便時，建議采用鉆芯取樣法進行驗證缺陷；

（4）對于斷樁和嚴重縮頸的處理，必須加強現場質量控制，避免處理后產生二次缺陷；對處理后的樁，應待混凝土強度達到70%后再進行低應變試驗，必要時要進行高應變動力試樁或靜載荷試樁。

樁基缺陷的確定是一個理論試驗與現場驗證相結合的過程，樁基缺陷處理方案的確定是一個兼顧安全性與經濟性的過程，本文所選用的工程案例可供類似工程質量事故的處理提供一定的借鑒作用。