灌注樁成孔檢測系統在支盤灌注樁中的應用

孫慶安 湛川 張磊

0 引言

基礎工程采用支盤灌注樁施工技術,與傳統直孔灌注樁相比承載力可以大幅提高,在沿海地區的電廠基礎中應用較多。支盤灌注樁由主樁、承力盤及分支組成,是根據樁基的地質條件在沿樁身的硬土層中設置承力盤及十字分支。支盤灌注樁是地下隱蔽工程,支盤灌注樁的質量包括成孔質量和樁身質量兩個方面。成孔質量直接影響到支盤灌注樁承載力,已越來越被建設部門所重視,成孔質量主要包括:樁孔深度、孔徑、成盤位置、成盤直徑、垂直度、沉渣厚度。

1 支盤灌注樁的基本原理

支盤灌注樁的原理是通過樁身的各支盤面積的擴大,支盤作用于硬土層上,充分利用各硬土層的支承反力,變摩擦力為多處支承力,更好地發揮樁土共同作用,改變直孔樁的受力機理,大幅度提高樁的豎向抗壓承載力、抗拔性能及樁的穩定性。單樁承載力的提高,使樁長縮短、樁徑縮小、樁數減少,從而大量節約材料,同時為基礎的優化設計創造了條件。擠擴多支盤樁具有較大的承壓能力,又有較強的抗拔能力,由于多支盤的存在,可增加樁的穩定性和樁的側阻力及端阻力。擠擴支盤樁具有較強的使用范圍:適用于黏性土、砂土、回填土、碎石土等能夠擠擴的地層。

支盤灌注樁簡要工序是:鉆進成孔后,按設計支盤高度,下入液壓成型機對各分支及承力盤施以三維靜壓,多次轉角,由下至上完成支盤成型作業,下鋼筋籠,灌注混凝土成支盤樁。

2 灌注樁孔徑檢測系統的基本原理

JJC-1D型灌注樁成孔檢測系統是為檢測灌注樁成孔質量的設備,檢測系統由筆記本電腦、JJC-1D微機檢測儀、JJY-2型井徑儀、JC-2型電動絞車和各種必需的配套裝備組合而成。

2.1 深度與孔徑測量

滑輪裝在由兩條鋁合金槽鋼組成的井口支架上,孔徑儀與電纜連接好后,電纜裝于滑輪上,電纜每移動1 m,帶動滑輪轉動3圈。滑輪上裝的深度傳感器(光電脈沖發生器)隨著滑輪一起轉動,并產生3 600個深度脈沖信號傳送到微處理器作采樣脈沖進行深度測量,同時通過串行接口到上位機作深度顯示。

孔徑采用接觸式方法測量,利用4條測量腿緊貼井壁,將兩個正交方向上孔徑變化的平均值反映出來。由于是直接接觸式測量,就像拿兩把尺子測量孔徑,故對孔中的泥漿要求不高。在多種孔壁形狀下曲線不會有缺失,解釋清晰,可檢測成孔質量,并指導鉆孔施工工藝的改進和灌注量的確定。本儀器通過在測量腿上外加擴展腿(見圖1),即可用于支盤樁的檢測。測量腿由彈簧支撐著,下放時測量腿置于開腿盤中被束縛住,到了孔底,抖動一下電纜,利用泥漿的反力將開腿盤拉下,測量腿在彈簧的作用下彈開直至井壁,測量腿隨電纜提升而沿井壁作向上運動,孔壁直徑的變化帶動測量腿傾角的變化,其變化由傳感器變成電信號,電纜每移動2.5 cm下位機作一次采樣,通過串口送上位機處理。

圖2為JJC-1D型灌注樁成孔檢測系統在某支盤灌注樁應用中的孔深、孔徑測量成果曲線(見圖2)。通過圖2的曲線可以看出,JJC-1D型灌注樁成孔檢測系統通過外加擴展腿可以準確直觀的測量出成盤位置與成盤直徑。通過對此曲線的分析可以檢查成孔質量是否滿足設計要求,也可為試樁內力分析提供依據。

2.2 沉渣測量

沉渣探管下到孔底后,用手搖柄絞上幾米,然后松手讓探管自由下落,穿過沉渣層抵達原土層,將松弛的電纜收緊,做好測量準備,緩慢地用手柄絞電纜,提速約 1 m/min,采樣間隔2.5 mm,在探頭通過沉渣界面時,電場會發生畸變,沉渣曲線會跳變,但沉渣厚度要根據電阻率的變化曲線進行估算,需要技術人員有一定的工程經驗。圖3為某樁成孔沉渣實測曲線。

2.3 垂直度測量

采用JJM-1型高精度數字測斜儀,該儀器傳感器采用液體擺,穩定可靠,可將數字信號直接上傳至計算機。液體擺的結構原理是在玻璃殼體內裝有導電液,并有三根鉑電極和外部相連接,三根電極相互平行且間距相等。當殼體水平時,電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時,電極之間會形成離子電流,兩根電極之間的液體相當于兩個電阻 RⅠ和 RⅢ。若液體擺水平時,則 RⅠ=RⅢ。當玻璃殼體傾斜時,電極間的導電液不相等,三根電極浸入液體的深度也發生變化,但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小,則導電液減少,導電的離子數減少,電阻 RⅠ增大,相對極則導電液增加,導電的離子數增加,而使電阻 RⅢ減少,即 RⅠ＞RⅢ。反之,若傾斜方向相反,則 RⅠ＜RⅢ。

由于井下儀器其探管外徑只有54 mm,有時滿足不了1/100的精度要求,根據這一特定的要求,設計了φ 200 mm(大孔徑樁孔配φ 420 mm)扶正圈,可根據設計孔徑和設計孔深兩個指標來選擇扶正圈。測量時采用點測,每5 m或10 m采一次樣,測量結束后計算機可計算出偏心距、垂直度,測量過程見圖4。

3 結語

1)支盤灌注樁與直孔灌注樁相比,充分利用各硬土層的支承反力,變摩擦力為多處支承力,更好地發揮樁土共同作用,改變直孔樁的受力機理,大幅度提高樁的豎向抗壓承載力、抗拔性能及樁的穩定性。2)支盤灌注樁必須準確控制成盤位置與成盤直徑,支盤灌注樁成孔質量檢測非常重要。3)JJC-1D型灌注樁成孔檢測系統通過外加擴展腿可以準確直觀的測量出成盤位置與成盤直徑,可以進行垂直度測量,估算沉渣厚度。

[1] JGJ 106-2003,建筑樁基檢測技術規范[S].

[2] 上海昌吉地質儀器有限公司.JJC-1D型灌注樁孔徑檢測系統檢測軟件操作說明[Z].2002.

[3] DLG J153-2000,火力發電廠支盤灌注樁暫行技術規定[S].