結合工程實例,闡明了基樁超聲波檢測的優點、範圍及注意事項,井對某些病患樁的病因作了分析。
樁基工程是非常重要的隱蔽土建工程,經驗表明,它往往有可能成為整個土建工程的質量盲區、工期瓶頸和投資黑洞,不可掉以輕心。
為了避免上述情況發生,採用各種恰當的技術手段,對成樁質量進行檢驗評估以及對病患樁狀況進行調查診斷,具有相當重要的意義。
對成樁質量的檢驗評估應在四個方面作出判斷或結論,即基樁混凝土的完整性、均勻性、平均強度和樁身混凝土長度。對病患樁的調查診斷,應對三個方面作出說明和描述,即病患樁缺陷的性質(斷層、夾層、樁底沉渣、蜂窩空洞、大體積的混凝土離析和強度變異等);缺陷的大小、厚度和空間分布;缺陷的方位和深度位置。
雖然目前樁基質量檢測的方法很多,如鑽芯法、反射波法、機械阻抗法、Case法等,但綜合表現較優的方法,作者認為是超聲波法。下面就超聲波法驗樁舉幾個工程實例,供參考(樁號以A、B、C……順序標之)。
例1 A號樁,樁徑2.0m,樁長48. 5 m,鑽孔濫注樁。在檢測中,發現該樁距地面深31.8~30.5m處出現斷層,且斷層構成複雜:西北方向有嚴重離析和含泥的現象;東北方向主要是含泥;正南方向有含泥和劣質砼現象(該樁只埋設了三根聲測管)。由於斷層只有部分進入巖層,且巖層上為幾十釐米礫石層,再上面是粉砂層。
故現場判斷:嚴重斷樁,且處理極為困難。取芯和處理過程(施工方執意壓漿處理失效)驗證了該結論的正確。
病因分析:該樁在灌注混凝土過程中,在斷層深度處出現了卡管,導致施工中斷。之後對接樁層面的清洗和處理以及有關因素都沒考慮清楚,便進行了第二次灌注,造成了嚴重斷樁。
例2 B號樁,樁徑2.0m,樁長38.0m,鑽孔灌注樁。在檢測過程中,發現該樁距地面19.5~19.0m處出現波形向低頻偏移及輕微畸變現象,波高基本正常,少數測點波高下降,聲速值3300~3600 m/s;在距地面7.0~3. 5m處,波形嚴重畸變,波高衰減極大,聲速值下降至2 000 m/s;許多測點甚至無法讀取聲時數據。
施工方和監理介紹在19.5 m處左右進行了接樁。現場判斷:該樁在19.0m處的接樁效果可以,但在7. 0~3.5 m範圍出現了嚴重頸縮。以後的鑽芯和開挖驗證了判斷無誤。
病因分析:
a.該樁在灌注到距地面 19.5 m左右處出現了卡管停工。之後花了約3天時間對接樁面進行處理。處理方法是下一個直徑約1.3 m的小鑽,鑽入正常混凝土,然後採用正、反循環清渣,即視先前灌注的混凝土為基巖,按柱樁的要求進行接樁施工。從超聲檢測和鑽芯的結果看,此方法處理效果可以。
b.在距地面 7.0~3.5 m範圍出現嚴重縮頸的原因有3點:①此範圍是淤泥層(黑稀泥),當時地下水位高,開挖下去1 m多就能見水,水壓較大,使淤泥的活動能量增加;②約3天的停頓時間使淤泥有機會蠕附在鋼筋籠上,形成相當的體積並具備足夠的抗衝刷能力;③施工者因經驗所限,未能預見此種情況防範處理措施。
例3 C號樁,樁徑2.0 m,樁長36. 0 m,湖區工地。該樁在距地面10. 5~7.4 m範圍間歇出現波形劣化,聲速值劇減,甚至無波等現象。在進行調查時,監理介紹施工中有兩點異常:①導管在該段有上浮、下不去的感覺;②混凝土擴大係數小於正常值(1.1左右)。在混凝土齡期足夠長後(大於14天),進行了複測。現場判斷:C號樁在距地面深10.5~7.4 m範圍有縮頸露筋現象,且西北方向嚴重以後開挖驗證了判斷正確。
病因分析:同例2病因b中的①、②兩點。另外還有一個可能的原因是:放下鋼筋籠後灌注準備時間長了一些及灌注的連續性不夠好(灌注用的混凝土是商品混凝土,有時中間等待的時間過長)。
例3中提到的對基樁缺陷的確診,混凝土,齡期應足夠長。這個問題值得從事樁基檢測的人員注意:一般普查,7天左右即可;缺陷確診應大於14天,接近28天更好;個別特殊情況甚至要超過混凝土養護期,才能檢測出真實情況。
例4 D號樁,樁徑2.8 m,樁長27.5 m,樁齡17天。第一次驗樁時發現樁底從各個方向檢測都有30 cm左右均無波形,疑為含泥沉渣,系清底不淨所致。16天後進行複測時發現樁底起波,幅值較正常偏小,周期較長,聲速值3 500~3800m/s。現場判斷:樁底是以水泥漿和細骨料為主體的混凝土,強度滿足要求,D號樁質量合格。
病因分析:①該樁灌注時氣溫很低,只有零下幾度;②施工工藝採用「落球法」,是用沙包堵的管口,且可能第一盤灌注的混凝土是純水泥漿或沙漿,這些材料組成的混凝土,強度上升原本就要慢些。這裡,病因①是主因,低溫極大地延長了水泥混凝土的凝結和強度增加時間。
超聲波檢測不僅能對病患樁的缺陷作出完整準確的判斷,而且能及時排除「冤案」的產生,避免不必要的損失。
例5 E號樁,樁徑2.5 m,樁長48.5 m。該樁在混凝土灌注到20. 0 m左右時,導管怎麼也提不起,給掛住了。當埋深到9.0m後,施工單位另下了一根導管,繼續進行灌注,事後各方都背上了一個「包袱」,認為E號樁不是斷樁,就是有夾層。灌注6天後,便進行了超聲波檢測。檢測中波形顯示正常,均勻性好,聲速值在4300m/s左右,在導管接插處,只有30cm厚度的混凝土聲時數有10 μs的增加。現場判斷:該樁為優良樁。解除了各方的「包袱」。
例5中的E號樁雖然施工過程不順利,卻能很快地得到完好的結論。這既得益於施工方的應急處理措施得當,也得益於現場對聲測通道的重視與保護。檢測E號樁時,聲測管道暢通無阻,作為聲耦合介質的水也非常乾淨,對於超聲波驗樁來說,聲測通道的狀況如果不好(如堵管、介質不乾淨)。將很可能對施工方產生不利影響。
例6 F號樁,樁徑2.0 m,樁長36. 0 m。該樁施工過程出現了問題,三根聲測管不知何故被水泥漿堵住了兩根,無法聲測。故只有採用動測法進行了檢驗。動測結果顯示深度在10m左右有較嚴重的問題,但在此處鑽芯未發現任何問題,施工方要求停鑽,而監理堅持繼續鑽,最後在深15.0 m左右發現30 cm的夾泥層,當時判斷該樁為斷樁。該樁的處理採用打「梅花孔"壓漿,並對實施過程進行超聲波監測:即在壓漿前觀測清洗效果,壓紫後觀測壓漿效果,21天後觀測強度增加和粘接效果。為此,施工方將堵死的聲測管全部打通。在壓漿前的超聲波檢測表明,該樁並非完全的斷樁,而是一根有嚴重夾層的樁,夾層截面積約佔樁截面積的5/6。鑽芯與超聲觀測的結果吻合。
實踐證明,例6中提到的採用超聲波法對病患樁處理進行過程監測,是提高控制樁基處理效果的一種較好方法。此法有易實施、即時、節省、觀察全面準確的優點。作者曾多次進行此類工作,收到了較好的效果。
例7 G號樁,樁徑2.8 m,樁長30. 0m,該樁的基巖情況不好,為發育豐富的裂隙破碎帶,坍落的可能性很大,且由於地下水量多,使泥漿護壁有相當的難度(圖1)。成孔後,因反覆清洗極有可能導致塌孔,故在樁底未作徹底清洗的情況下就灌注了混凝土。普查時的超聲檢測表明,樁底有很厚的沉渣,最厚的地方(樁周邊緣)估計有100 cm。
圖1所示的5號鑽芯檢測孔。玉漿後第28d,作了第三次超聲檢測。檢測表明,②—⑤方向樁底充滿了水,高度10~20 cm;③-⑤方向樁底無水,已充入水泥漿。在分析這一現象的成因時,施工單位反映壓漿前的清洗過程中無需補水,這表明樁底基巖存在裂隙,滲透了大量的地下水,就像一個噴泉,且分布在②號聲測管鄰區(見圖1裂原W )。根據這一情況,施工單位特配製了快凝混凝土壓入樁底。兩天後檢測表明,樁底空洞部分已有大量充實物,且有相當的強度,至此,處理過程完畢。
在例7處理G號樁的過程中,作者萌生了一個想法,就是在某些特殊情況下,對於鑽孔灌注樁的樁底沉渣,是否可以採用灌注後再處理的手法?即預先在鋼筋籠上按不同的方向綁紮一些波紋管或大鐵管,直通樁底,在打完混凝土1 d後就開始進行樁底清洗、壓漿,且清洗和壓漿的效果均用超聲波進行觀察。這樣處理,可能在工期、投資、質量這三個方面的綜合效果收到比傳統手法處理要好得多的結果。