灌注樁低應變測試分析

崔榮方

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210019)

0 引言

樁基作為一種重要的常用基礎形式，當其他形式的基礎不能滿足建筑物的穩定或沉降要求時，通常采用這種基礎，其質量直接關系到整個建筑物的結構安全。但由于樁基通常深埋于地下，具有高度的隱蔽性，無論在設計還是施工方面都要比上部結構更為復雜，常常出現各種缺陷(如縮頸、夾泥、離析、斷樁等)，為了保證樁基質量，就必須對樁基質量進行檢測。目前主要的檢測方法有:靜載法，高、低應變動力檢測法，超聲波透射法，鉆心法等。這些方法中低應變法反射波法因其方便、經濟性、高效性而被廣泛應用［1，2］。

1 基本原理

低應變法是在樁頂沿垂直方向激發沿樁身傳播的彈性應力波，由于樁底持力層及樁身質量缺陷位置上的波阻抗與正常混凝土波阻抗存在差異，通過分析缺陷反射波和透射波的特性來分析判斷樁截面面積變化及樁身材料密實度的變化情況。

反射波法是以波動理論為基礎的。由一維波動理論可知，樁阻抗是其橫截面面積，材料密度和彈性模量的函數:

將一維波動理論用于線彈性樁(樁的長度遠大于直徑且入射波波長λ大于樁的直徑)。在樁頂錘擊力作用下，產生一壓縮波，此波以波速c沿樁身向下傳播。假定樁的材料沿長度不變(即ρc不變)，則樁的阻抗變化僅依賴截面面積的變化。

樁身缺陷位置按下列公式計算:

式中:x——樁身缺陷至傳感器安裝點的距離，m;

Δtx——速度波第一峰與缺陷反射波峰的時間差，s;

c——受檢樁的樁身波速，m/s;

Δf'——幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差，Hz。

根據樁質量的評判依據，將樁身完整性質量分為四類，Ⅰ類、Ⅱ類樁可正常使用，Ⅲ類樁需處理后方可使用，Ⅳ類樁經處理后使用或報廢［3，4］。

2 檢測實例

近年來，作者使用美國PDI公司生產的PIT-VV型樁身完整性檢測儀，在高層建筑、工業廠房、高速公路等領域做了大量的基樁檢測工作，下面就檢測過程中遇到的問題作一個小的總結。

2.1 檢測前的準備

PIT-VV型樁身完整性檢測儀是由測樁儀(包括計算機處理系統和數據采集器)、接收傳感器(亦稱檢波器)和力錘組成。為了接收到清晰的錘擊反射波信號，以便為準確分析提供可靠數據，必須在檢測前進行必要的準備:

1)檢查應先向甲方或監理搜集樁、地質等相關資料;

2)對樁頭進行處理，使傳感器能夠豎直放置，且保持與接觸面垂直;

3)檢測儀器設備是否正常;

4)檢測時應視不同樁的樁型、樁長、樁徑及測樁過程中發現的樁身問題選擇合適的測錘(如尼龍錘、橡膠錘、鋼錘等)及施力大小。

2.2 缺陷判定

對于灌注樁，往往在澆筑混凝土時出現質量問題，對于小直徑灌注樁，在開挖過程中也會出現質量問題。下面就作者近幾年的基樁低應變檢測實例作一些分析與總結。

圖1為甘肅某水泥廠窯尾C1-1號挖孔樁，該樁樁徑1 200 mm，有效樁長23.1 m，混凝土強度C30，為嵌巖樁。現場檢測的曲線顯示在距樁頂8 m左右位置出現負向反射，在15 m以后出現同向反射，且無樁底反射，判為Ⅳ類樁。根據地質報告該場地地質概況為地面以下8 m范圍為黃土，黃土下面存在約12 m厚的砂礫層，砂礫層下為泥巖;地下水距地面約15 m。根據所檢測的曲線，在8 m位置出現負向反射，是由于在該位置土層轉變為砂礫層，阻抗增加，出現負向反射;15 m后出現同向反射，為該段阻抗減小所致。原因分析:在挖樁過程中場地未采取降水措施，而是僅對所挖的樁底采用電機抽水。又由于挖孔樁存在擴大頭，護壁與樁底不能做到完全封閉，同時在澆筑時未采用導管澆筑，樁底段混凝土嚴重不密實。抽水時混凝土中水泥漿同時被帶走，產生離析，阻抗減小。后來據業主及現場監理透露，在澆筑時抽水明顯發現有水泥漿被帶出。由于該子項的基樁均采用此工藝施工，此處產生的問題較嚴重，后來施工單位將檢測出有異常的一根樁的一側土全部開挖出來，發現在樁底附近的混凝土較松散。后來應業主要求，對該子項全部采用鉆芯法復測，鉆芯檢測結果基本與低應變檢測相符，結果顯示，出現同類問題的基樁占該子項總樁數的約53%。

圖1 窯尾C1-1號樁

處理方法:在對該子項問題進行處理時，邀請有關專家與業主、設計單位、施工單位商討，對問題樁進行注漿處理，并采用靜載法試驗。試驗結果表明:處理后的樁承載力均滿足設計要求。在進行其他子項基樁施工時，場地采取降水措施，并用導管進行澆筑，成樁后檢測未發現類似問題。

圖2為安徽某水泥廠原煤預均化及輸送鋼網架工程J28號樁，該樁樁徑1 200 mm，有效樁長18.5 m，混凝土強度C30，為沖孔樁。該樁在6.7 m附近有同向反射，縮頸，在9.0 m附近有負向反射，擴頸，并且可以看到明顯的樁底，判為Ⅱ類樁。應業主要求，對該樁進行取芯檢測。根據鉆取出來的芯樣，在距樁頂6.7 m左右位置取到與場地地質相符的巖塊。原因分析:樁身周邊巖石在沖孔過程被沖碎，在澆灌混凝土時破碎巖塊掉進混凝土中，導致該處形成縮頸狀。在該工地其他樁基檢測過程中也發現了同樣問題。

圖3為南京某商住樓B棟48號樁，該樁樁徑為600 mm，有效樁長7.60 m，混凝土強度C30，為沖孔樁，樁底入中風化巖。該樁在復測時顯示1.6 m附近有同向反射，并伴有多次反射，斷樁，判為Ⅲ類樁。原因分析:由于該樁樁長較短，且樁底入中風化巖，該樁成為一端自由一端固定的桿。在進行土方開挖過程中樁頂受到挖機的撞擊，自由端受水平撞擊作用，在頂部的彎矩最大，產生拉應力作用，樁身混凝土受拉變形超過混凝土的容許變形，導致樁在頂部斷裂，形成斷樁。處理方法:開挖處理，開挖至1.6 m左右，發現樁身有明顯的裂紋。取出裂紋上部混凝土，修整后再測，樁身完整。

圖2 預均化J28號樁

圖3 B棟48號樁

圖4為南京仙林某A地塊3號樓工程87號樁，該樁樁徑600 mm，有效樁長16.3 m，混凝土強度C30，為沖孔樁。該樁在8.0 m附近有明顯的同向反射，樁底附近也產生同向反射。此樁為嵌巖樁，正常樁樁底應為負向反射信號。實測圖形說明該樁在8.0 m存在嚴重的離析、縮頸或斷樁等缺陷，樁底信號為二次反射信號，缺陷處已成為實際的樁底，判為Ⅲ類樁。原因分析:該樁在澆筑混凝土時提管太快，在澆筑至缺陷位置附近時拔了空管，導管底部拔離混凝土端面，插在浮漿中，接著倒入的混凝土就倒在浮漿中，于是在此處夾了一層浮漿，混凝土凝固后就出現一個斷面。

圖4 1號樓87號樁

處理方法:對該樁進行人工開挖，挖至缺陷底面0.5 m附近，出現新鮮混凝土，重新進行低應變檢測，檢測結果下部樁身完整，有樁底信號。對該樁進行接樁處理。

3 結語

一般而言，灌注樁的承載力相對較高，適用性較廣泛。通過上面的案例分析，可以看出灌注樁，尤其是地質條件比較復雜的場地澆筑灌注樁，往往會出現無法預計的問題，但也有許多問題都是人為因素造成的，可以采取一定的措施避免。雖然最后問題都解決了，但帶來的工程損失和工期延誤不可避免。為了防止同類事故的發生，我們應采用先進、可靠的施工設備及工藝，從源頭上對樁基質量進行控制;同時加大檢查力度，采用更為先進、經濟的檢測手段，及時發現樁基缺陷并進行處理，避免工程事故的發生，保障相關單位及人員的生命財產安全。

［1］李火榆，嚴學開.灌注樁低應變反射波法與鉆芯法檢測結果比較［J］.人民長江，2005(4):98-99.

［2］徐鴻儒.人工挖孔灌注樁施工工藝應用實例［J］.建筑設計，2007，35(6):112-113.

［3］JCJ 106-2003，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［4］唐新鳴.低應變法檢測講義［Z］.2008.