黄土场地桩基低应变试验及桩基缺陷处理方法应用研究

2021-10-17雒成焱

甘肃科技 2021年16期

雒成焱

（甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

低应变检测技术是一种基于弹性波理论的技术，能够准确全面地评价桩基础的施工质量，且操作方法简单，试验成本较低，因此在实际工程中应用非常广泛。桩基础在施工过程中受地质情况和施工操作方法的影响很大，操作不当时会出现缩颈、断桩、桩端沉渣超过规范限制等严重质量事故，影响主体结构安全。本文结合一实际工程，通过对低应变弹性波反射曲线的波形特征分析，找出桩身存在严重缩颈或断桩缺陷的位置，后采取措施对缺陷进行处理，在确保桩基安全性的前提下采用了造价较低的处理方案，为类似工程质量事故的处理提供一定的借鉴作用。

1 工程概况

该项目位于甘肃省秦安县，为两幢地上6 层地下1 层的钢筋混凝土框架结构，采用桩-承台基础，桩为夯扩成孔灌注桩，桩直径为450mm，单桩承载力特征值1000kN，桩身混凝土强度等级为C35。

建设场地东高西低，北高南低，内部地势高差较大，相邻楼的桩长差异较大。该地貌单元属山前坡积裙，在勘察深度范围内主要以第四世纪全新坡积物为主，场地地层依次向下为：（1）耕填土：以灰黄色粉质黏土为主，稍湿，呈可塑状态，混有大量植物耕系、腐殖质、炭渣、瓦片等，该层土质不均匀，力学性能差，层厚0.3～0.8m；（2）黄土状粉质黏土：灰黄色，干～稍湿，呈干硬～硬塑状态，局部为可塑状态，含白云母碎片、蜗牛贝壳碎片、灰黑色团块、灰白色条纹、浅棕色团块等，虫、根孔发育，该层层厚约10.40～15.00m；（3）粉质黏土层：褐黄色，稍湿～湿，呈硬塑～可塑，局部为坚硬状态，含白云母碎片、蜗牛白云母碎片、棕红色团块、青灰色团块、灰白色菌丝、钙质结构、灰黑色团块等，勘察未揭穿该层，最大揭露厚度7.7m。

2 低应变试验分析

2.1 试验要求及缺陷判断标准

试验时被检测桩均凿去浮浆及破损部分，露出平整密实的桩顶混凝土。每根桩布置4 个检测点，每个测试点记录的有效信号数均大于3。试验时设定的桩长为桩顶传感器位置至桩底的实际桩长，激振位置与传感器位置必须避开钢筋笼，避免钢筋对信号产生影响。

桩身缺陷的位置按下式估算：

x=△tx·c·1/2000

式中：x—缺陷位置至桩顶传感器间的距离（m）；

Δtx—速度波第一峰与缺陷反射波峰之间的时间差（ms）；

c—受检桩的桩身波速（m/s）。

完整性分类划分：Ⅰ类桩：桩身结构完整；Ⅱ类桩：桩身结构基本完整，有轻微缺陷；Ⅲ类桩：介于Ⅱ类和Ⅳ类之间，有明显缺陷；Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷，就完整性而言不能使用。

试验严格按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）中的规定试验。

2.2 试验结果及分析

因场地地质条件原因，施工时操作不当容易造成塌孔，为保证桩基质量，本次试验检测率为100%。根据现场所测波形，结合桩的混凝土设计等级要求，本工程桩身结构完整性划分为四类，试验结果见表1。

表1 桩身结构完整性试验结果统计表

4# 楼118 号桩为Ⅳ类桩，波形曲线如图1 所示，24# 楼88 号桩为Ⅲ类桩，波形曲线如图2 所示，反射曲线均有明显深部反射信号，缺陷反射非常清晰；其余有轻微缺陷Ⅱ类桩本文不再列出。由反射波曲线可以看出4# 楼严重缺陷桩缺陷位置距桩顶6.2m，24#楼严重缺陷桩缺陷位置距桩顶4.18m。

图1 4# 楼118 号桩（Ⅳ类桩）波形曲线

图2 24# 楼88 号桩（Ⅲ类桩）波形曲线

断桩和严重缩颈桩严重影响建筑安全，必须予以处理。为验证试验结果的准确性和查明产生缺陷的原因，对有严重缺陷的两根桩周边进行开挖验证。开挖后显示，4# 楼118 号桩断桩部位为6.05m处，断裂长度为0.35m，中空无混凝土，该段全部被黄土填充，钢筋完全裸露，如图3 所示；24# 楼88 号桩严重缩颈位置为4.5m 处，缺陷形状为高8cm、深9cm、长度30cm 的弧状缺陷，且局部混凝土中镶嵌沙土，强度很低，如图4 所示。实际缺陷位置及程度与低应变试验误差很小，118 号桩误差为1.25%，88号桩误差为2%。

图3 4# 楼118 号桩断桩情况图

图4 24# 楼88 号桩严重缩颈情况图

经对地质情况和桩基施工全过程分析可知，产生严重缺陷的原因如下：（1）此处黄土局部夹杂其他杂质，自然状态下较松散，粘聚力很小，在浇筑混凝土时，产生的振动导致孔壁易塌落；（2）施工时采用护筒进料分两次灌制混凝土，在护筒在拔管进行第二次进料时，缺陷部位拔管过高，导致护筒下口和混凝土顶面分离，使桩外壁黄土塌孔，土挤入桩身造成露筋、夹泥、缩颈、断桩，形成桩身缺陷。

3 桩身缺陷处理

3.1 处理方案对比选取

方案一：将两根严重缺陷桩完全拔出，原土回填后重新成孔浇筑混凝土。方案优点：可完全不考虑缺陷的影响，彻底解决问题。方案缺点：拔桩及后续成桩均需要大型机械作业，其余工程桩均已施工完毕，无大型机械作业场地，且处理造价很高，耗时也较长；

方案二：开挖至缺陷位置，人工凿除缺陷以上的混凝土，重新浇筑后回填桩周土。方案优点：处理缺陷可靠性高，处理时间也较短。方案缺点：土方开挖量大，开挖支护困难，操作不当时对周边桩会产生不利影响，且处理造价高；

方案三：将两根缺陷桩作废桩处理，就近补桩。方案优点:可完全不考虑缺陷的影响，彻底解决问题。方案缺点：因缺陷桩位于柱下，废除后原设计承台受冲切承载力不足，需加高承台，要对承台下的其他桩凿去约0.5m，且需大型机械作业，耗时较长；

方案四：开挖至缺陷位置，对缺陷进行局部处理。方案优点：处理时间短，造价相对较低，且能保证承载力要求及完整性要求。方案缺点：在狭小空间内人工清理杂质、浇筑振捣混凝土，对施工现场管理及施工技术水平要求较高。

通过综合对比四个方案，兼顾安全性、适用性、经济性，最终选取方案四处理缺陷桩。

3.2 断桩处理

4#楼118 号桩断桩处理步骤如下：（1）自桩顶沿四周开挖至断裂底面以下0.2m 处，原土夯实；（2）清理断桩处黄土，剔除断桩处上下表面含泥量较大的混凝土，现场上下各剔除约5cm 后露出密实混凝土，作表面凿毛处理；（3）清除钢筋表面灰浆，并对钢筋做除锈处理；（4）沿桩周用砖砌直径为0.8m 的砖模，高0.75m，将此范围内的桩身混凝土凿毛；（5）浇筑内掺2%膨胀剂的C40 混凝土，并用钢钎捣实；（6）待混凝土初凝后，用原土分层回填至桩顶标高，回填压实系数不小于0.95。

3.3 严重缩颈处理

24# 楼88 号桩断桩处理步骤如下：（1）开挖及残缺面处理同4# 楼118 号桩；（2）在缺陷部位混凝土表面涂混凝土界面剂，以增强新老混凝土的粘结力；（3）用内掺2%膨胀剂的C40 混凝土修补至原桩径；（4）用直径为550mm，厚为2.5mm，高1200mm的钢管套在缺陷修补位置，钢管应在缺陷正中，用膨胀螺栓将其与桩身固定，再用C40 细石混凝土填实；（5）待混凝土初凝后，用原土分层回填至桩顶标高，回填压实系数不小于0.95。