人工挖孔樁樁端持力層檢測方法研究

廖文泉

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230022）

在建筑工程中，樁基礎是最復雜，最容易出問題，也是最重要的一個施工環節。所以需要做好樁端持力層檢驗工作，嚴格按照國家設計相關標準規定，確保工程質量符合設計規范要求。通常情況下，人工挖孔樁樁底需要對樁端持力層進行檢測，人工挖孔樁一般是單樁單柱大直徑嵌巖樁，承載力較大，需要依據巖性檢驗樁底3d或5m深度范圍內是否存在空洞、破碎以及軟弱夾層等不良地質體。通過對樁端持力層的檢測，查明是否存在缺陷和質量問題，從而對其進行處理，提升建筑工程質量的有效措施，必須采用科學的檢測方法。

1 人工挖孔樁樁端持力層檢測方法分析

1.1 樁端持力層的基本概念

人工挖孔樁是樁基礎中的一種施工方式，是指樁孔采用人工挖掘方法進行成孔，然后安放鋼筋籠，澆注混凝土而成的樁。人工挖孔樁一般直徑較大，能夠承載較大壓力的結構主體，具有廣泛的應用。樁端持力層是指設計端承樁的樁端支撐層地基，持力層必須滿足在使用年限的耐久性，確保工程質量安全，避免在使用年限內出現問題。人工挖孔樁主要依靠樁端持力層傳遞上部建筑物、基礎以及土層的豎向荷載，依據地基與基礎工程規范的要求，樁端持力層需要能夠滿足上部建筑物穩定性的基本要求，且能夠滿足在極端自然環境下的安全性，所以為了確保樁端持力層質量，必須對其質量情況進行檢測，是建筑工程中的一項基礎性工作，通過對檢測結果分析，能夠對樁端持力層的實際情況做出準確有效判斷。

1.2 樁端持力層檢測方法分析

現階段，人工挖孔樁的樁端持力層檢測方法主要包括鉆孔取芯法、釬探法、巖基載荷試驗法、人工觀察孔底法、地球物理法以及工程物探法等。其中，鉆孔取芯法的應用最為普遍，雖然超前鉆能夠更加直觀地展現出持力層的基本情況，但是這種方法存在著一定局限性，只能夠反映出人工挖孔樁區域的垂直方向變化情況；巖基載荷試驗是直接檢測樁端持力層與變形模量的傳統方式，但是這種方法的應用時間較長，且成本較高，每個場地只能選擇具有代表性的若干個抽檢樁孔；地面與孔底采用的常規物探方法較多，比如淺層反射地震波方法、瑞雷面波方法、高密度電阻方法以及地質雷達方法等，地面檢測能夠獲取工程現場地基起伏、巖溶發育的實際情況，但是在采用地面探測方法時，由于不能滿足人工挖孔樁孔底的精度要求，檢測結果存在著不夠準確的問題在采用孔間彈性波、電磁波方法時，需要在樁體兩側進行鉆孔，成本較高且檢測周期較長；可以滿足探測精度與分辨率要求的常規物探方法，包括地震波法、工程物探法等，這些方法在孔底狹小的情況下應用較為便利，整體效率較高；以地質雷達為基礎的綜合分析方法，對樁底3d或5m深度范圍內的勘查中，成本較低且效率較高，分辨率能夠滿足檢測需求，但是分析難度較大[1]。

由此可見，在人工挖孔樁樁端持力層檢測中，可以選擇的方法多種多樣，不同的檢測技術具有不同的優勢與缺點，所以需要結合工程實際情況，選擇最佳的檢測方法，確保檢測方法具有高效、科學、準確、經濟、適用等特點，來獲取準確的人工挖孔樁樁端持力層檢測結果。

2 工程概況

本次工程為六安市某小區三期6#號樓，樁型為人孔挖孔樁，樁端持力層為第③2 層中風化泥質砂巖，總樁數為30 根，勘查設備為武漢沿海基樁動測儀RS-1616KP（S）。

根據擬建場地工程勘察報告，場地土共分5 層，簡述如下：

①層雜填土(Qml)——分布整個場地，層厚0.30～9.90m，層底標高52.79～66.94m。可塑(稍密狀態)，主要成分為粉質粘土、砂、少量碎磚石及部分老房屋基礎組成，含植物根莖。

②1 層粘土(粉質粘土)(Q4al+pl)——該層局部分布，層厚0.20～5.50m，層底標高51.95～64.89m。灰黃色，可塑狀態，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，含氧化鐵、高嶺土、少量鐵錳結核。

②層粘土(Q3al+pl)——層厚0.50～5.00m，層底標高51.98～64.26m。褐黃—棕紅色，硬塑—堅硬狀態。無搖振反應，干強度高，韌性高。含氧化鐵、高嶺土、鐵錳結核等，部分地段該層下部為砂巖殘積層。

③1 強風化泥質砂巖(J)——分布整個場地，層厚0.50～6.90m，層底標高50.95～65.22m。棕紅色，密實狀態，其表面已風化成壤含長石、石英，屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質量為Ⅴ級。

③2 層中風化泥質砂巖(J)——本層未鉆穿，棕褐色，鉆進較困難，取芯困難。屬軟巖—較軟巖，巖體上部較破碎，下部漸完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級，該巖層巖質堅硬，采用風鎬開挖困難，在該層中開挖較深時，需爆破開挖。

3 勘查方法分析

根據彈性波在巖土介質中傳播特征判斷樁端持力層巖土性狀。當在孔底激發彈性波時，該彈性波即向周圍地層中傳播，當巖土介質的成分、結構和密度等因素發生變化時，彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發生相應變化，在彈性性質不同的介質分界面上還會發生波的反射（如巖溶、軟弱夾層、裂隙、破碎等），通過接收反射波信息（彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分），即可推斷被測巖土介質的結構和致密完整性程度，從而對其做出評價[2]。相比于其他勘查方法而言，通過彈性波對樁端持力層進行分析，所需要的資源消耗少，不需要大量的現場作業，且施工效率較高，還能夠與信息技術進行結合，實現自動化勘查、計算以及結果分析，是當前樁端持力層檢測中應用最為廣泛的技術之一。結合本次工程的基本地質情況，通過反射波法勘查特性進行樁端持力層檢測具有良好的效果。

在檢測過程中，當樁頂受到激振力后，樁底就會產生彈性波，彈性波會沿著樁身向下傳播，在遇到波阻抗差異界面的情況下，就會產生透射與反射，反射波從介質A進入介質B時，產生的速度反射波，速度反射波大小計算公式為：Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，在該公式中，Vi表示入射波，Vr表示反射波，Z1表示介質，A廣義波阻抗，Z1=ρ1C1A1，Z2表示介質B廣義波阻抗，Z2=ρ2C2A2，反射波大小極性與波阻抗界面兩端的介質具有密切關系，受到Z1與Z2相對變化的影響；在Z1大于Z2的情況下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＞0，那么反射波與入射波為相同方向；在Z1小于Z2的情況下Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＜0，那么反射波與入射波為同向；在Z1=Z2的情況下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)=0，那么則沒有反射波[3]。

人工挖孔樁的樁端持力層是同一介質、波阻抗均勻的界面，所以通過對樁底反射波的特點進行分析，能夠確定Z1與Z2的變化情況，從而能夠對樁端持力層的巖土性狀進行確定。為了進一步明確樁端持力層的巖土性狀，本文采用工程物探法進行勘查與評定，通過反射波形特征形態，判斷持力層巖層的基本情況。將上述工程轉變為Vr=F·ViF=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，其中F為反射系數，由此可見反射系數與人工挖孔樁樁身的材料、樁端持力層巖土性狀局域密切關系，樁身波阻抗Z1=ρ1C1A1，能夠采用檢測結果對其進行計算，且反射波系數可以利用該檢測方法的曲線入射波強度與反射波強度進行計算。為此，樁端持力層的波阻抗Z2計算公式為：Z2=Z1(1-F)/(1+F)，在假定A1=A2的情況下，那么C2=ρ1C1(1-F)/(1+F)/ρ2，其中C1與F可以通過該檢測方法的檢測結果進行確定，ρ1可以依據混凝土強度進行計算，從而能夠得到巖石完整性系數結果，以此為基礎對樁端持力層完整性進行計算分析[6]。

4 勘察結果與結論

在本次工程中，6#樓共進行了30個孔底勘查結果，具體勘查結果如表1所示。

結合表1的勘查分析結果可以看出，孔底物探所測30 個孔，其孔底巖石基本完整，樁端持力層在5m 范圍內無明顯不良地質體。

表1 6#樓孔底勘查結果數據

將隨機選擇其中6根人工挖孔樁，對樁端持力層完整系數進行計算，按照巖體完整系數與定性劃分的對應關系，對持力層巖土性狀進行分析，結果如表2所示。

表2 巖體完整性系數計算結果

5 結束語

綜上所述，本文簡要闡述了人工挖孔樁樁端持力層的主要檢測方法，并結合工程實際案例對其檢測方法應用進行分析，最后得到了準確的檢測結果，希望可以對建筑工程起到一定的借鑒與幫助作用，不斷提升檢測技術水平。