龔拼,陳秋南,衣利偉

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 湘潭,411201)

深厚填土區(qū)鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測及問題處理

龔拼,陳秋南,衣利偉

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 湘潭,411201)

結(jié)合丘陵地帶深厚填土地區(qū)高速公路鉆孔灌注樁實(shí)例,根據(jù)現(xiàn)場超聲波透射法檢測數(shù)據(jù),采用臨界判據(jù)法和PSD判據(jù)法判定深厚填土區(qū)鉆孔灌注樁身缺陷類型,并分析了出現(xiàn)缺陷問題的原因。根據(jù)深厚填土區(qū)地質(zhì)特性,提出如何綜合運(yùn)用沖擊與旋挖 2種方式協(xié)調(diào)成孔,并調(diào)整泥漿護(hù)壁方案保證樁孔質(zhì)量,以避免鉆孔灌注樁各類樁身質(zhì)量問題的出現(xiàn)。對采用新施工方案完成的鉆孔灌注樁進(jìn)行超聲波透射法檢測結(jié)果顯示,樁身質(zhì)量改善效果比較理想。

深厚填土;鉆孔灌注樁;質(zhì)量檢測;協(xié)調(diào)成孔

位于南方丘陵地帶的建筑工程常無法避免存在深厚填土地基的問題。與天然土層地基不同,深厚填土地基具有壓實(shí)沉降量大、沉降固結(jié)時間長等特性。填土層不均勻沉降的特性容易導(dǎo)致灌注樁成孔施工后孔壁坍塌、成樁質(zhì)量差,對樁身結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)承載力都有較大影響。近年來,針對鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性影響因素[1]、泥漿護(hù)壁對樁基承載性能的影響[2]及施工質(zhì)量控制[3]等的研究取得了一定成果,但專門針對深厚填土場地鉆孔灌注樁質(zhì)量問題及處理的研究很少,且對深厚填土場地灌注樁質(zhì)量問題的研究僅限于水文、地質(zhì)條件等方面,而忽略了施工方式對鉆孔灌注樁質(zhì)量的影響。

本文結(jié)合湖南某高速公路段深厚填土區(qū)樁基工程,對樁基質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場超聲波檢測。結(jié)合厚填土特性綜合分析超聲波透射法檢測數(shù)據(jù),研究了深厚填土地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁缺陷特點(diǎn)及產(chǎn)生的原因。從成孔方式出發(fā),提出了針對深厚填土場地鉆孔灌注樁缺陷處理的具體方案,為處于此類地質(zhì)的樁基工程提供參考。

1 工程概況

益陽市某高速橋頭路基工程項(xiàng)目位于丘陵地區(qū),該路段大部分樁基處于深厚填土地基區(qū)域。樁頂以下約15 m為填土,控制填土壓實(shí)度在95%以上。場地地質(zhì)層由上至下分別為雜填土、紅黏土填土、板巖及微風(fēng)化板巖。

該樁基工程樁徑分布范圍為 1.8～2.0 m,樁長分布范圍為28～36 m。樁類型分為摩擦樁、端承樁及嵌巖樁3種。設(shè)計(jì)單獨(dú)采用旋挖鉆機(jī)成孔、沖擊鉆機(jī)成孔方式形成灌注混凝土樁。該場地主要堆填紅黏土,分層回填壓實(shí)再進(jìn)行樁基施工,堆填后地貌情況如圖1所示。由于該填土場地含上層滯水和巖層裂隙水2種,其自重固結(jié)尚未完全完成,因此,后期地基較大變形將會導(dǎo)致樁基成孔施工時出現(xiàn)土體坍塌。據(jù)施工現(xiàn)場已成鉆孔情況反映,部分未下放鋼筋籠的樁孔存在嚴(yán)重的孔壁泥塊掉落的現(xiàn)象,故對一部分成樁采用了超聲波透射法[4]進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測。

圖1 壓實(shí)后地基地貌

2 樁基質(zhì)量檢測及缺陷類型分析

2.1 樁基質(zhì)量初步評價(jià)

選取場地填土厚度超過 10 m的樁基進(jìn)行超聲波透射法檢測,其中鉆孔灌注樁10根,沖孔灌注樁12根。所選檢測樁預(yù)留有4條聲測管道,首先對樁進(jìn)行平測掃描,現(xiàn)場模糊分析實(shí)測波形曲線圖,找到問題剖面;再對問題剖面進(jìn)行扇形掃測法[5]檢測;最后通過分析加密斜測曲線圖完成樁基質(zhì)量初步評價(jià)。表1為所測樁樁身完整性[6]結(jié)果。表1顯示,工程中Ⅲ類樁4根,Ⅱ類樁8根,表明在該深厚填土地區(qū)成樁質(zhì)量普片存在問題,需進(jìn)一步分析所測數(shù)據(jù)判斷其缺陷類型。

表1 樁身完整性檢測結(jié)果 /根

2.2 樁身缺陷類型判定

圖2 P1樁1-2、1-3、2-3剖面波形圖

超聲波透射法檢測樁身質(zhì)量一般采用臨界值判據(jù)法[7]。在波速和波幅的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差基礎(chǔ)上計(jì)算出界限值,波速與波幅若低于這一低限值,則視為可疑缺陷區(qū)域。臨界值判據(jù)法一般只能作為輔助判據(jù),準(zhǔn)確地判斷樁身存在的問題,還需依靠波幅與波速的具體數(shù)值以及利用聲學(xué)參數(shù)與深度曲線上兩相鄰測點(diǎn)之間的斜率與聲時差的乘積[7](PSD判據(jù)法)確定缺陷可疑點(diǎn)。

由于樁數(shù)量較多,故選取1根(P1)具有代表性的問題樁做分析。P1樁剖面波形如圖2所示。從圖2可知:P1樁身26.2 m處,剖面1-2、2-3的聲幅和聲速較低,可能存在局部夾泥或混凝土離析問題;在樁底28.6 m處,剖面1-2、2-3的聲幅和聲速都遠(yuǎn)低于臨界聲幅和臨界聲速,初步判斷存在一定厚度(0.4 m厚加上聲測管距樁底的長度)的樁底沉渣或者樁底混凝土質(zhì)量差。

為進(jìn)一步確定缺陷類型,整理出初步診斷為混凝土離析、樁身斷面局部夾泥、樁底沉渣的聲學(xué)參數(shù),參考文獻(xiàn)[8]的方法將各參數(shù)整理后如表2所示。由于聲波在紅黏土與混凝土的界面上發(fā)生反射與折射,而紅黏土的聲阻抗率低于混凝土的聲阻抗率,聲波會在遇到紅黏土?xí)r發(fā)生繞射,路程變長使聲時延長。由于聲波的繞射、反射以及折射的原因,使測得的波形發(fā)生畸變,PSD值較大且波動明顯。28.6 m處位于樁底部位,鉆孔結(jié)束后清孔不規(guī)范、不徹底或者下放鋼筋籠碰撞孔壁都容易造成樁底沉渣。沉渣主要是巖屑、泥漿混合物,超聲波在此類介質(zhì)中傳播慢,故此處樁基質(zhì)量判定為樁底沉渣。鉆入紅黏土填土層深度的剖面,由于采用旋挖成孔工藝,填土層中泥漿護(hù)壁能力弱,極易發(fā)生孔壁剝落坍塌,結(jié)合現(xiàn)場成孔勘測及 PSD值的對比,此處樁基質(zhì)量問題判定為樁身斷面局部夾泥和樁底沉渣。

經(jīng)綜合分析判定該深厚填土區(qū)的2種灌注樁主要存在局部夾泥和樁底沉渣的問題。為確認(rèn)判斷結(jié)果是否準(zhǔn)確,對所有Ⅲ類樁進(jìn)行鉆孔抽芯取樣(圖3)。圖3顯示,所分析樁確實(shí)存在樁底沉渣及局部夾泥的情況,且沉渣厚度超過設(shè)計(jì)要求的最大值[9]50 mm。該超聲波檢測實(shí)例反映了僅憑借臨界判據(jù)法并不能完全準(zhǔn)確地判定樁身缺陷類型,結(jié)合PSD判據(jù)法綜合分析樁身缺陷可大大提高準(zhǔn)確度。

表2 模型實(shí)驗(yàn)問題斷面聲學(xué)參數(shù)檢測平均值及實(shí)測剖面參數(shù)

圖3 缺陷樁鉆芯樣品

3 問題成因及處理

雖然現(xiàn)場檢查沖孔灌注樁和旋挖灌注樁成樁過程中沒有發(fā)現(xiàn)成樁過程的施工方案方面問題,但是成孔清除沉渣后仍然出現(xiàn)了孔壁坍塌的現(xiàn)象。故判斷該類缺陷出現(xiàn)的主要原因是在深厚填土場地單一使用沖擊成孔或旋挖成孔而造成孔壁坍塌,從而導(dǎo)致局部夾泥和樁底沉渣的問題。

在此厚填土區(qū)樁基工程中,由于紅黏土填土具有網(wǎng)狀裂隙、土層易脹縮及地表水易下滲等特性,在成樁過程中雨水的下滲及機(jī)械施工時的加載將導(dǎo)致厚填土地基發(fā)生不均勻變形。上部填土層較為松軟易產(chǎn)生塌孔,若采用旋挖成孔則需加長護(hù)筒或增大泥漿濃度以避免塌孔,將使單樁造價(jià)變高、作業(yè)耗時增長[10]。沖擊成孔方式可采用泥漿動態(tài)循環(huán)施工,采用泥漿護(hù)壁,且在合理范圍內(nèi)加大泥漿使用量可有效防止孔壁坍塌,所以成孔質(zhì)量較好。孔壁泥漿較厚產(chǎn)生泥皮效應(yīng),在成樁后大大減弱了上部樁側(cè)負(fù)摩阻力[11]對樁承載力產(chǎn)生的時間效應(yīng)。下層地基由于地質(zhì)條件較好,且含有巖層、硬夾層等,可選用合適的旋挖鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)施工。雖然下層地基成樁時也會發(fā)生孔壁坍塌等問題,但可以通過改善泥漿成分使用優(yōu)質(zhì)泥漿或者高分子聚合物泥漿,增強(qiáng)凝漿作用,提高泥漿抗剪程度,從而使得成孔后孔壁穩(wěn)定,必要時還可以加長護(hù)筒護(hù)壁。

綜上所述,若合理利用2種鉆孔方式的優(yōu)點(diǎn),采用2種鉆孔方式協(xié)調(diào)成孔替代單一鉆孔方式成孔,則可避免深厚填土區(qū)的樁身質(zhì)量問題。填土層采用沖擊成孔法,配合泥漿動態(tài)循環(huán)施工,泥漿相對密度增加至原來的 1.2倍;下端板巖基底層采用旋挖成孔法,配合高分子聚合物泥漿護(hù)壁。協(xié)調(diào)成孔實(shí)施流程如圖4所示。

圖4 協(xié)調(diào)成孔實(shí)施流程

4 效果檢驗(yàn)

對后期采用2種成孔方式協(xié)調(diào)成孔的6根灌注樁進(jìn)行了超聲波透射法檢測,表 3為所測樁樁底斷面1-3、2-4剖面超聲檢測數(shù)據(jù)。由表 3可知,出聲時均在 230 μs左右,波輻穩(wěn)定在 100 dB左右,PSD值基本趨于0,皆接近正常斷面參數(shù)。整樁波形圖首波振幅明顯,波形無畸變,樁身完整性基本上都能達(dá)到Ⅰ類。因此,協(xié)調(diào)成孔有效地避免了單一成孔方式成樁所造成的樁身缺陷問題。

表3 樁底斷面1-3、2-4剖面4超聲檢測數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

深厚填土地區(qū)地質(zhì)的特殊性使得對灌注樁的檢測及樁身缺陷類型判定更為困難,采用臨界判據(jù)法結(jié)合PSD判據(jù)法可更為準(zhǔn)確地判定樁身完整性及其所存在缺陷的類型。

聲波會在遇到紅黏土?xí)r發(fā)生繞射,路程變長使聲時延長。由于聲波的繞射、反射以及折射的現(xiàn)象,使測得的波形發(fā)生畸變,所以在樁身局部夾泥和樁底沉渣的斷面,PSD值較大且波動明顯。改變成孔方式后超聲波透射法檢測出的正常樁波形穩(wěn)定,無畸變,且PSD值趨于0。

單一的成孔方式在深厚填土地區(qū)雖然也可以采取針對性措施來保證成樁質(zhì)量,但所需時間長,耗資多。采用沖擊和旋挖協(xié)調(diào)鉆孔,并采用動態(tài)循環(huán)泥漿護(hù)壁可以有效避免由孔壁坍塌引起的樁身局部夾泥及樁底沉渣問題。

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(責(zé)任編校:江河)

Quality test and defect treatment of bored pile in deep filling soil area

Gong Pin,Chen Qiunan,Yi Liwei
(School of Civil Engineering,Hunan University of Science And Technology,Xiangtan 411201,China)

As an example of bored piles for motorways in deep filling soil area of hilly,According to the detecting data of ultrasonic transmission method,the defect of bored pile is judged by the critical criterion wave method and PSD criterion method,it was carried out analysis of the reason.According to the geological characteristics of deep filling soil area,put forward how to comprehensively use two different way to drill,by adjusting the mud protection scheme to guarantee the quality of the pile holes.The ultrasonic transmission method is used to detect the bored pile with the new construction scheme and the improvement of pile quality is ideal.

deep filling soil;bored pile;quality test;coordinated drilling method

TV 753.3

A

1672-6146(2017)02-0058-04

龔拼,812252829@qq.com。

2016-12-30

2016年湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CX2016B608)。

10.3969/j.issn.1672-6146.2017.02.014