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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yàn)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(yàn)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(jì)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(dòng)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(shí)的參數(shù)(聲時(shí)、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(shí)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?yàn)槁暡ǖ墓逃蓄l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(yàn)，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(gè)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(yàn)證與樁身缺陷的分析

橋梁樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)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(bǔ)樁。但又因其長度較長，直徑較大，重打和補(bǔ)樁的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本極大。為驗(yàn)證缺陷的范圍和類別進(jìn)而為設(shè)計(jì)提供修復(fù)或補(bǔ)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(gè)孔。3個(gè)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(yàn)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(qiáng)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(jì)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(kuò)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(qiáng)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(gè)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(jì)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(jī)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(huì)伴隨著孔內(nèi)水位的突然變化，但本工程樁灌注時(shí)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(shí)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(jì)較大，特別是對于如此長的樁，充盈系數(shù)難以計(jì)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(yàn)證結(jié)果，根據(jù)設(shè)計(jì)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(qiáng)接樁處樁身強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)，主鋼筋籠同原設(shè)計(jì)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(qiáng)度提高2級[4]。

樁身混凝土達(dá)到強(qiáng)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?shí)例的分析和驗(yàn)證，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(bǔ)強(qiáng)和修復(fù)提供依據(jù)。