樁側土空洞對樁基檢測影響分析

李 健 （1.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031；2.安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

樁基作為隱蔽工程，由于其地質條件復雜多變，因此會存在地下空洞情況，給樁基的施工和檢測帶來嚴重的影響。樁基檢測技術是保證樁基質量的重要手段，主要有樁身完整性檢測和承載力檢測。樁身完整性檢測是反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續性的綜合定性指標，作為樁身完整性應用最普遍的方法，低應變反射波法的理論基礎為一維彈性桿縱波理論[1-7]；承載力檢測是指檢測基樁的單樁承載力，可分為單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力和單樁水平承載力，其中單樁豎向抗壓承載力檢測采用單樁豎向抗壓靜載試驗[8]。由于樁身周圍土質情況復雜，對樁身完整性檢測和承載力檢測會存在一定的影響。本文根據工程實例探討了樁側土存在空洞對樁身完整性檢測和承載力檢測的影響。

1 項目概況

項目位于合肥市，工程樁基設計等級為甲級，采用鉆孔灌注樁，基樁設計為摩擦端承樁，樁徑800mm，設計樁長27m，總樁數76 根。根據設計圖紙，本工程基樁樁端持力層為⑥2層中風化泥質砂巖，極限端阻力標準值為4500kPa，設計樁端全截面進入持力層不小于3m，樁底沉渣厚度小于50mm，單樁豎向抗壓承載力特征值為3300kN，樁身混凝土設計強度等級C35。

根據勘察單位提供的勘察報告，本項目在支護樁施工過程中，在場地西南角基坑范圍發現老舊地下空洞，并且在施工勘察時發現局部地下空洞已發生較為嚴重的坍塌現象，地下空洞中充滿水和淤泥。空洞頂面一般為自然地面以下10.3～10.5m，空洞頂標高約4.2～5.0m；空洞底面一般為自然地面以下14.0～14.2m，空洞底標高約1.0～1.4m。

在鉆探揭露范圍內，建設場地地層構成從上至下如下所示。

①層雜填土（Qml）——層厚0.30～2.20m，層底標高為9.36～13.51m。灰、褐灰色，濕，松散狀態，成分雜，含多量碎磚石塊、腐爛物及建筑垃圾，部分地段表面為混凝土地坪。

②層粘土（Q4al+pl）——局部分布，層厚2.30m，層底標高為11.21m。黃灰色，可塑～硬塑狀態，含少量氧化鐵。該層土無搖振反應，稍有光澤，干強度、韌性中等。

③層粘土（Q4al+pl）——全場分布，該層層厚1.50～5.80m，層底標高5.49～8.80m。褐黃、灰黃色，主要呈硬塑狀態，含氧化鐵、鐵錳結核及高嶺土，加薄層粉質粘土，該層土無搖振反應，光滑，干強度、韌性高。

④層粉質粘土夾粉土（Q4al+p）l——全場分布，該層層厚9.50～17.20m，層底標高-9.27～-3.21m。褐黃、灰黃色，硬可塑狀態，含氧化鐵、鐵錳結核等，粉土含量自上而下逐漸增多，底部夾有粉砂，局部富集粉砂、粉土，該層土無搖振反應，稍有光澤，干強度、韌性中等。此層土中分布有空洞，空洞頂面一般為自然地面以下10.3～10.5m，空洞頂標高約為4.2～5.0m，空洞底面一般為自然地面以下14.0～14.2m，空洞底標高約為1.0～1.4m。

⑤層粉土夾粉細砂（Q4al+pl）——全場分布。層厚3.00～8.90m，層底標高-13.59～-11.21m。灰黃色，中密～密實狀態，無搖振反應，含云母、石英等，夾粉質粘土，局部以粉細砂為主。其標貫試驗實測擊數N 值一般為28.0～37.0 擊/30cm，平均值為31.6擊/30cm。

⑥1層強風化泥質砂巖（K）——全場分布。層厚1.90～3.60m，層底標高-15.87～-13.21m。棕紅色，密實狀態，上部風化成壤，含云母片、長石及黑色礦物，局部為碎石塊、碎巖屑，該層汽車鉆無水干鉆可鉆進。其標貫試驗實測擊數N 值一般為58～72 擊/30cm，平均值為64.4擊/30cm。

⑥2層中風化泥質砂巖（K）——該層未鉆穿，最大揭露厚度9.00m，其下無領空面、無洞穴和無軟弱下臥層。棕紅色，巖質較致密、堅硬，含長石、云母及黑色礦物等。主要為軟巖，部分地段下部夾極軟巖。該層屬極軟巖，汽車鉆無水干鉆較困難，較破碎。

從勘察報告中看出，在樁側第④層粉質粘土夾粉土出現空洞，空洞大小在4m左右。

樁基施工時需注意由于基樁成孔在粉土、粉細砂中易發生塌孔現象，可能導致清理孔底沉渣較難，需保證孔底沉渣厚度滿足規范要求及保障鉆孔灌注樁的施工質量，并且在空洞的區域下進行鋼護筒，防止塌方，便于混凝土澆筑。灌注樁實際灌注高度應比設計高度高出1000mm，鑿除浮漿時采取保護措施避免破壞樁身混凝土，鑿除浮漿后保證暴露的樁頂混凝土強度符合設計要求。

成孔要求鉆孔灌注樁充盈系數不得小于1.1、也不宜大于1.3，樁的澆筑時間按初盤混凝土的初凝時間控制，導管埋深易為2～6m，嚴禁導管提出混凝土面。鉆孔達到設計深度時，應采用清孔鉆頭進行清孔，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度小于50mm。清孔應分二次進行，第一次清孔在成孔完成后進行，應充分清理，第二次清孔在鋼筋籠安放完畢后進行，二清完畢且孔底沉渣厚度和泥漿比重、粘度等指標符合要求后半小時內應澆筑混凝土。

采用泥漿護壁應注意施工期間護筒內的泥漿面應高出地下水位1.0m，在受水位漲落影響時，泥漿面應高出最高水位2.0m。在清孔過程中，應不斷置換泥漿，直至灌注水下混凝土。在容易產生泥漿滲漏的土層中應采取維持孔壁穩定的措施，除能自行造漿的黏性土層外，均應制備泥漿，泥漿制備應選用高塑性黏土或膨潤土，泥漿應根據施工機械、工藝及穿越土層情況進行配合比設計，并且需要對廢棄的漿、渣進行處理，以免污染環境。

由于建設場地分布有較厚的①層雜填土、④層粉質粘土夾粉土和⑤層粉土夾粉細砂，因此粉砂含量自上而下逐漸增多，底部夾有粉砂，局部富集粉砂、粉土，成孔時易發生塌孔現象。施工時應加強護壁工作，可采用鋼筋混凝土護壁，并注意孔口防護覆蓋及孔內排水，且④層粉質粘土夾粉土和⑤層粉土夾粉細砂層中含有豐富的地下水，需要長期進行降水，在降水過程中應加強對場地周邊建筑物的監測，防止由于降水導致周邊建筑物發生較大沉降。

2 樁側土空洞對豎向抗壓承載力的影響

1#樁達到齡期后進行單樁豎向抗壓靜載試驗，采用快速維持荷載法，得到1#單樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表（表1），靜載試驗Q-s曲線（圖1）。可以看出，最大試驗荷載為6600kN，曲線在各級荷載作用下均未出現陡降，曲線屬于緩變型。

圖1 1#樁靜載試驗Q-s曲線

表1 1#單樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表

綜上所述，1#樁的單樁豎向抗壓極限承載力可取最大試驗荷載6600kN。根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）第4.4.4 條，“單樁豎向抗壓承載力特征值按單樁豎向抗壓極限承載力的50%取值。”故單樁豎向抗壓極限承載力為3300kN，滿足設計要求。

8#樁達到齡期后進行單樁豎向抗壓靜載試驗，采用快速維持荷載法，得到8#單樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表（表2），靜載試驗Q-s曲線（圖2）。可以看出，最大試驗荷載為6600kN，曲線在各級荷載作用下均未出現陡降，曲線屬于緩變型，樁頂總沉降量大于40mm。依據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）中單樁豎向抗壓極限承載力的確定原則，8#樁的單樁豎向抗壓極限承載力取樁頂沉降量s=40mm 時對應的荷載值5430kN。根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）第4.4.4條，“單樁豎向抗壓承載力特征值按單樁豎向抗壓極限承載力的50%取值。”單樁豎向抗壓極限承載力為2715kN，不滿足設計要求。

圖2 8#樁靜載試驗Q-s曲線

表2 8#單樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表

從上述2 根基樁的靜載試驗數據和Q-s 曲線可以得出，1#基樁承載力滿足設計要求，8#基樁承載力不滿足設計要求。對8#樁進行鉆芯法檢測，發現樁底存在1m 左右的沉渣厚度，大于設計要求厚度，影響了基樁承載力。因此，對于端承樁，該樁嵌巖深度和樁底沉渣厚度滿足設計要求，樁側土空洞對基樁承載力影響較小。

3 樁側土空洞對完整性的影響

檢測時，嚴格遵循《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）的技術要求，檢測前保證安裝傳感器部位的混凝土密實平整，傳感器安裝與樁頂面垂直，利用黃油做耦合劑，用帶有尼龍頭的力棒激振。在每根樁樁頂布置2～4 個安裝傳感器的檢測點，檢測時激振點選在樁中心，檢測點宜在距樁中心2/3 的半徑處，每個檢測點記錄3～5 個有效信號，確保實測信號能有效地反映樁身的完整性狀況。選取38#樁，低應變時域曲線如圖3所示，從圖中可以看出，在4t/ms 時出現了與入射波同相反射信號，根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）第8.4.3條分析曲線，在2L/c時刻前出現明顯反射波，判定該樁樁身完整性類別為Ⅲ類，判定缺陷位置在6.3m左右。

圖3 38#樁低應變時域曲線

為了驗證該深度處缺陷，對該樁進行鉆芯，鉆取深度8m，芯樣如圖4 所示。從圖中可以看出，在鉆取深度范圍內，混凝土芯樣完整、側表面光滑且連續、膠結好、骨料分布均勻、呈長柱狀、斷口吻合，芯樣側面僅少量氣孔，未見明顯缺陷。因此，低應變時域曲線上的同相反射信號應是樁側土空洞引起的，因此判定該樁為完整樁。

圖4 38#樁鉆取芯樣

4 結論

綜上可知，樁側土存在空洞，對于端承樁承載力影響較小，在低應變時域曲線上會出現與入射波同向反射信號，從而影響樁身完整性的評判。