某通訊塔樁身缺陷的檢測判定與原因分析

馬 馳

(江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院，江蘇 徐州 221000)

1 概述

鉆孔灌注樁是一種成熟的樁型，被廣泛地應(yīng)用于各種工程建設(shè)項(xiàng)目之中。尤其是大直徑鉆孔灌注樁，因其承載力高，設(shè)計(jì)樁數(shù)少，施工設(shè)備選擇方便等優(yōu)點(diǎn)，在一些大型通訊塔、輸電塔等塔基中常常采用。鉆孔灌注樁的成樁過程要求嚴(yán)格，施工工藝流程相對(duì)復(fù)雜，如果某個(gè)環(huán)節(jié)控制措施不當(dāng)，往往產(chǎn)生樁身混凝土離析、縮徑、夾泥和斷樁等質(zhì)量通病。為了全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)基樁完整性，有關(guān)規(guī)范條文規(guī)定：“當(dāng)采用低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法檢測樁身完整性發(fā)現(xiàn)有Ⅲ類、Ⅳ類樁存在，且檢測數(shù)量覆蓋的范圍不能為補(bǔ)強(qiáng)或設(shè)計(jì)變更方案提供可靠依據(jù)時(shí)，宜采用原檢測方法，在未檢樁中繼續(xù)擴(kuò)大檢測。當(dāng)原檢測方法為聲波透射法時(shí)，可改用鉆芯法[1]。”

筆者多年從事基樁檢測技術(shù)工作，收集了許多大型塔基的鉆孔灌注樁檢測資料。本文僅取一典型工程事例，在介紹聲波透射法和鉆芯法檢測成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)而分析某塔基鉆孔灌注樁質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因。愿此文為類似工程事故的原因分析提供借鑒。

2 工程概況與地質(zhì)條件

擬建通訊塔位于江蘇徐州某鎮(zhèn)的一農(nóng)田內(nèi)，田內(nèi)零星分布著灌溉之用的管井。場地遠(yuǎn)離村莊和道路，交通和施工條件不便。設(shè)計(jì)塔基采用4根直徑為1.5 m鉆孔灌注樁，樁位呈正方形分布，樁中心距8.5 m(見圖1)，有效樁長21.5 m，樁身混凝土強(qiáng)度C30，鋼筋籠通常配筋。

根據(jù)工勘報(bào)告，場區(qū)土層分布自上而下為：①粉土，厚3.20 m；②粉質(zhì)粘土，厚5.26 m；③砂質(zhì)粘土，厚2.46 m;④粉細(xì)砂，厚0.65 m；⑤粘土，厚7.15 m；⑥鈣質(zhì)結(jié)核粘土，大于8.53 m，未揭穿。地下水位在地表下2.56 m。鑒于合同工期緊，建設(shè)單位要求開工急，在現(xiàn)場缺乏自來水水源的情況下，施工單位決定采用緊鄰場外的一眼農(nóng)用管井作為施工水源。

3 聲波透射法檢測成果

聲波透射法是利用聲波的透射原理對(duì)樁身混凝土介質(zhì)狀況進(jìn)行檢測的一種無損檢測方法，適用于大直徑混凝土灌注樁的樁身完整性檢測。本工程僅有4根直徑為1.5 m的鉆孔灌注樁，樁身混凝土齡期滿足要求后，采用聲波透射法如數(shù)檢測了樁身混凝土的完整性。

測試數(shù)據(jù)的分析處理及缺陷判定嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行，即根據(jù)聲時(shí)、波幅—深度曲線結(jié)合波列圖等判定缺陷的部位和類別[2]。綜合分析研究后發(fā)現(xiàn)，4根受檢樁中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)樁都不同程度地存在樁身質(zhì)量缺陷，而且集中于10.92 m～11.57 m范圍。查看工勘報(bào)告，這個(gè)范圍對(duì)應(yīng)的是厚度約0.65 m的粉細(xì)砂層。依據(jù)樁身缺陷處聲測線的聲學(xué)特征和缺陷的空間分布范圍判定：4號(hào)樁為Ⅰ類；1號(hào)和3號(hào)樁為Ⅲ類；2號(hào)樁為Ⅳ類。

面對(duì)這樣的聲波透射法檢測結(jié)果，建設(shè)和施工單位相關(guān)人員感到愕然。雖然在檢測混凝土樁完整性的現(xiàn)有各種方法中，聲波透射法的檢測結(jié)果一般被認(rèn)為是最為可靠的[3]，但是,為了提高檢測成果的可靠性，防止誤判，經(jīng)多方協(xié)商并征求設(shè)計(jì)人員的意見，決定對(duì)1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)樁進(jìn)行鉆芯法驗(yàn)證。

4 鉆芯法驗(yàn)證

鉆芯法是直接從樁身鉆取混凝土芯樣和鉆取一定深度的樁底巖土層芯樣進(jìn)行狀態(tài)和強(qiáng)度檢驗(yàn)的半破損現(xiàn)場檢測方法，與其他方法比較，其檢測結(jié)果直觀可靠，易于判別[4]。

根據(jù)JGJ 106—2014建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范中的“鉆芯法”7.13條款“當(dāng)選擇鉆芯法對(duì)樁身質(zhì)量、樁底沉渣、樁端持力層進(jìn)行驗(yàn)證檢測時(shí)，受檢樁的鉆芯孔數(shù)可為1孔”的規(guī)定，鑒于本次取芯的目的只為驗(yàn)證樁身的完整性，出于減少對(duì)樁身混凝土的二次損害和施工單位經(jīng)濟(jì)損失，多方研究決定對(duì)這3根有嚴(yán)重缺陷的樁僅作單孔取芯，而且取芯深度限于越過缺陷部位以下2 m即可。施工機(jī)械選用GXY—1型立軸回轉(zhuǎn)式液壓鉆機(jī)，直徑為100 mm的金剛石鉆頭。取芯情況如下：

2號(hào)樁的芯樣顯示，從樁頂(地表)至10.92 m范圍，混凝土芯樣連續(xù)、完整、表面光滑，膠結(jié)較好，骨料分布均勻，呈長軸狀，局部柱狀，斷口吻合，芯樣側(cè)面僅見少量氣孔。但在10.92 m～11.57 m處僅見碎石塊，基本無膠結(jié)，呈松散狀，破碎長度大于10 cm,這屬于混凝土離析的典型表現(xiàn)。鉆孔施工記錄描述，鉆到該深度出現(xiàn)鉆機(jī)抖動(dòng)、鉆進(jìn)困難等癥狀。往下11.57 m～13.57 m芯樣完整，至此終孔。

1號(hào)和3號(hào)樁從樁頂至10.92 m范圍混凝土芯樣膠結(jié)完好，完整且連續(xù)，該區(qū)段芯樣與2號(hào)樁比較大致相同。但1號(hào)樁在11.42 m～11.49 m深度范圍內(nèi)芯樣不連續(xù)，芯樣破碎；3號(hào)樁在11.25 m～11.33 m深度混凝土芯樣破碎，長度小于10 cm。其他區(qū)段芯樣膠結(jié)較好，無松散。

綜合聲波透射法檢測成果和鉆芯法驗(yàn)證，故判定2號(hào)樁在10.92 m～11.57 m深度嚴(yán)重離析，屬于斷樁，樁身完整性類別判為Ⅳ類；判定1號(hào)和3號(hào)樁在10.92 m～11.57 m深度存在離析，樁身完整性類別判為Ⅲ類。建議對(duì)這3根樁進(jìn)行處理。

5 樁身缺陷的原因分析

5.1 施工原因排查

針對(duì)1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)樁存在樁身混凝土離析或斷樁缺陷，建設(shè)單位要求監(jiān)理和施工方查找和分析原因，以便匯報(bào)設(shè)計(jì)單位做出處理意見。

施工方有關(guān)人員認(rèn)真地回憶了成樁過程，翻閱了施工日志，針對(duì)常見的樁身混凝土離析和斷樁事故原因一一進(jìn)行了排查，并沒有發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)常見的引起離析和斷樁事故的異常現(xiàn)象。樁身采用的是C30商品混凝土，灌注過程連續(xù)，試塊檢測合格。

本工程施工用水取自場外東側(cè)20 m遠(yuǎn)的農(nóng)用管井。現(xiàn)場監(jiān)理人員仔細(xì)地查閱了監(jiān)理日志，偶然發(fā)現(xiàn)在3號(hào)樁成孔作業(yè)期間從管井抽出的水變得渾濁，呈“灰水”顏色，但當(dāng)時(shí)沒有引起重視。這條監(jiān)理記錄為分析本次質(zhì)量事故原因提供了重要線索。是否是地下水流將灌注不久、未初凝的1號(hào)、2號(hào)樁樁身混凝土沖刷、攜帶膠凝物質(zhì)造成的，管井抽水引起地下水向管井匯集，是否是造成這次事故的主因。帶著這些疑問，有必要從工程地質(zhì)條件和抽水影響范圍兩方面加以分析。

5.2 工程地質(zhì)條件分析

從上述土層分布情況可知，地表下10.92 m～11.57 m為粉砂富水層,其滲透系數(shù)比粉土、粉質(zhì)粘土和粘土高，一般為粉細(xì)砂5 m/d～8 m/d。當(dāng)?shù)叵潞畬犹幱谙鄬?duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，對(duì)未凝固的樁身混凝土無破壞作用；一旦管井大量抽水，便會(huì)形成地下水位差，引起地下水橫向滲透，形成地下水流。地下水流的存在導(dǎo)致對(duì)未初凝的樁身混凝土破壞，這點(diǎn)不難理解。問題是同一場地相同方法施工的4根工程樁只有4號(hào)樁樁身完好，而其他3根樁帶有缺陷，這是什么原因。

5.3 抽水影響半徑計(jì)算

從圖1可知，利用場外東邊的管井作為施工水源，抽水實(shí)質(zhì)上對(duì)工地一側(cè)也起到降水作用。對(duì)于潛水含水層來說，降水的影響范圍就是降水漏斗的平面半徑(即影響半徑)，可按以下公式計(jì)算[5]：

其中，R為降水影響半徑，m；s為抽水井點(diǎn)水頭降深值，m；k為含水層滲透系數(shù)，m/d；H為含水層厚度，m。

根據(jù)施工現(xiàn)場調(diào)查和查閱工勘報(bào)告，s取8.0 m，k取粉細(xì)砂滲透系數(shù)的平均值6.5 m，H取0.65 m，計(jì)算出R=32.88 m。也就是說，以場外管井為圓心，以R為半徑畫弧，可見本工程1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)樁都在降水影響半徑之內(nèi)(見圖1)。

5.4 地下水流對(duì)樁身混凝土的破壞

聲波透射法檢測成果和鉆芯法取芯驗(yàn)證都表明混凝土離析或斷樁是發(fā)生在粉砂層部位，這不難解釋1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)樁產(chǎn)生混凝土離析和斷樁事故的原因。

根據(jù)施工記錄，本工程選用一臺(tái)鉆機(jī)施工，4根樁的施工順序依次為：1號(hào)→2號(hào)→3號(hào)→4號(hào)。1號(hào)樁位于降水影響半徑之內(nèi)且最先施工，在2號(hào)樁成孔期間抽水引起地下水流沿粉砂層向管井匯集，所以管井抽水對(duì)1號(hào)樁未初凝的樁身混凝土有沖刷、破壞作用，但因1號(hào)樁靠近降水漏斗的邊緣，其影響僅使樁身沿粉砂層部位產(chǎn)生輕微離析；3號(hào)樁的情形與1號(hào)樁有些類似，不再贅述；2號(hào)樁完全處于降水影響半徑之內(nèi)且離管井最近，地下水流沿粉砂層對(duì)其沖刷的時(shí)間較長，因此對(duì)樁身混凝土的影響最大，致使混凝土中的膠凝物質(zhì)被水流帶走匯集管井中(與監(jiān)理反映的井水呈灰色相吻合)，混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重離析，形成斷樁。4號(hào)樁處于降水影響范圍之外且離管井距離較遠(yuǎn)，隨著最后一根樁成孔結(jié)束，工地已停止大量抽水，地下水位已恢復(fù)至以往的穩(wěn)定水位(地表下2.56 m)，故不產(chǎn)生地下水流，在此情況下灌注混凝土，地下水幾乎不對(duì)4號(hào)樁樁身混凝土產(chǎn)生破壞，因此，其樁身是完整的。

6 結(jié)語

樁身完整性的檢測方法有多種，每種方法都有其局限性。在聲波透射法判定有缺陷的樁身部位輔助鉆芯法加以驗(yàn)證，不僅能準(zhǔn)確地判定樁的缺陷范圍和性質(zhì)，提高基樁檢測精度和作出可靠性的結(jié)論，而且能為分析缺陷產(chǎn)生的原因提供幫助。

實(shí)例告誡我們，在現(xiàn)場缺乏自來水水源的情況下，不能盲目地利用場地內(nèi)或臨邊的既有管井取水施工；如需利用，一定要通過地質(zhì)條件分析和論證，確保抽水不會(huì)因地下水流對(duì)鉆孔灌注樁樁身混凝土產(chǎn)生破壞作用，否則，會(huì)造成嚴(yán)重質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失。因此，施工取水安全問題不容忽視。