廖文泉

（安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230022）

在建筑工程中，樁基礎(chǔ)是最復(fù)雜，最容易出問(wèn)題，也是最重要的一個(gè)施工環(huán)節(jié)。所以需要做好樁端持力層檢驗(yàn)工作，嚴(yán)格按照國(guó)家設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確保工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。通常情況下，人工挖孔樁樁底需要對(duì)樁端持力層進(jìn)行檢測(cè)，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(jù)巖性檢驗(yàn)樁底3d或5m深度范圍內(nèi)是否存在空洞、破碎以及軟弱夾層等不良地質(zhì)體。通過(guò)對(duì)樁端持力層的檢測(cè)，查明是否存在缺陷和質(zhì)量問(wèn)題，從而對(duì)其進(jìn)行處理，提升建筑工程質(zhì)量的有效措施，必須采用科學(xué)的檢測(cè)方法。

1 人工挖孔樁樁端持力層檢測(cè)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(chǔ)中的一種施工方式，是指樁孔采用人工挖掘方法進(jìn)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(jié)構(gòu)主體，具有廣泛的應(yīng)用。樁端持力層是指設(shè)計(jì)端承樁的樁端支撐層地基，持力層必須滿(mǎn)足在使用年限的耐久性，確保工程質(zhì)量安全，避免在使用年限內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題。人工挖孔樁主要依靠樁端持力層傳遞上部建筑物、基礎(chǔ)以及土層的豎向荷載，依據(jù)地基與基礎(chǔ)工程規(guī)范的要求，樁端持力層需要能夠滿(mǎn)足上部建筑物穩(wěn)定性的基本要求，且能夠滿(mǎn)足在極端自然環(huán)境下的安全性，所以為了確保樁端持力層質(zhì)量，必須對(duì)其質(zhì)量情況進(jìn)行檢測(cè)，是建筑工程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析，能夠?qū)抖顺至拥膶?shí)際情況做出準(zhǔn)確有效判斷。

1.2 樁端持力層檢測(cè)方法分析

現(xiàn)階段，人工挖孔樁的樁端持力層檢測(cè)方法主要包括鉆孔取芯法、釬探法、巖基載荷試驗(yàn)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(yīng)用最為普遍，雖然超前鉆能夠更加直觀地展現(xiàn)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(qū)域的垂直方向變化情況；巖基載荷試驗(yàn)是直接檢測(cè)樁端持力層與變形模量的傳統(tǒng)方式，但是這種方法的應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，且成本較高，每個(gè)場(chǎng)地只能選擇具有代表性的若干個(gè)抽檢樁孔；地面與孔底采用的常規(guī)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(zhì)雷達(dá)方法等，地面檢測(cè)能夠獲取工程現(xiàn)場(chǎng)地基起伏、巖溶發(fā)育的實(shí)際情況，但是在采用地面探測(cè)方法時(shí)，由于不能滿(mǎn)足人工挖孔樁孔底的精度要求，檢測(cè)結(jié)果存在著不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題在采用孔間彈性波、電磁波方法時(shí)，需要在樁體兩側(cè)進(jìn)行鉆孔，成本較高且檢測(cè)周期較長(zhǎng)；可以滿(mǎn)足探測(cè)精度與分辨率要求的常規(guī)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(yīng)用較為便利，整體效率較高；以地質(zhì)雷達(dá)為基礎(chǔ)的綜合分析方法，對(duì)樁底3d或5m深度范圍內(nèi)的勘查中，成本較低且效率較高，分辨率能夠滿(mǎn)足檢測(cè)需求，但是分析難度較大[1]。

由此可見(jiàn)，在人工挖孔樁樁端持力層檢測(cè)中，可以選擇的方法多種多樣，不同的檢測(cè)技術(shù)具有不同的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，所以需要結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇最佳的檢測(cè)方法，確保檢測(cè)方法具有高效、科學(xué)、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、適用等特點(diǎn)，來(lái)獲取準(zhǔn)確的人工挖孔樁樁端持力層檢測(cè)結(jié)果。

2 工程概況

本次工程為六安市某小區(qū)三期6#號(hào)樓，樁型為人孔挖孔樁，樁端持力層為第③2 層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，總樁數(shù)為30 根，勘查設(shè)備為武漢沿?；鶚秳?dòng)測(cè)儀RS-1616KP（S）。

根據(jù)擬建場(chǎng)地工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地土共分5 層，簡(jiǎn)述如下：

①層雜填土(Qml)——分布整個(gè)場(chǎng)地，層厚0.30～9.90m，層底標(biāo)高52.79～66.94m?？伤?稍密狀態(tài))，主要成分為粉質(zhì)粘土、砂、少量碎磚石及部分老房屋基礎(chǔ)組成，含植物根莖。

②1 層粘土(粉質(zhì)粘土)(Q4al+pl)——該層局部分布，層厚0.20～5.50m，層底標(biāo)高51.95～64.89m?；尹S色，可塑狀態(tài)，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含氧化鐵、高嶺土、少量鐵錳結(jié)核。

②層粘土(Q3al+pl)——層厚0.50～5.00m，層底標(biāo)高51.98～64.26m。褐黃—棕紅色，硬塑—堅(jiān)硬狀態(tài)。無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。含氧化鐵、高嶺土、鐵錳結(jié)核等，部分地段該層下部為砂巖殘積層。

③1 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(J)——分布整個(gè)場(chǎng)地，層厚0.50～6.90m，層底標(biāo)高50.95～65.22m。棕紅色，密實(shí)狀態(tài)，其表面已風(fēng)化成壤含長(zhǎng)石、石英，屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量為Ⅴ級(jí)。

③2 層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(J)——本層未鉆穿，棕褐色，鉆進(jìn)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(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，該巖層巖質(zhì)堅(jiān)硬，采用風(fēng)鎬開(kāi)挖困難，在該層中開(kāi)挖較深時(shí)，需爆破開(kāi)挖。

3 勘查方法分析

根據(jù)彈性波在巖土介質(zhì)中傳播特征判斷樁端持力層巖土性狀。當(dāng)在孔底激發(fā)彈性波時(shí)，該彈性波即向周?chē)貙又袀鞑?，?dāng)巖土介質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和密度等因素發(fā)生變化時(shí)，彈性波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發(fā)生相應(yīng)變化，在彈性性質(zhì)不同的介質(zhì)分界面上還會(huì)發(fā)生波的反射（如巖溶、軟弱夾層、裂隙、破碎等），通過(guò)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(cè)巖土介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和致密完整性程度，從而對(duì)其做出評(píng)價(jià)[2]。相比于其他勘查方法而言，通過(guò)彈性波對(duì)樁端持力層進(jìn)行分析，所需要的資源消耗少，不需要大量的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，且施工效率較高，還能夠與信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化勘查、計(jì)算以及結(jié)果分析，是當(dāng)前樁端持力層檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。結(jié)合本次工程的基本地質(zhì)情況，通過(guò)反射波法勘查特性進(jìn)行樁端持力層檢測(cè)具有良好的效果。

在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)樁頂受到激振力后，樁底就會(huì)產(chǎn)生彈性波，彈性波會(huì)沿著樁身向下傳播，在遇到波阻抗差異界面的情況下，就會(huì)產(chǎn)生透射與反射，反射波從介質(zhì)A進(jìn)入介質(zhì)B時(shí)，產(chǎn)生的速度反射波，速度反射波大小計(jì)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(zhì)，A廣義波阻抗，Z1=ρ1C1A1，Z2表示介質(zhì)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(zhì)具有密切關(guān)系，受到Z1與Z2相對(duì)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(méi)有反射波[3]。

人工挖孔樁的樁端持力層是同一介質(zhì)、波阻抗均勻的界面，所以通過(guò)對(duì)樁底反射波的特點(diǎn)進(jìn)行分析，能夠確定Z1與Z2的變化情況，從而能夠?qū)抖顺至拥膸r土性狀進(jìn)行確定。為了進(jìn)一步明確樁端持力層的巖土性狀，本文采用工程物探法進(jìn)行勘查與評(píng)定，通過(guò)反射波形特征形態(tài)，判斷持力層巖層的基本情況。將上述工程轉(zhuǎn)變?yōu)閂r=F·ViF=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，其中F為反射系數(shù)，由此可見(jiàn)反射系數(shù)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(guān)系，樁身波阻抗Z1=ρ1C1A1，能夠采用檢測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，且反射波系數(shù)可以利用該檢測(cè)方法的曲線(xiàn)入射波強(qiáng)度與反射波強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。為此，樁端持力層的波阻抗Z2計(jì)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(guò)該檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行確定，ρ1可以依據(jù)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，從而能夠得到巖石完整性系數(shù)結(jié)果，以此為基礎(chǔ)對(duì)樁端持力層完整性進(jìn)行計(jì)算分析[6]。

4 勘察結(jié)果與結(jié)論

在本次工程中，6#樓共進(jìn)行了30個(gè)孔底勘查結(jié)果，具體勘查結(jié)果如表1所示。

結(jié)合表1的勘查分析結(jié)果可以看出，孔底物探所測(cè)30 個(gè)孔，其孔底巖石基本完整，樁端持力層在5m 范圍內(nèi)無(wú)明顯不良地質(zhì)體。

表1 6#樓孔底勘查結(jié)果數(shù)據(jù)

將隨機(jī)選擇其中6根人工挖孔樁，對(duì)樁端持力層完整系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，按照巖體完整系數(shù)與定性劃分的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)持力層巖土性狀進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 巖體完整性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文簡(jiǎn)要闡述了人工挖孔樁樁端持力層的主要檢測(cè)方法，并結(jié)合工程實(shí)際案例對(duì)其檢測(cè)方法應(yīng)用進(jìn)行分析，最后得到了準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，希望可以對(duì)建筑工程起到一定的借鑒與幫助作用，不斷提升檢測(cè)技術(shù)水平。