混凝土夯扩桩浅部缺陷的测试及实例分析.pdf

2 0 0 8年第 4期 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 4 3 混凝土夯扩桩浅部缺陷的测试及实例分析 谭 贱儿 ，胡国强 ( 江西 中昌工 程桩 基检 测有限公 司， 江西 南 昌 3 3 0 0 3 8 ) 摘要： 列举了应用反射波法对混凝土夯式扩底灌注桩几种缺陷的典型测试曲线， 通过缺陷桩的开挖 ， 验证了测试 结果， 分析了产生缺陷的原因。 关键词： 夯扩桩 ； 桩基检测； 反射波法； 桩身缺陷； 缩颈； 离析； 空洞； 断桩 中图分类号： T U 4 7 3 1 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 0 8 ) 0 4 0 0 4 304 I n s p e c t i o n o n De f e c t i n Ce me n t Ra mme d C o mp a c t i o n P il e a n d t h e C a s e An a l y s i s T A N J i a n e l ， HU G u o q i a n g( J i a n g x i Z h o n g c h a n g E n g i n e e ri n g P i l e I n s p e c t i o n C o ，L t d ， N a n c h a n g J i a n g x i 3 3 0 0 3 8 ，C h i n a ) Abs t r a c t：Th i s pa pe r e n ume r a t e s s e v e r al t y pi c a l t e s t e ur v e s o f d e f e c t s i n c e me n t r a mme d - b o t t o m- e n l a r g e d c o mp a c t i o n p i l e wi t h r e fle c t e d wa v e me t ho d I n s pe c t i o n r e s u l t wa s v e rif i e d by e x c av a t i ng t h e de f e c t i v e p i l e s，a n d t h e c a us e s o f s u c h d e f e c t s we r e a n a l y z e d Ke y wo r d s ：l a lT l me d c o mp a c t i o n p i l e ；p i l e f o u n d a t i o n i n s p e c t i o n；r e fle c t e d w a v e me t h o d； d e f e c t i n p i l e b o d y； d i a me t e r r e du c i ng；s e pa r a t i o n；c a v i t y；pi l e b r o ke n 在多层 、 小高层建筑的桩基应用中 ， 混凝土夯式 扩底灌注桩 因其是一种承载力较高， 施工期短 ， 造价 较低 ， 经济效益好 的桩型 ， 故 目前在南昌地区较多采 用。由于混凝土夯式扩底灌注桩属现场浇注的挤土 桩型 ， 主要的技术 问题是施工质量不易控制 ， 施工中 稍有不慎就可能造成施工质量 问题 ， 特别 是浅部容 易出现缩颈 、 离析 、 空洞 、 断桩等缺陷。我们通过对 3万多根夯扩桩进行的反射波法测试和对数百根桩 的开挖对比验证 ， 取得 了比较丰富的测试 经验 和比 较满意的应用效果 。本文就应用反射波法对混凝土 夯扩桩浅部缺陷的判定和对产生缺陷的原因进行分 析和讨论 。 1 混凝土夯式扩底灌注桩施工工艺 混凝土夯式扩底灌注桩是一种以夯扩头支承力 为主 ， 桩身侧摩阻力为辅的挤土桩 。施 工时 由强大 的锤击力通过内夯管直接传给桩端部现浇混凝土和 地基土夯扩挤压成型， 既增加桩端截面积 ， 又改善了 地基密实度 ， 桩承载力得 到大幅度 的提高。一般施 工工艺为 ： ( 1 ) 采用柴油锤夯击 ， 将 内外管沉到设计标高 ； ( 2 ) 拔出内管 ， 分批 向外管 内投入 混凝土和混 凝土干混合料 ； ( 3 ) 一边用 内管( 细长锤 ) 反复夯实 、 挤密 ， 一边 将外管上拔一定高度 ， 在桩端形成扩大头 ； ( 4 ) 拔出内管 ， 放置钢筋笼 ， 灌注桩身混凝土 ； ( 5 ) 再拔外 管， 拔外管 的同时将柴油锤和 内管 压在管 内混凝土面上 ， 边拔边压。 2 反射波法检测原理 夯式扩底灌注桩桩身直径 4 0 05 0 0 m m， 一般 情况下桩长远大于桩径 ， 因此可把桩体视为一维的 弹性杆件 ， 并满足一维波动方程 ： 0 2 12 1 a u 一 c2 O t 其中 = E p 应力波反射法主要是检测桩身缺陷及其位置， 判定桩身完整性。当在桩顶施 以轴向的振动或锤击 等激励能量时， 桩身产生应力 波形式沿桩身 以波速 C向下传播 ， 当遇到桩阻抗 z变化界面时( 如桩身存 在断裂 、 裂缝 、 扩颈 、 缩颈 、 夹异物 、 离析等缺陷) ， 将 在变异 的阻抗界 面产生反射和透射现象， 一部分应 力波产生反射向上传播 ， 另一部分应力波产生透射 向下传播至桩端 ， 在桩端处 又产生反射。由安装在 桩顶的加速度或速度传感器 ， 接收反射波信号 ， 并 由 测桩仪进行信号放大处理后 ， 得到加速度 或速度时 程曲线 ， 从 时程曲线 的形态特征可 以判断 阻抗变化 位置 ， 根据桩身平均波速 C ， 对照施工桩长 ， 判定是 收稿 日期 ： 2 0 0 70 8 0 3 作者简 介： 谭贱儿 ( 1 9 7 2一) ， 男( 汉族 ) ， 江西新干人 ， 江西 中昌工程桩 基检测有 限公司检测一 室主任 ， 探 矿工程专业 ， 从 事桩基检测 工作， 江 西省南 昌市红谷滩洪城时代广场 5号楼三楼 ， e 2 0 3 s i n a c o n。 维普资讯 http:/ 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 2 0 0 8年第 4期 否为缺陷或桩底反射。 波阻抗 ： Z =EA c=pc A E =c Z p 式中： E 材料弹性模量； p 介质密度； c 应 力波沿杆身传播速度； 截面积。 图 1中在截面变化 。一 b处 A l A 2 ， 则 Z l Z 2 ， 产 生与入射波 同相的反射 ， 桩 缺陷表现为缩颈 ； 如果 A = ，介质 密度 P P 2 ， 在两 种介质 的界 面处产 生的反 射波为同相反射， 桩缺陷表 现为离 析 ； 对完 整桩 ， 波 阻 抗无变化 ， 只有在桩端产硅 介质 1 介质 2 同相反射波 ， 即桩底反射 。 图1缺陷 模型示意图 桩身缺陷位置 ： =At c 2 式中： 桩顶至缺陷位置的距离 ； 入射 波与缺陷位置反射波的时间差 。 如果 是反射波到桩底反射波的时间差 ， 就是桩长。 3 测试实例 南 昌地区混凝土夯式扩底灌注桩桩端持力层一 般为中、 粗砂或砾砂层 ， 桩长一般 为 8一l 8 m， 我们 使用岩海 R S一1 6 1 6 K( P ) 型桩基 动测仪 ， I c压 电加 速度传感器接收信号 ， 黄油等粘合剂为耦合剂 ， 激震 器用尼龙锤或铁锤。完整桩的测试 曲线见 图2 。而 缺陷桩的测试 曲线与此有明显差异。 z地 一 c 0 2 罄 号 4 5 艟枉 4 0 0 m m 格度荨 暖 c 2 j f 差 龚 棱 桩 J 釜蔗3 1 5 0 I ， 3 f 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 ， 、 - t ； ； ； ； J = = ， ； - -一 厂 ， 一 1 。 I： 。 I 图 2 某花园 C 0 2号楼 4 5号桩完整桩波形图 3 1 缩颈桩 图3是某 中心 区 1 2 9号 桩 的实测 曲线 ， 在 1 4 m处有 明显的同相反射峰， 且有二次反射峰 ， 桩 底反射不 明显。该桩 1 4 m处开始缩颈 ， 1 8 m处 4 0 0 mm桩径仅为 2 5 0 mm， 缺陷段长 0 8 m， 图 4是 开挖后的照片。 地 ： 一 桂 号 。 I 2 目 眭 鹿 ： 4 0 0 m m度荨 曩 c 2 j 慧 拄 蕾重3T50， s 一 ： ， l 1 1 j l _ 1 I l | l _ l 图3 某中心 区 1 2 9号桩 缩颈桩波形图 图4 某中心 区 1 2 9号桩开挖情 况 3 2 离析桩 图 5 、 6是某花园 G 0 2号楼 8 6号桩的实测曲线， 均有桩底反射 ， 图 5曲线激震器为铁锤 ， 缺陷位置反 射峰明显， 开挖后 ( 图 7 ) 在距桩顶 0 8 m处钢筋笼 变形 ， 产生离析 ， 混凝土有蜂窝、 气孔 ； 图 6曲线激震 器为尼龙锤 ， 缺陷位置不好判断。 地 _ E 0 2 一 惦# 艟 号 日 6 艟衽 4 口 口 m m 格 度荨 臻 c 2 5 A “ 雌 ； 鼍 羞 矗 为 尼 龙 一 一 一 ： L 1 I I ， 1 i 图 5 离析桩波形 ( 一) 3 3 严重离析桩 图 8 、 9为某花 园 G 0 2号楼 1 5 5号桩 的实测 曲 线 ， 图 8曲线激震器为铁锤 ， 曲线特征 为双峰大低 频 ， 没有桩 底反射 ， 缺 陷位置反 射峰 明显 ， 开挖后 ( 图l 0 ) 在距 桩顶0 9 m处开始严重离析 ， 只有 卵砾 维普资讯 http:/ 维普资讯 http:/ 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 2 0 0 8年第 4期 图 l 3某花圈 D1 0号楼 1 2 4号桩开挖情况 图 l 4断桩波形 ( 一 ) 图 l 5某花园 G o 3号楼 l 2号桩开挖情况 图 l 6断桩波形( 二 ) 4问题 分析 由于夯扩桩机无振动机械或振动力较小 ， 桩身 质量较其他灌注桩更难控制 ， 特别是浅部出现缩颈、 离析 、 空洞 、 断桩等缺陷时， 最 主要 的因素是施工因 素 ， 也有地质条件和设计等因素 ， 往往是两种或两种 以上因素综合作用造成 的。 混凝土夯式扩底灌注桩属于挤土灌注桩 ， 缩颈 一 般发生在淤泥质 土地层 中或 地层变化 的交界 面 上 ， 施工中拔管速度过快 ， 设计 的部分桩间距较小 ， 没有跳打时容易发生缩颈 ， 甚至断桩。某公寓南楼 在施工了 3 0多根桩后 ， 施工人员发现在沉管时周 围 已灌注好混凝土的桩发生钢筋笼振动 、 混凝土 冒浆 现象 ， 采用跳打后再没有发生。对 发生混凝土 冒浆 现象的桩进行检测 ， 均发现在粉质粘 土和粗砂层的 交界面上存在不同程度的缩颈 ， 甚至有一根断桩 ， 立 即进行补桩处理。 混凝土夯式扩底灌注桩在成桩过程中一般靠混 凝土的 自重塌落或将柴油锤和内管压在管内混凝土 面上挤压密实完成 ， 在混凝土的骨料级配、 水灰 比、 塌落度未控制好 ， 上部混凝土没有振捣时 ， 易形成离 析 、 空洞等缺陷 ， 如 图 1 1 、 1 2 、 1 3所示的某花 园 D 1 0 号楼 1 2 4号桩。如果钢筋笼露 出混凝土顶 面， 在将 柴油锤和内管压在管 内混凝 土面上时 ， 容易将 钢筋 笼压曲变形， 在钢筋笼变形回弹时会出现离析或断 桩。 夯式扩底灌注桩在成桩过程 中如果封底不牢 ， 发生管 内透水时， 会造成严重离析 ， 如图 8 、 9 、 1 0所 示 的某花园 G 0 2号楼 1 5 5号桩 ， 事后只得重新进打 桩机进行补桩处理 。 夯式扩底灌注桩桩径较小 ， 在采用大挖机机械 开挖 ， 操作人员不熟练时 ， 很容 易将桩挖断 ， 某商业 街车库工程 ， 上部地层为松散的吹填砂 ， 采用大挖机 机械开挖 ， 检测到 3 0 0多根断桩 ， 断桩部位从 0 3 2 5 m不等， 有些桩断成数段。 5结语 本文列举 了几种浅部缺陷桩的典型曲线 ， 实际 测试工作中得到的 曲线一般是很复杂的， 如采用不 同的激震器会得到不 同的测试曲线 ： 铁锤敲击桩面 产生的激励脉冲高频丰富， 脉冲宽度窄， 容易识别桩 身浅部缺陷， 但其应力波衰减快， 对深部缺陷识别较 难， 而且容易产生高频干扰， 曲线出现毛刺， 现场判 断 困难 ； 而尼龙锤激励脉冲宽度较宽 ， 低频丰富， 其 ( 下转第 5 2页) 维普资讯 http:/ 5 2 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 2 0 0 8年第 4期 1 0 1 0 0 图 4 试桩的 5 一l g t 曲线 注： 从上到下依次是 1 2 0 0 、 1 8 0 0 、 2 4 0 0 、 3 0 0 0 、 3 6 0 0 、 4 2 0 0 、 4 8 0 0、 5 4 0 0、 6 0 O O、 6 6 0 0、 7 2 o o 7 8 0 0、 8 4 0 0、 9 0 0 0、 96 0 0、 1 O 2 o o、 1 0 8 0 0、 1 1 4 0 0、 1 2 0 0 0 k N。 试验成果见表 6 。从表 中数据可 以看 出， 桩侧 及桩端阻力发挥 比较均衡 ， 充分说明后压浆技术对 于改善桩体受力的适用性 。 4结语 该工程成功应用后压浆技术， 克服了钻孔灌注 ( 上接第4 6页) 应力波衰减较慢， 曲线平滑， 对深部缺陷识别较好 ， 对浅部缺陷也有反应。我们一般先用尼龙锤普测 ， 再用铁锤对不正常的曲线进行复测 。如图 6 、 9所示 曲线， 采用尼龙锤作为激震器， 对浅部缺陷往往采集 不到好的曲线， 也就不好进行判断， 容易误判或漏 判 。检测人员除了必须掌握反射波法的理论知识 ， 熟悉仪器操作及信号采集技术， 如采用不同的激震 材料 ， 改变采样间隔 ， 变换激震点和传感器安装位置 表 6 高应变试验成果汇总表 桩 单桩极限承载力 k N 所占比例 模拟静载沉降量 m m 号 总阻力 侧摩阻力 端阻力桩侧桩端 桩顶 桩端 Zl 8 0 2 6 5 4 71 7 2 3 3 0 9 3 5 8 8 4 1 2 2 0 8 1 7 0 Z 2 5 7 3 2 8 3 1 6 4 5 2 5 6 8 3 5 5 2 4 48 1 8 2 1 2 5 Z 3 7 5 0 1 6 4 5 2 3 5 2 9 7 8 1 6 0 3 3 9 7 2 0 1 1 6 4 桩传统施工工艺的弊端 ， 最大限度地发挥了桩体 的 承载性能 ， 通过试桩 的试验结果说 明后压浆技术可 以有效提高桩体的侧摩 阻力和桩端阻力 ， 从而有效 地控制桩基沉降量。该技术施工重点是压浆量及压 浆压力的合理确定 ， 今后可以继续进行相关的试验 研究 ， 并结合更多的工程实践 ， 使得该技术得 以推广 应用。 参考文献 ： 1 编 委 会 桩基 工 程手 册 M 北京 ： 中 国建 筑工 业 出 版 社， 1 9 9 5 2 龙琼 ， 张刚 钻孔灌注桩桩端压力注浆施工 技术简介 J 重庆 交通学院学报 ， 2 0 0 6， 2 5 ( 4 ) ： 4 9 5 2 3 周代表 软土地基超 长桩工程 性状分析 J 岩 土力学 ， 2 0 0 4， 2 5 ( 增 ) ： 8 79 O 4 J G J 9 4 9 4 ， 建筑桩基技术规范 s 5 罗骐 先 桩基 工 程 检测 手 册 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 4 等 ， 还要对反射波法适用性要有充分认识 ， 了解影响 反射波法检测准确性的各种因素， 掌握正确的分析 方法 ， 不断积累工程检测经验 ， 提高检测水平 ， 才能 为建设工程提供准确可靠的检测结果。 参考文献： 1 罗骐先 桩基工程检测手册 M 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 3 2 J G J T 1 3 5 2 0 0 1 ， 复合载体夯扩桩设计 规程 S 3 J G J 1 0 6 2 0 0 3 ， 建筑基桩检测技术规范 S ( 上接第 4 8页 ) 4 结论及建议 ( 1 ) 无论复合地基承载力高与低 ， 只要桩端持力 层仍是软土， 深搅桩就是悬浮桩， 地基压缩变形就大。 ( 2 ) 深搅桩处 理只是对 软土地基的部分加 固， 复合地基根本上还是软土地基。地基基础设计时应 以变形控制为主 ， 承载力作为验算指标 ， 满足变形和 承载力双控要求。 ( 3 ) 工程设 计时应 根据当地 同类场地土 ， 同类 型建筑的长期观测沉降结果， 参照变形计算值确定 最终变形量 ， 即采用工程类 比法设计。预留足够沉 降， 保证建筑物正常功能的使用。 ( 4 ) 载荷试验承载力不宜直接作为设计依据 ， 可用于判别地基土的相对强度。沉降计算公式不确 定 因素较多， 计算值与实际值相差较大。各地 区应 通过大量的实践， 结合多种试验手段建立起地区性、 单元性的软土地基及各类复合地基的承载力和变形 沉降经验值， 作为工程设计的可靠依据。 参考文献： 1 J G J 7 9- 2 0 0 2 ， J 2 2 o一 2 0 0 2 建筑地基处理技术规范 S 2 G B 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ， 建筑地基基础设计规范 S 5 加 的 维普资讯 http:/