基于低应变的人工挖孔桩多种质量缺陷的检测

基于低应变的人工挖孔桩多种质量缺陷的检测

李升冉

（深圳市南山区环境保护和水务局，518052）

摘要：介绍了低应变动力检测人工挖孔桩完整性的原理。通过现场检测实例，采用低应变动力检测及钻芯验证检测方法确认人工挖孔桩多种质量缺陷的存在，进而采取破除桩身或高压注浆的措施进行工程处理。

1引言

人工挖孔桩采用人工挖土成孔，然后安放钢筋笼，灌注混凝土成桩。人工挖孔桩具有成孔方法简单、单桩承载力高、施工时无振动噪音、施工设备简单、施工质量可靠以及可同时开挖多根桩以节省工期等优点。近些年来，人工挖孔桩被广泛用于高层房屋建筑的基础中。但人工挖孔桩容易出现桩身混凝土离析、桩身水平裂缝、桩底有沉渣及桩端持力层未达到设计要求等质量缺陷。因此，人工挖孔桩的质量检测至关重要。低应变动力检测有着快捷、经济、无损、轻便等众多优点，被广泛应用于人工挖孔桩的质量检测中。

2低应变动力检测基桩原理

目前广泛采用的低应变动力检测基桩原理是反射波法。反射波法假设桩为一维线弹性杆，桩身的物理强度远大于桩周土的物理强度，在桩顶部施加激振力，桩顶面上的质点产生振动，振动的传播形成了波，波将沿着桩身向下进行传播。当桩身有混凝土离析、水平裂缝或者桩径变大变小等情况时，桩身该处的阻抗（）将发生变化，在该界面上产生反射波和透射波。反射波将沿着桩身向桩顶传播，粘贴在桩顶面上的速度传感器或加速度传感器将接受到阻抗变化时引起的反射波，反射波的相位和幅值大小由阻抗的大小决定。假设桩为均质等截面自由杆件，桩的一维波动方程为：

式1

波速式2

假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（）进入介质Ⅱ（）时将产生反射波和透射波，其中反射波与入射波的关系为：式3

式中：为反射波速度；为入射波速度；为反射波系数；为桩身混凝土广义波阻抗；为桩身阻抗变化处或桩底岩土处的广义波阻抗。

完整桩中桩身没有阻抗的变化，所以接收到的反射波是从桩底反射来的。对于桩身有缺陷（颈缩桩、离析桩、水平裂缝桩、空洞桩及夹泥桩等）时，即＜，代入式3中可得与符号相反，即反射波相位与入射波相位相反；对于桩底持力层岩土为强风化岩土时，＜，代入式4中同样可得与符号相反，即桩底反射波相位与入射波相位相反。

3人工挖孔桩水平裂缝检测及处理实例

人工挖孔桩的混凝土抗拉强度较低，特别是在混凝土终凝初期，强度还没有上来，这时如果桩身某一截面受到的外部拉力超过混凝土抗拉强度，该截面将会产生水平裂缝，水平裂缝将影响基桩的安全性和耐久性。在深圳市某高层房建的基础中，对864#人工挖孔桩的桩身完整性进行了低应变动力检测，检测仪器采用美国PDI公司生产的PIT检测仪。检测信号图如图1（a），根据现场情况，对检测信号进行处理分析、综合判断，得到低应变动力检测完整性结果表（表1）。

图1（a）864#桩第一次检测信号图

图1（b）864#桩第二次检测信号图

表1低应变动力检测完整性结果表

图2有无石粉的芯样断面对比

由表1可知该864#人工挖孔桩有明显缺陷，经施工单位和监理单位反映，该桩挖孔和浇筑混凝土过程中都正常。由于桩挖孔时反复降水、水位上升形成的向下、向上作用力容易将周边刚刚浇筑混凝土的人工挖孔桩拉断，从而形成水平裂缝。根据检测经验，检测人员怀疑该桩缺陷处是水平裂缝。

接下来对该桩进行了钻芯法验证：在该桩上接连钻两个孔，孔位布置有一定距离，有效防止串孔（由于钻芯孔会有一定的倾斜率，钻第二个孔时在桩身某一深度与第一个孔联通，称为串孔），采用单动双管钻具取芯样。钻芯至可能缺陷位置下1米，经查看两组芯样在低应变检测可能缺陷位置附近都有断口，分别是在桩身16.45m和16.33m处，且断口截面上有石粉。若断口裂缝是原生的，钻芯时钻头切割混凝土会产生石粉，该石粉会流入原生的断口裂缝中，在断面上会有石粉。若断口裂缝不是原生的，是钻芯取芯样时拉断的（即次生裂缝），裂缝处断面上不会有石粉。有石粉的芯样断面和没有石粉的芯样断面对比图如图2。在该桩两个钻孔完成后进行压水试验，即将两个钻孔都灌满水，在其一孔中用钻芯的钻杆压水，看另外一个孔是否冒水出来，压水试验结果有水冒出来，证实了桩身两个钻芯孔在水平裂缝处的截面形成了联通的裂缝。

最后由设计单位提出处理方案，对该桩采取高压水将水平裂缝中的泥砂、石粉清洗干净后，对该处进行高压注浆处理。处理后7天对该桩再次进行低应变动力检测，检测信号图如图1（b），检测结果显示该桩处理后完整性为Ⅰ类，也表明高压注浆处理该水平裂缝是可行的。

4人工挖孔桩沉渣和桩端持力层岩土性状检测及处理实例

人工挖孔桩清底不干净会有沉渣，当沉渣的厚度或桩底持力层岩土性状不满足设计或规范要求，这两种情况都会严重降低端承桩和摩擦端承桩的抗压承载力，从而影响基桩的安全性。在深圳市某高层房建的基础中，对2-24#和21#人工挖孔桩的桩身完整性进行了低应变动力检测，检测信号图分别如图3（a）和图4，分析处理后得到低应变动力检测完整性结果表（表2）。

图3（a）2-24#桩第一次检测信号图

图3（b）2-24#桩第二次检测信号图

图421#桩检测信号图

经钻芯验证，2-24#桩的桩长为6.20m，在桩底有7cm厚的沉渣，21#桩的桩长为4.67m，桩底有40cm的强风化岩土，不满足设计要求的中风化持力层。后经设计单位提出处理方案，对2-24#桩采取高压水将桩底沉渣冲洗干净后，对桩底进行高压注浆处理。处理后7天低应变检测信号如图3（b），检测结果显示该桩处理后完整性为Ⅰ类，也表明高压注浆处理桩底沉渣是可行的。由于21#桩的桩长很短以及需要清除的桩底强风化花岗岩层较厚，采取高压注浆处理效果不好，设计单位提出对21#桩进行全部破除后，按照相应规范要求挖孔至中风化花岗岩一定深度后，重新安放钢筋笼，浇筑混凝土成桩。

5结语

人工挖孔桩在施工过程中应注意如下细节：防止挖孔间歇水位的陡然升降产生的桩身水平裂缝；防止清底不干净后留下的较厚沉渣；保证桩端持力层岩土性状达到设计要求。低应变动力检测可以有效检测人工挖孔桩的完整性，加之以钻芯法验证，可以明确存在的质量问题，进而采取工程处理措施，消除工程隐患，保证桩基工程的安全。