一種大直徑樁缺陷的處理技術(shù)和方法

趙建鏵

（浙江交科工程檢測有限公司，浙江杭州 311215）

0 引言

樁基工程是目前應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)能否既經(jīng)濟(jì)又安全地通過設(shè)置在土中的基樁，將外荷載傳遞到深層土體中，主要取決于基樁樁身質(zhì)量是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求［1］。

對于大直徑缺陷樁，其缺陷具體位置和大小的準(zhǔn)確定位、定量檢測，缺陷的處理，都比較困難。常用的處理方法一般是鉆二到三個孔到缺陷位置，然后用高壓水槍進(jìn)行沖洗后壓漿，對于泥質(zhì)缺陷，問題不大，而對于砂漿等半膠質(zhì)混凝土缺陷，卻很難處理。采用“中心鉆孔掏除缺陷法”可完全去除樁身內(nèi)混凝土缺陷，根除了缺陷介質(zhì)的不同處理方法的局限性。

1 缺陷檢測及分析

用超聲波法檢測大直徑缺陷樁，由于缺陷界面介質(zhì)的多元性，造成聲波的繞射，多界面反射等雜亂無章現(xiàn)象，用檢測到的某一參數(shù)數(shù)據(jù)來判斷某種缺陷時，往往會不準(zhǔn)甚至誤判［2］。而缺陷的準(zhǔn)確定位是處理效果好壞的前提，本案例先采用超聲波檢測方法中的多因素概率分析法（簡稱NSP法），主要確定缺陷的性質(zhì)、大小和位置，以及處理后用該方法檢測周圍縱切面?zhèn)缺谛屡f混凝土的粘合情況。該方法使用多因素分析，即聲速V，頻率E，波幅A，綜合考慮了聲波的繞射、多界面反射等情況。把幾種參數(shù)綜合在一起，可較全面地反映缺陷的情況［3］。通過對整體的概率分析，獲得一個綜合判斷值NFP來判斷缺陷的方法，NFP值按下式計(jì)算：

式中：NFP（i）為第i點(diǎn)的判據(jù)值；Vi、Ei、Ai分別為第i點(diǎn)的聲速、頻率、幅值的相對值，即聲參數(shù)分別除以該樁各測點(diǎn)所對應(yīng)聲參數(shù)中最大值所得之商；δ為以上述三個參數(shù)相對值之積為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；m為概率保證系數(shù)，它是根據(jù)與樣本相擬合的夏里埃（Char Liar）所決定的，當(dāng)NFP＜1時，表示該處有缺陷，其值越小，混凝土質(zhì)量越差；NFP＞1時，則無缺陷，其值越大，混凝土質(zhì)量越好。

另一種方法是采用較高頻應(yīng)力波反射法，該方法針對的是淺部缺陷檢測，用超聲波法檢測不到的盲區(qū)情況。處理前主要是驗(yàn)證缺陷，處理后主要是檢測下部新舊混凝土交界面的質(zhì)量。根據(jù)一維波動方程可知，存在波阻抗的界面處必將發(fā)生波的反射和透射［4］，其函數(shù)關(guān)系為：

式中：Z為樁的廣義波阻抗；EA為樁的彈性模量；ρ為樁的質(zhì)量密度；Vp為樁的波速。

所處理的樁為某工程中一根大直徑缺陷樁，樁的直徑為2 m，樁長82 m，根據(jù)所檢測的波形圖1，有五個剖面的波速、波幅均低于臨界值，主要缺陷在7.6～8.2 m。其中1-3#剖面、1-4#剖面、3-4#剖面波速、波幅均大幅降低，判斷夾泥或未膠結(jié)砂，1-2#剖面、2-4#剖面、波速、波幅也有一定程度的降低，判斷為膠結(jié)不良，以砂為主。根據(jù)斜測法及前面超聲波檢測分析方法，該缺陷面積占到樁截面面積的1/3，缺陷位置主要集中在聲測管1、4之間，缺陷介質(zhì)主要由泥、未膠結(jié)砂等組成，低應(yīng)變檢測波形如圖2，根據(jù)式（2），7.6～8.2 m左右存在同向反射。經(jīng)綜合分析，判斷出缺陷樁面積如圖3。為驗(yàn)證缺陷介質(zhì)，先用直徑10 cm鉆頭取芯，1#孔芯樣圖片如圖4，缺陷部位及缺陷情況見表1。

圖1 超聲波檢測波形

圖2 低應(yīng)變檢測波形

圖3 該樁缺陷圖

圖4 1#取芯孔圖片

從現(xiàn)場實(shí)際取芯情況，三個孔缺陷處互不聯(lián)通，并且缺陷處芯樣呈泥、砂狀，局部松散，膠結(jié)差，若使用高壓水槍沖洗缺陷，也僅局限在每個孔，孔周圍的缺陷仍然無法處理，即使沖洗后壓漿，漿液也難以滲入到周圍的未膠結(jié)砂質(zhì)中，所以采用傳統(tǒng)的缺陷處理工藝對本樁并不適合。

2 缺陷處理

該缺陷已影響到樁身的正常承載力，必須進(jìn)行處理使之滿足規(guī)范要求，處理方法采用“中心鉆孔掏除缺陷法”，如圖5。

圖5 缺陷處理圖

具體處理方法是利用旋挖鉆在缺陷樁中心部位鉆出一直徑為110 cm的豎井，先用A鉆頭旋切出芯體，將芯體周圈與樁身砼之間旋切出環(huán)形分隔縫，芯體高度一般控制在50～70 cm，然后換用B型鉆頭，將芯體進(jìn)行切割破碎成小塊并運(yùn)出孔外，如此重復(fù)上述步驟進(jìn)行成孔作業(yè)，直至旋挖至缺陷部位以下1 m左右。豎井成孔后抽干井內(nèi)積水，檢查人員下至井內(nèi)確定缺陷部位，然后派一名操作工人至井內(nèi)鑿除清理缺陷部位，清理完畢后再由檢查人員下至井內(nèi)復(fù)查缺陷清理情況并拍照。經(jīng)檢測人員確認(rèn)清理結(jié)果滿足要求后對豎井進(jìn)行清孔，用高壓水沖洗掉井壁上粘附的鉆渣及松散的砼碎屑。清孔完成后用泥漿泵抽除井內(nèi)積水，并派人下至井底清除干凈沉渣，然后采用干澆法往豎井內(nèi)灌注混凝土，采用插入式振搗棒振搗分層澆筑至樁頂，混凝土標(biāo)號比樁身設(shè)計(jì)標(biāo)號高半個等級。豎井內(nèi)安設(shè)通長聲測管，沿井壁均勻布設(shè)三根，并保護(hù)好樁身原來的聲測管。

1）工藝流程

鉆機(jī)定位→旋挖豎井→井內(nèi)外降水→缺陷部位鑿除→缺陷部位清理檢查驗(yàn)收→豎井洗孔→抽除井內(nèi)積水→清理井底沉渣→澆筑混凝土→樁身復(fù)檢→樁身質(zhì)量判定

2）成孔工藝說明

①鉆機(jī)類型：鉆機(jī)采用YTR280型旋挖鉆機(jī)。

②鉆頭類型：鉆頭按使用功能分為兩類，A型鉆頭和B型鉆頭，A型鉆頭用于旋切，將芯體周圈與樁身砼切割分離；B型鉆頭用于切除芯體并運(yùn)出孔外。

③成孔周期：本方法成孔周期受樁身混凝土強(qiáng)度控制，A型鉆頭對于C30混凝土旋切進(jìn)度一般在50 cm/h左右。

④成孔作業(yè)對樁身砼之影響：因成孔采用旋切方法作業(yè)，避免了沖擊型鉆頭產(chǎn)生的震動，不會對樁身砼產(chǎn)生不良影響，并且孔壁周邊很粗糙，可以保證新老混凝土結(jié)合良好。由于成孔直徑僅為110 cm，而樁身鋼筋籠直徑為180 cm，孔壁與鋼筋籠之間有35 cm的距離，成孔時不會造成鋼筋籠損傷（如圖6）。

圖6 現(xiàn)場樁身砼處理過程圖

3）機(jī)械設(shè)備的配備（見表2）。

表2 機(jī)械設(shè)備配備

4）安全措施

井內(nèi)作業(yè)主要保證好以下安全事項(xiàng)：

①防止高處人員墜落或墜物；

②防止井內(nèi)作業(yè)人員窒息；

③防止井內(nèi)周邊土體坍方。

對于第①項(xiàng)，可在豎井四周設(shè)置防護(hù)欄桿，欄桿下部設(shè)置50 cm高的踢腳防止地面硬物滾落進(jìn)井內(nèi)傷人；井下作業(yè)人員必須配戴安全帽。

對于第②項(xiàng)，一是要采用空壓機(jī)不間斷輸送新鮮空氣至井下，保持豎井內(nèi)外氣體交換，排除井內(nèi)有害氣體；二是井下作業(yè)人員必須腰系安全繩，安全繩另一端引至井外并臨時拴在一固定木樁上，井下作業(yè)過程中井上始終專設(shè)一人進(jìn)行監(jiān)視井下作業(yè)情況，一有異常情況及時將井下作業(yè)人員吊出井外。

對于第③項(xiàng)，根據(jù)井內(nèi)具體情況靈活采用適宜的支護(hù)措施，防止土體坍方，特別是豎井外降水必須保持持續(xù)降水，若遇停電，必須立即停止作業(yè)，井下作業(yè)人員迅速返回地面。

3 處理后質(zhì)量檢測

15天后對該樁進(jìn)行質(zhì)量檢測，通過測點(diǎn)間距5 cm加密超聲波法，7.6～8.2 m處波速、波幅、波形正常，無缺陷信號出現(xiàn)（見圖7），說明原來的空洞型缺陷已被處理。對樁頭處理后采用高頻低應(yīng)變法，檢測波形在7.6～8.2 m處無同向反射波出現(xiàn)（見圖8），說明上下新舊混凝土膠結(jié)良好。再通過鉆心驗(yàn)證（芯樣直徑10 cm，見圖9），7.5～8.3 m處，混凝土膠結(jié)良好。

圖7 處理后超聲波檢測波形

圖8 處理后低應(yīng)變檢測波形

圖9 處理后取芯照片

4 結(jié)論

從對該缺陷樁的處理情況看，本缺陷處理方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）質(zhì)量可靠

成孔采用旋切法，不會對樁身砼造成震動損傷；缺陷部位直接當(dāng)面鑿除，能夠保證缺陷部位清理徹底，從處理前后的超聲波法和高頻低應(yīng)變法可得到驗(yàn)證?；炷敛捎酶蓾卜?，能夠保證混凝土澆筑質(zhì)量。

2）安全性高

豎井孔壁為樁身砼，不會出現(xiàn)塌方現(xiàn)象；成孔作業(yè)全部由旋挖鉆完成，不需人工輔助。

3）施工周期短

因成孔作業(yè)全部由旋挖鉆完成，施工速度較快，處理一個缺陷樁總的施工周期基本在一周時間之內(nèi)。

收稿日期：2018-05-02