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        某山區(qū)橋梁樁基孔壁坍塌分析及處理

        2020-12-15 10:39:12
        山西建筑 2020年24期
        關(guān)鍵詞:芯法芯樣孔壁

        虞 夢 澤

        (福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室,福建 福州 350025)

        0 引言

        山區(qū)的工程地質(zhì)條件往往較為復(fù)雜,巖土工程勘察的資料與實際情況常常有所出入,從而導(dǎo)致樁基成樁質(zhì)量難以控制,其中樁基礎(chǔ)成孔過程中的孔壁坍塌就是施工中經(jīng)常遇到的問題之一??妆谔自斐蓸渡韸A泥、縮徑甚至斷樁,對工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。本文通過對某山區(qū)橋梁工程樁基檢測數(shù)據(jù)的對比,分析了樁身缺陷的類型和范圍并開挖驗證,采用接樁方式修復(fù)缺陷部分,為因孔壁坍塌導(dǎo)致的樁基質(zhì)量問題提供了工程經(jīng)驗和處理思路。

        1 工程概況

        某工程主橋上部結(jié)構(gòu)采用三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,橋梁采用單箱雙室斷面。中墩下設(shè)置矩形承臺,承臺長7.6 m,寬7.6 m,高2.5 m;承臺下設(shè)置4根直徑1.8 m 的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁基設(shè)計為摩擦樁,施工工藝為沖擊成孔灌注樁,樁長70 m,樁底持力層為④粉質(zhì)黏土層。

        橋址上部多為沖洪積、坡殘積層所覆蓋,下伏基巖為石炭系林地組(Cl)石英砂巖。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)繪,橋址區(qū)附近無大的區(qū)域構(gòu)造分布,橋址區(qū)未發(fā)現(xiàn)新構(gòu)造及活動斷裂,橋位場地較穩(wěn)定。2號橋臺所處位置工程地質(zhì)情況如表1所示。

        表1 工程地質(zhì)情況表

        場地地表水不發(fā)育,地下水主要為賦存于卵石土層、粉質(zhì)黏土層中的孔隙型潛水及賦存于基巖中的裂隙水,富水性較弱,二者存在一定的水力聯(lián)系。地下水位埋深8.4 m。

        2 聲波透射法檢測

        本工程采用超聲波法檢測樁身質(zhì)量情況,抽檢比例為100%。聲波透射法是對基樁無損檢測的一種重要手段,這種方法是在基樁內(nèi)預(yù)埋聲測管道,根據(jù)聲波脈沖波穿越基樁時的參數(shù)(聲時、聲速、頻率、能量及PSD值)來反映構(gòu)件缺陷的存在。超聲波的反射情況因缺陷的不同性質(zhì)與不同大小而異,這種差異在時間域上并不明顯,很難辨別出來,但是在頻率域上卻很明顯。因為聲波的固有頻率不變,所以超聲波各波束干擾融合的影響在頻率域內(nèi)較小,通過修正以后,能做到頻率域的特征只與混凝土缺陷的性質(zhì)有關(guān)[1]。

        樁基施工完成14 d后進(jìn)行聲波透射法試驗,其中2號橋臺2-3號樁存在嚴(yán)重缺陷,聲波檢測剖面結(jié)果見表2。

        表2 聲波透射法檢測結(jié)果

        該試樁波形嚴(yán)重畸變的異常聲測線在8.60~12.20深度范圍內(nèi)均有分布,樁身完整性應(yīng)判別為Ⅳ類。根據(jù)規(guī)范中聲波檢測剖面的覆蓋范圍初步分析兩個典型剖面見圖1,圖2[2],其中陰影部分為可能存在缺陷的范圍。

        3 鉆芯法驗證與樁身缺陷的分析

        橋梁樁基礎(chǔ)的特點是數(shù)量少、承載力大,其施工質(zhì)量的要求遠(yuǎn)高于建筑樁基。傳統(tǒng)的判別分析方法認(rèn)為,從聲波透射法檢測結(jié)果中樁身在10.20 m~11.90 m附近應(yīng)存在全截面缺陷范圍,屬于斷樁。對于如此嚴(yán)重的缺陷情況,應(yīng)在原樁位重新打樁或在對應(yīng)位置補樁。但又因其長度較長,直徑較大,重打和補樁的經(jīng)濟成本和時間成本極大。為驗證缺陷的范圍和類別進(jìn)而為設(shè)計提供修復(fù)或補樁方案,受業(yè)主委托采用鉆芯法鉆取混凝土芯樣。本次鉆芯法根據(jù)規(guī)范均在距離樁身中心10 cm~15 cm附近開孔,最深鉆芯至26.30 m,均因芯樣側(cè)面見鋼筋痕跡,確定取芯軌跡偏離樁身,停止鉆芯,共鉆取3個孔。3個孔取出的芯樣均呈長柱狀、連續(xù)且膠結(jié)好,均未見夾泥或離析的情況。已取出芯樣的完整性可判為Ⅰ類。芯樣如圖3所示。

        4 開挖驗證

        灌注樁常見的完整性缺陷類型有斷樁、夾泥、離析、集中氣孔、裂縫等。試樁的檢測結(jié)果中鉆芯法表明樁身中部混凝土連續(xù)未存在缺陷,而聲波透射法中卻判定Ⅳ類樁,兩種檢測方法得到的結(jié)果南轅北轍。值得慶幸的是本工程樁身的缺陷位置相對較淺,且樁周土質(zhì)為硬塑粉質(zhì)黏土,在干燥情況下強度尚可。經(jīng)專家論證,采用人工挖孔方法開挖至缺陷位置,以明確缺陷的類型并修復(fù)。

        本工程樁身直徑1 800 mm,為保證操作空間和人員安全,開挖了上部0 m~5 m直徑4.5 m、下部5 m~12 m直徑為3.6 m的孔洞。樁身采用風(fēng)鎬破除,鋼筋籠采用電焊割除。樁身開挖形成的基坑如圖4所示。

        0.0 m~8.7 m的樁身質(zhì)量均符合設(shè)計要求。開挖至8.8 m附近,發(fā)現(xiàn)樁身存在部分夾泥情況。泥土范圍覆蓋了1號聲測管周邊位置,導(dǎo)致超聲波在1—1,1—2,1—3剖面嚴(yán)重畸變,如圖5所示。隨著開挖的繼續(xù)進(jìn)行,夾泥部分逐步擴大,部分區(qū)域鋼筋籠保護(hù)層明顯不足,樁身鋼筋直接與樁周土體接觸,部分層面樁身混凝土顏色呈棕黑色,與原樁身淺灰色混凝土差異較大,強度明顯降低,如圖6所示。開挖至10.3 m附近夾泥部分?jǐn)U大至樁身的一半以上,且其中1號、2號、4號共3根聲測管周邊均為泥質(zhì)包裹,部分樁身鋼筋籠直接暴露在土體中,樁身夾泥部分面積約52%,導(dǎo)致超聲波在所測6個剖面均無法傳播,如圖7所示。

        5 原因分析

        針對2-3號樁開挖所發(fā)現(xiàn)的樁身質(zhì)量缺陷情況,主要缺陷表現(xiàn)形式為夾泥,而夾泥的直接原因是孔壁坍塌。綜合地質(zhì)資料和施工記錄,該樁樁身鋼筋籠連續(xù),缺陷位置上下的混凝土質(zhì)量均符合設(shè)計要求,樁身夾泥部分僅存在于樁身某一段,且連續(xù)分布,并隨著深度增加呈逐步增大之勢,12 m左右樁身混凝土恢復(fù)正常,可排除成樁過程中的孔壁坍塌因素。樁身施工過程中雖采用護(hù)筒,但長度僅為5 m。施工過程中,由于混凝土供應(yīng)問題,分多次澆筑,澆筑間隔期超過1 h。故綜合分析本次樁身質(zhì)量問題是因灌注過程中孔壁坍塌導(dǎo)致的。

        孔壁坍塌的原因分孔壁內(nèi)外壓力差、樁側(cè)土體遇水軟化和機械物理作用共三類。本次孔壁坍塌的直接原因是土體遇水軟化,樁側(cè)第②層可塑~硬塑粉質(zhì)黏土在長期浸泡下軟化,崩解,導(dǎo)致大量土體崩解坍塌至樁孔中,在鋼筋籠的阻滯下主要分布在樁身某一方向上。一般情況下,大規(guī)模的孔壁坍塌會伴隨著孔內(nèi)水位的突然變化,但本工程樁灌注時由于灌注多次間隔,間隔期間無專人關(guān)注孔內(nèi)情況,未及時發(fā)現(xiàn)灌注間隔期的孔壁坍塌現(xiàn)象。而沖孔灌注樁因?qū)嶋H孔徑相對設(shè)計較大,特別是對于如此長的樁,充盈系數(shù)難以計算,也難以從充盈系數(shù)推斷混凝土澆筑情況。

        6 處理措施

        針對2-3號樁的檢測和開挖驗證結(jié)果,根據(jù)設(shè)計單位的指示,在清理了樁身夾泥和鄰近劣質(zhì)混凝土后,進(jìn)行接樁處理。為加強接樁處樁身強度,在樁身中心增加高1 000 mm、直徑為800 mm的芯鋼筋籠,主筋植入原混凝土樁身200 mm,采用10根直徑18 mm的三級鋼,箍筋間距100 mm。中心補強的同時,主鋼筋籠同原設(shè)計要求,聲波管采用焊接方式重新接至樁面,接樁部分混凝土強度提高2級[4]。

        樁身混凝土達(dá)到強度要求后,再次采用聲波透射法對樁身進(jìn)行檢測,各檢測剖面波列圖均無異常,接樁部位波形正常,無畸變,檢測結(jié)果表明接樁效果良好。

        7 結(jié)語

        樁基孔壁坍塌事故易造成樁身夾泥、縮徑甚至斷樁,對工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響?;诠こ虒嵗姆治龊万炞C,得出如下結(jié)論:

        1)采用聲波透射法能夠快速且有效的檢測出因孔壁坍塌導(dǎo)致的夾泥等樁身缺陷;

        2)鉆芯法作為直接法,雖能反映樁心位置芯樣的樁身完整性和缺陷,但對非樁心位置的局部缺陷存在系統(tǒng)性盲區(qū);

        3)對于發(fā)現(xiàn)的樁身缺陷,應(yīng)結(jié)合多種檢測方法以最終確定樁身存在的問題,進(jìn)而為補強和修復(fù)提供依據(jù)。

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