對低應(yīng)變反射波法檢測缺陷樁的處理探討

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摘要：樁基礎(chǔ)在建筑工程中占有十分重要的地位，屬于建筑基礎(chǔ)性工程，直接影響著整體工程的穩(wěn)定性與安全性。樁基礎(chǔ)施工中，容易出現(xiàn)較多的缺陷問題，需要采取措施。下面就低應(yīng)變反射波法檢測缺陷樁的處理探討。

關(guān)鍵詞：樁基檢測；缺陷樁；方法

1 低應(yīng)變反射波法樁基檢測原理

低應(yīng)變測樁技術(shù)起源于應(yīng)力波理論，低應(yīng)變中的反射波法是目前國內(nèi)檢測樁身質(zhì)量較為有效、便捷的一種手段。反射波法將樁假設(shè)為一維均質(zhì)彈性桿件模型（樁長》樁徑）。混凝土樁的物理強(qiáng)度遠(yuǎn)大于樁周圍土的物理強(qiáng)度，在樁頂部施加激振力，樁的端面上的質(zhì)點將產(chǎn)生振動，振動的傳播形成了波，波將沿著樁身進(jìn)行傳播，當(dāng)樁身的波阻抗發(fā)生變化時，將產(chǎn)生反射和透射波，粘貼在樁頂部的速度傳感器或加速度傳感器將接受波阻抗變化時引起的反射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。

由一維波動方程：

（1）

波速：

（2）

定義波阻抗為Z則有：

（3）

進(jìn)而可以求出反射波波速VR

（4）

（4）式中：VR為反射波速度；V1為入射波速度；RV為反射系數(shù)；Z為波阻抗；p1C1A1，為樁身混凝土廣義波阻抗； C2A2為樁身缺陷和樁底巖土部分的廣義波阻抗。

完整樁中樁身沒有阻抗的變化，所以接受的反射波是樁底反射來的。對于缺陷樁我們從（4）式可以看出：1）縮頸樁C1 = C2，A1 > A2，由RV和V1同號，表現(xiàn)為反射波相位與初始入射波同向，但在縮頸的下界面，由于RV和V1反向，故后續(xù)反射波的相位與初始入射波相反；2）擴(kuò)徑樁C1= C2，A1< A2，RV和V1異號，表現(xiàn)為反射波相位與初始入射波反向，但在縮頸的下界面，RV和V1同號，故后續(xù)反射波的相位與初始入射波同向；3）嚴(yán)重離析樁C1A1= C2 A2， ，與擴(kuò)徑樁類似；4）部分離析樁C1 A1= C2 A2，>，與縮頸樁類似；5）空洞樁，在公式上的表現(xiàn)形式與縮頸樁相似，對于空洞的范圍大小，直接影響反射波幅值。

當(dāng)樁身存在缺陷時，根據(jù)接收到的缺陷反射波時刻與樁頂錘擊觸發(fā)時刻的差值△t和樁身傳播速席V來椎算缺陷位置。

（5）

2 缺陷樁的處理方法與案例分析

在橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中，由于地理環(huán)境、機(jī)械設(shè)備及人為因素等原因，難免在施工過程中出現(xiàn)一些缺陷樁現(xiàn)象。一旦缺陷樁基出現(xiàn)，不同缺陷程度有不同的處理方法，但是成本低效益高的方法是人們一直追尋的。缺陷樁處理常用方法有接樁、原位復(fù)樁、補(bǔ)樁、注漿、修改設(shè)計方案等。實踐證明，淺部接樁、樁端注漿，在樁基加固處理提高綜合承載力和減少沉降量方面是一種經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的方法。

2.1淺部接樁

如果缺陷位置位于水位線以上，亦可采用明挖接樁的方式進(jìn)行；樁身混凝土缺陷位于樁頂下 一定范圍內(nèi)（（5m以內(nèi)），同時水位較低或水位容易降低時，可將缺陷處至樁頂?shù)幕炷凌彸儆猛瑯?biāo)號或提高一個標(biāo)號的混凝土接樁。

淺部缺陷的處理，一般進(jìn)行淺部開挖，找到缺陷部位后進(jìn)行局部剔鑿。剔鑿量比較少時，只要把缺陷部分清除干凈，露出正常混凝土面，在上面刷一層高標(biāo)號水泥砂漿，進(jìn)行修補(bǔ)即可。剔鑿量較大時，就需要進(jìn)行接樁處理，把缺陷部位以上的樁身截除，重新焊接鋼筋籠后澆筑混凝土。處理時一定要注意新舊混凝土結(jié)合面的質(zhì)量，不能形成新的缺陷。

圖1（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長21m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等C30，缺陷位置距樁頂約3m）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，為淺部缺陷樁（斷樁）曲線，（開挖得到驗證）。除上面3m至混凝土新鮮界面，再檢測，檢測波形如圖1（b）所示，樁身己無缺陷。采取接樁處理，圖1（c）所示為接樁后的檢測波形，接樁效果良好。

2.2重新成樁

對于樁身存在嚴(yán)重缺陷或缺陷部位深度較大的，同時由于客觀條件不能采取其他方法處理的，為不留下隱患，可采用沖除廢樁重新成樁的方法。

對在施工過程中及時發(fā)現(xiàn)和檢測出的斷樁，采用徹底清理后，在原位重新澆筑一根新樁，做到較為徹底處理。對己經(jīng)成樁的缺陷樁，利用重錘把缺陷樁震碎，原位重新打孔灌樁，此種方法效果好、難度大、周期長、費用高，可根據(jù)工程的重要性、地質(zhì)條件、缺陷數(shù)量等因素選擇采用。

2.3注漿

根據(jù)無損檢測所確定的缺陷位置進(jìn)行鉆孔取芯，再用高壓水沖洗干凈樁身混凝土中的夾泥或松散混凝土，然后將孔中的水排出，即可壓漿，直至漿液充滿缺陷部分。

圖2（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長25m，樁徑1.25m，強(qiáng)度等級C45）的低應(yīng)變反射波曲線，設(shè)計為嵌巖樁。從波形上看，顯示為樁底沉渣超厚，決定采取樁底注漿處理。圖2（b）所示為注漿后的低應(yīng)變檢測波形。

（a）缺陷位置在距樁頂約3m處

（b）鑿除后接樁前

（c）接樁后

圖1淺部接樁處理低應(yīng)變反射波形

（a）注漿前

（b）注漿后、

圖2缺陷樁注漿處理低應(yīng)變反射波形

通過對注漿前后的低應(yīng)變檢測結(jié)果對比來看，注漿前在樁底范圍內(nèi)，反射波速度信號與入射波速度信號大體一致，表明在樁底范圍內(nèi)，沉渣過厚或局部混凝土離析等質(zhì)量缺陷。在注漿以后的低應(yīng)變檢測結(jié)果中，可以看出，通過注漿處理，樁底缺陷得到明顯的改善。

2.4旁側(cè)挖洞處理

此處理方法適合在地質(zhì)情況良好不易塌方、地下水位較低的淺部采用。

圖4（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長27m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等級C30，缺陷位置距樁頂約4m）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約4m處缺陷（斷樁）。在靠近缺陷樁基旁邊側(cè)挖洞，整個斷面鑿除缺陷部位，并上下都露出混凝土新鮮界面，鑿平整并鑿毛（圖3），徹底清理干凈，焊接好鋼筋，然后澆筑同標(biāo)號或高標(biāo)號混凝土，振搗密實。圖4（b）所示為處理后的低應(yīng)變檢測波形。

圖3旁側(cè)挖洞處理示意

（a）處理前

（b）處理后

圖4缺陷樁旁側(cè)挖洞處理低應(yīng)變反射波形

3 疑似缺陷樁的處理方法及案例分析

3.1樁頂擴(kuò)徑的干擾

圖5（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長31m，樁徑1.0m，強(qiáng)度等級C30）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約2m處波形異常。考慮到是淺部異常，建議開挖驗證，開挖后顯示樁頂大蘑菇頭。鑿除大蘑菇頭擴(kuò)徑部分至原樁徑，再低應(yīng)變檢測。圖5（b）所示為低應(yīng)變檢測波形，波形顯示正常，樁身完整。初檢顯示的波形異常是由樁頂擴(kuò)徑所致。

（a）處理前

（b） 處理后

圖5蘑菇頭樁的低應(yīng)變反射波形

3.2地層的影響

圖6（a）所示為某鐵路工程橋梁樁基（樁長28m，樁徑1.25m，強(qiáng)度等級C30）的低應(yīng)變反射波曲線。從波形上看，在距樁頂約4m處波形異常。考慮到是淺部異常，建議開挖驗證，開挖后樁身無異常。再低應(yīng)變檢測，圖6（b）所示為開挖后的低應(yīng)變檢測波形，波形顯示正常，樁身完整。初檢顯示的波形異常是由地質(zhì)影響所致。

（a） 開挖前

（b）開挖后

圖6地層影響樁的低應(yīng)變反射波形

據(jù)勘察揭露顯示，自樁頂向下4.8m為第四系全新統(tǒng)沖洪積層的粉質(zhì)孰土，中間15.2m范圍為粗砂、粗圓礫土，下面8m范圍為花崗閃長巖。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁混凝土一般為水下混凝土，因地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及混凝土灌注過程中的連續(xù)性要求，又由于水下混凝土灌注的特殊性，往往會因施工過程控制不當(dāng)而產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷。因此，一旦發(fā)生質(zhì)量缺陷一定要認(rèn)真分析、及時處理。經(jīng)過檢測，確定缺陷的性質(zhì)和程度，針對具體問題制定妥善的處理方案和措施。

為防止發(fā)生斷樁、夾泥等缺陷現(xiàn)象，在施工過程中，要控制好灌注工藝和操作流程。于樁身淺部缺陷，在采用低應(yīng)變法檢測時要特別注意。但由于受到理論和儀器等方面的制約，根據(jù)單一波形進(jìn)行判識存在一定的局限性和不確定性，在實際檢測過程中，需要檢測者有豐富的檢測經(jīng)驗，并根據(jù)施工記錄、地質(zhì)資料和開挖情況進(jìn)行綜