樁周水泥土對靜鉆根植樁低應變檢測影響研究

張升茂

(中鐵二十四局集團上海鐵建工程有限公司 上海 200070)

1 前言

靜鉆根植樁的核心受力部件為組合使用的預制樁，包括靜鉆根植先張法預應力混凝土竹節樁(PHDC樁)、復合配筋先張法預應力混凝土管樁(PRHC樁)、先張法預應力高強混凝土管樁(PHC樁)。施工時預先鉆孔、擴底，并在樁端、樁周注漿，再植入組合樁，對樁身無損傷，且樁與樁連接采用預埋孔工藝進行預拼接，保證了樁接頭質量，樁身完整性可得到良好控制[1-2]。

低應變反射波法檢測樁身完整性已應用多年，國內外許多專家對基樁完整性檢測技術做了大量研究，并取得較為成熟的技術經驗[3-4]。在實際工程樁測試中，根據測得的反射曲線信號，利用反射波能量初至、相位和頻率特征，來判別樁身質量。目前在實際檢測中，會遇到各種復雜情況，如果僅僅從曲線形態上判斷，有時難以判別樁身缺陷，如擠擴支盤樁、水泥土復合管樁在檢測時受樁徑變化、水泥土影響等，容易對缺陷造成誤判現象[5]，因此應結合不同樁型的施工工藝和地質條件綜合分析判斷。對于樁身不同類型的缺陷，低應變測試信號中主要反映出樁身阻抗減小的信息，缺陷性質往往較難區分[6-7]。對缺陷類型及產生的原因進行判定，應結合地質、施工情況綜合分析，或采取其它輔助方法綜合判定。

本文主要針對靜鉆根植樁工程檢測中遇到的問題，通過足尺模型試驗以及現場檢測、開挖驗證試驗[8]，對樁周水泥土以及竹節樁的影響進行研究和分析。

2 足尺模型試驗

為了確認完整竹節樁的竹節對低應變信號的影響，以及靜鉆根植樁的樁周水泥土對缺陷樁的低應變信號的影響，采用足尺模型試驗的方法，通過沉樁前至沉樁后一定齡期時低應變曲線的變化，分析其影響的程度。

2.1 完整竹節樁模型試驗

試驗樁為6根竹節樁，所有試驗樁均經確認樁身完整、無裂縫，型號為 PHDC650-500(100)AB-6C80，單節樁長為6 m，采用靜鉆根植法施工。沉樁前對樁進行一次低應變檢測并采集信號，沉樁后立即采集一次低應變信號，以后每日測試一次直至第28 d。以其中一枚樁的低應變曲線為例進行分析，如圖1所示。

從低應變曲線圖隨時間變化過程可知，竹節樁處于自由狀態時，低應變曲線呈現有規律的擴縮徑現象，符合樁身結構特性。沉樁前和沉樁到標高后曲線有較明顯的竹節反射，沉樁后1 d開始無明顯竹節反射，曲線同沉樁后相比變化較大，以后總體形態一致但波形幅值變小；14 d后趨于穩定，沉樁后波形曲線均表現為擴徑后縮頸的現象。

因樁身在施工前已確認為完整，沉樁時依靠自重沉入樁孔內，施工過程對樁身無損傷，故可推斷曲線形態上有類似縮頸的現象為水泥土固化不均勻造成。具體原因為局部水泥漿未攪拌均勻，水泥含量高，水泥硬化后在樁周形成緊密附著于樁身的較高強度的塊體，導致該部位波阻抗顯著增強，在低應變檢測曲線形態上，會表現出在該部位先擴徑，后恢復到正常狀態時表現出縮頸的現象[9-11]。此外，由曲線形態及其變化可知，水泥土不均勻性的影響大于竹節的影響，隨著水泥土強度的逐漸增強，竹節對波阻抗變化的影響減弱。

圖1 靜鉆根植法施工竹節樁低應變跟蹤檢測曲線

2.2 有缺陷模型樁試驗

為驗證靜鉆根植樁在可能因外部因素影響而導致樁身缺陷時低應變法檢測樁身完整性的適用性，對一枚8 m的PHC400 AB(95)進行人為處理，使距離樁端1.4～2.5 m位置處樁身部分混凝土剝落。

用靜鉆根植樁工藝將該枚樁沉入地基土中，在沉樁后1 d、3 d對該枚樁進行低應變檢測。低應變曲線如圖2所示。

圖2 有缺陷樁低應變跟蹤檢測曲線

通過以上低應變檢測曲線可以看出，當樁身存在較明顯缺陷時，采用靜鉆根植法施工后，低應變曲線能夠準確反映出人為制造的缺陷的位置，曲線形態上同樣表現為較明顯缺陷。說明靜鉆根植法施工基本不影響低應變檢測時對存在缺陷樁的完整性判斷。

3 工程現場試驗

3.1 工程現場跟蹤檢測試驗

某工程項目為一地上20層、地下2層的高層建筑，位于浙江寧波沿海區域，采用靜鉆根植樁基礎。在施工過程中對部分樁體進行了跟蹤檢測。根據檢測樁體所在區域的鉆孔資料，得到該樁所在斷面的土層分布情況，如圖3所示。

圖3 監測樁區域土層分布

該次檢測基樁為304＃樁，樁長為36 m，檢測波形如圖4所示。

圖4 304＃樁低應變連續監測曲線

由上述波形可知，該枚靜鉆根植樁樁身完整性良好，為I類樁。說明在正常施工條件下，保證好水泥土的均勻性后，靜鉆根植樁的低應變曲線形態與傳統樁型完整樁一致。為了更直觀地觀察較深部位反射波的情況，以上圖形為經過數據的指數放大處理后的效果。從連續地檢測可知，隨著時間的推移，反射波的波幅整體趨勢上有較明顯減小。表明水泥土固化后，與樁身連結完好，并且樁周介質(水泥土)剛度逐漸增大，逐漸趨向于均一，且對波的阻尼逐漸增大。主要原理為樁周介質的剛度增大，導致樁土剛度比降低，從而使得反射波更容易傳播到土體中，反射回來被儀器所接收的波的能量減小；而更重要的是水泥土的固化使得其對波的阻尼增大，同樣使得波的能量減小，波能量的減小直觀地顯示即為波的幅值減小[12]。

3.2 水泥土清除前后對比試驗

對該項目3根靜鉆根植樁設計試樁(S5、S6、S7)進行低應變檢測。總樁長53 m，從上到下第1～3節為PHC管樁(共38 m)，第4節為PHDC竹節樁(15 m)。

第一次低應變檢測時S5的檢測曲線在5 m左右位置出現明顯先擴徑后縮徑的變化，其余2枚樁曲線形態正常，按常規判定方法均可判為Ⅰ類樁，在此不再贅述。

根據靜鉆根植樁施工技術的特點，初步分析試樁S5低應變檢測曲線在5 m左右位置出現的先擴徑后縮徑現象系由于水泥土的不均勻分布影響造成，并對該試樁進行了開挖確認。設計試樁S5初測曲線如圖5所示。

圖5 S5樁初測低應變曲線

為了驗證水泥土局部分布不均勻性對靜鉆根植樁低應變檢測結果的影響，對S5進行了開挖，現場開挖后發現樁頂以下4～5 m處水泥土分布不均勻，局部水泥土強度遠高于周邊水泥土及土體的強度，形成緊密附著在樁身的水泥土塊。將該部位堅硬的水泥土清除后再次進行低應變檢測，曲線發生變化。

清除開挖范圍內樁周堅硬的水泥土塊后，S5樁經某檢測單位進行了低應變復測，檢測結果表明樁身質量完整，為Ⅰ類樁。檢測報告提供的實測曲線如圖6所示。

圖6 檢測單位出具的S5樁低應變曲線

從現場確認結果可知，樁身內外局部水泥土的相對不均勻性對靜鉆根植樁低應變檢測結果具有一定的影響，沿樁身方向局部水泥土波阻抗會發生變化，在曲線上表現為擴徑、縮頸現象，對樁身完整性檢測結果容易產生干擾和誤判。對于上述情況，應結合靜鉆根植樁施工工藝的特殊性進行分析和判斷。

3.3 高應變現場驗證試驗

為了對靜鉆根植樁樁身完整性做進一步的探討，針對具有淺部震蕩波特點的低應變曲線的樁進行了高應變測試，檢測錘重為2 t，驗證樁身完整性情況。在做高應變測試時，樁已經開挖至樁頂下1.5 m左右，淺部樁身完整性良好。

圖7曲線形態呈低頻振蕩現象，對完整性判斷造成一定的干擾。本試驗通過高應變方法對該枚樁的完整性進行檢測和驗證。高應變檢測曲線如圖8所示。

圖7 某工程樁低應變曲線

圖8 某工程樁高應變檢測曲線

由高應變曲線可知，該枚靜鉆根植樁樁身完整性良好。通過低應變和高應變測試曲線對比可知，靜鉆根植樁的水泥土對低應變測試有一定影響。高應變由于能量較大，水泥土對波形的影響有所降低，驗證了具有低頻振蕩波曲線的樁身完整性良好。

4 結束語

考慮到靜鉆根植樁所采用的預制樁身的質量穩定性以及施工過程中對樁身的無損性，在靜鉆根植樁低應變檢測過程中出現曲線較復雜的情況應考慮為樁周水泥土的影響并慎重判定。結合模型試驗以及現場檢測、開挖等試驗結果，可以得到以下結論:

(1)靜鉆根植樁樁周水泥土的均勻與否在一定程度上影響了低應變曲線的形態。

(2)由于樁身竹節長度較短，加上樁周水泥土和土的衰減作用，深部竹節所導致的波反射較弱，對低應變曲線形態的影響一般較小；且隨著水泥土強度的提高，竹節對低應變曲線形態的影響亦逐漸減小。因此竹節樁的存在對靜鉆根植樁低應變曲線的判斷影響較小，這種影響可以忽略。

(3)樁身內外局部水泥土的相對不均勻性會在低應變測試曲線上產生異常反射，往往會先出現反向反射緊接著出現低幅值同向反射，此時樁身完整，可判定為Ⅰ類樁。