浅谈桩基检测中低应变反射波法\静载及钻芯法的综合应用摘要:笔者结合工程实例对基桩检测工程中低应变反射波法、静载及钻芯法三种检测方法的综合应用进行了阐述,同时对基桩质量问题的出现原因及处理方法和过程进行讨论。
关键词:基桩检测低应变反射波法静载试验钻芯法引言目前,建筑工程基桩检测中,低应变反射波法因其检测速度快,费用低,检测覆盖面广而得到广泛应用,静载试验与钻芯法也因其自身特点,在检测中应用普遍,桩基是隐蔽的地下物体,支撑着地面上的构筑物,它是建筑物的基础,一旦基础失稳,势必造成整体建筑物破坏。
因此,桩基的质量是建筑物安全与可靠的先决因素,桩基检测也就显得尤为重要,常见的基桩检测方法主要有静载试验、高应变法、低应变法、声波透射法和钻芯法等。
根据本工程实际情况,按照《建筑基桩检测技术规范》(jgj106–2003)规定,最终采用了低应变法和静载试验综合检测钻孔灌注桩的质量,并使用钻芯法对问题桩的质量加以验证。
1工程概述某工程项目2＃、3＃楼为小区高层住宅楼。
拟建建筑设计为地下1层,地上23层,箱筏基础,剪力墙结构,±0.00相当于黄海高程3.61m,基础埋深5.50m。
由于基底以下地基持力层承载力特征值为190～230kpa,如果采用天然地基,则建筑物沉降和变形不能满足设计要求,因此,2＃、3＃楼均采用钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。
在拟建场区范围内有二层地下水,第一层水位埋深4.20～8.50m;第二层水位埋深19.80～26.40m)。
2＃楼设计钢筋混凝土灌注桩有效桩长24.5m,桩径800mm,桩间距不等,单桩承载力特征值5300kn,桩端持力层为微风化岩,总桩数为93根(其中包括2根增补的锚桩)。
3＃楼设计钢筋混凝土灌注桩有效桩长24.0m,桩径800mm,桩间距不等,单桩承载力特征值5300kn,桩端持力层为微风化岩,总桩数为208根。
工程桩桩身混凝土强度等级c35,试桩及锚桩桩身混凝土强度c40。
钢筋混凝土灌注桩采用反循环钻机施工,场地土方开挖平整至距地面约2m后,进行基础桩施工,成孔过程中采用泥浆护壁工艺,成桩后采用桩底桩侧后压浆技术进行处理。
2低应变动力检测2.1低应变反射波法基本理论低应变反射波法基本原理:桩身顶部进行竖向激振,弹性力波沿桩身向下传播,当桩身存在明显波阻抗差异界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积发生变化(如缩径或扩径)时,向下传播的弹性波产生反射波。
经仪器接收放大、滤波并经数据处理,可快速有效判断桩的完整性和质量。
该法用力棒或力锤在桩顶激振,高灵敏度加速度传感器接收响应信号,根据该响应所反映出的桩身纵波的行波现象及波速,按公式vc＝2l/t进行分析:vc为应力波沿桩身传播的速度(m/s);t为桩底反射波到达的时间(s),l为桩身全长(m)。
设备分两个系统:一为激振系统与激振力锤,作用是对桩施加冲击使桩产生振动。
二为测量系统,作用是测量桩顶的振动响应,由传感器、电荷放大器、数据采集及处理部分组成。
2.2低应变动力检测结果分析《规范》依据对桩身完整性的检测结果,按缺陷程度划分为i～ⅳ类。
工程实践也证明,作桩身完整性检测能够较可靠地发现一定深度范围内桩的质量问题。
按桩身完整性情况对成桩分类,又便于发现问题,为设计考虑基础加固处理提供依据。
本工程低应变测试共抽检总桩数的30%,且每个承台下不少于一根。
检测结果为:6根ⅱ类桩(2～7＃、2～13＃、2～55＃、2～65＃、3～65＃、3～103#),一根ⅲ类桩(2～48#,桩底明显缺陷),其余检测桩的波形曲线均匀,频率高、衰减快,有桩底反射波,无断桩或缩颈等现象,均属于i类桩。
按照规范,当采用低应变法或超声法抽检所发现的ⅲ、ⅳ类桩之和大于抽检桩数的20%时,应在未检桩中继续扩大抽检,而本工程所发现的ⅲ、ⅳ类桩之和小于抽检桩数的20%,经有关单位开会决定按ⅲ、ⅳ类桩数的2倍扩大抽检。
在2号楼再抽取2～47＃、2～49＃两根桩做低应变,结果2～47＃和2～49＃两根桩均为i类桩。
该工程桩桩身应力波传递速度参考值为:3600～3990m/s,符合规范要求。
低应变法检测,主要针对桩身的完整性。
但是判断桩基是否合格,说到底是其承载力是否符合设计要求。
3单桩竖向抗压静载荷试验根据《规范》规定,每个单位工程桩检测数量为桩总数1%,且不少于三根,当工程桩总数在50根以内时,不少于2根。
针对2号楼,参照低应变检测结果,根据择劣原则,抽7#,48#,65＃三根桩(包括低应变检测出的7＃和65＃轻微缺陷相对其他桩反射更强和48＃桩):针对3号楼,抽检施工时遇暴雨的65＃、103＃桩,和设计方认为重要的209号桩。
3.1检测设备及方法试验最大加载值为单桩承载力特征值2倍,取10600kn,分级荷载为1060kn,采用慢速维持荷载法,即逐级加载(第一级为分级荷载的2倍),每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载,直到达到终止加载标准,然后分级卸载到零(卸载量为加载时分级荷载的2倍)。
锚桩、反力梁装置提供的反力总和不应小于试验最大加载值的1.2～1.5倍。
基准梁安置时,与试桩、锚桩之间的中心距离不小于3.2m,确保检测结果不受影响。
3.2单桩竖向载荷试验结果及分析加载等级及静载试验所得桩顶中心沉降量s与荷载q所绘制的关系曲线,由q－s曲线可看出:2～7＃、2～65＃、3～65＃、3～103＃、3～209＃六根桩在加到最大荷载时,检测各试验桩q－s曲线均无明显比例界限,为缓变形曲线,各试验点沉降均很小,各桩均没有达到极限破坏,单桩竖向极限承载力仅取所施加的最大荷载,则可得单桩竖向极限承载力为10600kn,所测各桩单桩竖向极限承载力从回弹曲线看,回弹均较大,这表明试桩主要处于弹性工作状态,桩侧摩阻力及桩端阻力均没有充分发挥作用。
也可由此判断,最大加载量小于单桩竖向极限承载力,把最大加载量定为单桩竖向极限承载力是偏于安全的;而2～48＃桩在加载到第七级时,总沉降量超过最大沉降量允许值40mm,终止加载,直接判断该桩不满足设计要求。
低应变检测到的相对不好的桩以及1根不满足设计要求桩均已做静载,在2～48＃桩旁边也选取两根桩作为低应变不满足设计要求桩的扩大抽检,结果均满足设计要求。
2～48＃桩低应变法结果为:桩长17m桩径800mm,桩底明显缺陷发生在16.5m处。
针对不满足设计要求的2～48＃桩,为了给处理工作提供依据,决定钻两个孔抽芯检测。
抽芯结果为:抽芯桩长17.1m,桩底25cm厚沉渣,桩底持力层符合设计要求。
4对不满足设计要求桩的分析及处理经验表明,桩底沉渣超标,主要是清孔不干净所致。
清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节,通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除,使混凝土与岩基结合完好,提高桩基的承载力。
施工中发生桩底沉渣的主要原因及处理的措施总结如下: (l)桩底的沉渣过多主要由于施工中违犯操作规定,清孔不干净或未进行二次清孔造成的;施工中应保证灌注桩成孔后,钻头提高孔底10～20cm,保持慢速空转,维持循环清孔时间不少于30min,然后将锤式抓斗慢慢放入孔底,抓出孔底的沉渣。
(2)使用的泥浆比重过小或泥浆注入量不足时,桩底沉渣浮起困难,将堆积在桩底,影响桩与地基结合。
工程中需采用性能较好的泥浆,控制泥浆比重和粘度,不能用清水置换。
(3)钢筋笼吊放过程中,如果钢筋笼的轴向位置未对准孔位,将会发生碰撞孔壁的事故,孔壁的泥土会坍落在桩底:因此,钢筋笼吊放时,务使钢筋笼的中心与桩中心保持一致,避免碰撞孔壁。
应减少空孔时间,从而减少沉渣。
下完钢筋笼后,检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,则应利用导管进行二次清孔,(用空气升液排渣法或空吸泵反循环法)用已有的空吸泵、空压机,在导管上备有承接管,它无需特殊设备,在任何施工方法中均可采用。
(4)清孔后,待灌时间过长,致使泥浆沉积。
开始灌注混凝土时,导管底部至孔底的距离宜为30～40mm,应有足够的混凝土储备量,使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上,以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣,达到清除孔底沉渣的目的。
找出原因后制定处理方案,最终选择了灌浆补强法,通过桩身钻孔、洗孔、压浆、以提高桩身、桩底砼与基岩的胶结程度,达到补强目的。
抽芯检测所钻的两个孔,一个作为灌浆进浆孔,另一个作为出浆孔。
使用的压浆泵最大灌浆力为0.7mpa,灌浆前先配制3种水泥,其水灰比分别为0.7～0.8、0.5～0.6和0.38～0.43,第三种水泥浆的强度比桩身混凝土强度等级高一级,稠度控制在14～18s。
先用高压泵向一个孔内注清水,压力为0.7mpa,将沉渣从另一个孔冲出来,直至排出清水为止。
灌浆分三次进行,第一次压入水灰比为0.7～0.8的稀浆,待孔内的清水全部排出,再用水灰比0.5～0.6的水泥浆压入。
使水泥浆充分扩散。
当目测进出口水泥浆稠度相同时,再用水灰比为0.38～0.43的水泥浆进行第三次灌浆,以0.7mpa的压力稳压闷浆至少20min。
为确保灌浆效果,在第三次灌浆后30min 进行第四次灌浆,压力和水泥浆与第三次相同,但是将进出浆口调换。
在后续的抽芯检测验证抽出的芯样表明,该桩经处理后,桩底沉渣厚度为零。
证明灌浆补强法的选择是正确的,补强施工过程也是成功的。
5结束语(1)根据检测结果分析可作出如下结论:低应变反射波法检测与钻芯法检测结果对比,证明了低应变反射波法检测明显缺陷及其位置在快速与普查方面具有较高应用性,此次低应变检测达到了检测桩身缺陷及位置,判定桩身完整性类别,为静载检测提供参考的目的。
《建筑基桩检测技术规范》规定增加了单位工程中桩基低应变反射波法检测的数量,特别是当发现ⅲ类ⅳ类桩后,进一步规定了加抽数量,该规定具有合理性。
导致桩基静载检测不满足设计要求的原因很多,文中提到的桩底沉渣超标只是众多原因之一。
要找出真正的原因对症下药,必需进一步通过检测手段验证。
该例通过抽芯方法验证,事实证明是正确的。
(2)钻孔桩施工中,桩底沉渣超标是最常见的质量通病。
桩底沉渣对钻孔灌注桩承载力有显著的影响,在其它条件相同的情况下,桩端沉渣厚度越大,桩的承载力就越低。
研究表明,桩底有沉渣时,不仅会降低桩端阻力的发挥,还会降低桩侧阻力,这种现象被称为桩侧阻力强化效应,施工中必需严肃对待。
如果不能正确把握施工技术要领,将极易出现各种质量事故,严重影响工程进度和质量。
质量事故出现后,其处理方法很多,难度也较大,无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。
据统计,国内工程中缺陷桩高达10％甚至更高。
可见,研究桩基施工方法,完善检测手段,控制施工质量,提早防治与正确处理施工质量事故,具有非常重大的意义。