龙岩城区地处岩溶区 , 灰岩类岩层分布广 , 其在水的长期溶蚀作用下形成较发育的土 洞、溶洞 , 构成不均匀、不稳定的岩溶地基; 该类地基不能满足高层建筑物对其承载力和 变 形要求, 需进行地基处理冲孔灌注桩桩底持力层落在完整灰岩上 , 无需对土洞和溶洞进 行 处理 , 上部结构的荷载传递到完整岩层 , 具有承载力高、变形小及抗震性能好等特点 , 所以 该区的高层建筑普遍使用泥浆护壁冲孔灌注桩基础 桩基属隐蔽性工程 , 因此加强工程桩的质量检测 , 提高检测评定结果的可靠性 , 对确保 整个桩基工程质量和安全有重要意义作者结合在龙岩城区基桩检测的试验资料和经验 , 分 析和探讨岩溶区冲孔灌注桩完整性检测的检测方法 1 完整性检测的内容、方法和评价类别 基桩检测的内容主要集中在承载力和完整性两个方面 , 桩身完整性是桩身截面尺寸相对 变化、桩身材料密实性和连续性的综合性反映 《建筑基桩检测技术规范》(J GJ 106 - 2003) 中对桩身完整性的检测方法和评价类别进行了分类 (表 1) [1 ] 2 检测实例 211 工程概况 龙岩城区某商住楼 , 上部主体为框架 22 层 , 地下室 1 层 , 基础采用冲孔灌注桩 , 设计 等级为甲级 , 桩身混凝土强度 C35 , 桩径 800 mm～1 400 mm , 持力层为 ⑨中风化灰岩 (裙 楼区域部分基桩持力层为 ⑧破碎灰岩) , 单桩竖向承载力特征值 3 800 kN～10 440 kN , 总 桩 数 156 根; 桩基施工在现有地面上进行 , 空孔约 5 m , 有效桩长 12 m～50 m。
桩基施工 前 已完成施工勘察 , 其中主楼钻孔按一桩一孔布置 752 第 3 期 福 建 地 质 Geology of Fujian ① 收稿日期: 2009203201 作者简介: 赖兆涛 (19692) , 男, 工程师, 从事桩基检测工作表 1 桩身完整性分类 Table 1 Classif ication of the integral ity of a pile 桩身完整性类别 分 类 原 则 Ⅰ类桩 桩身完整 Ⅱ类桩 桩身有轻微缺陷, 不会影响桩身结构承载力的正常发挥 Ⅲ类桩 桩身有明显缺陷, 对桩身结构承载力有影响 Ⅳ类桩 桩身存在严重缺陷 地层自上而下依次划分为: ①杂填土: 褐色、灰黄色、黑色 , 稍湿 2 湿 , 松散 2 稍密 ②粉质粘土: 灰黄色、褐色、湿 , 可塑 ③细砂: 灰色 , 饱和 , 松散 ④圆砾 (局部卵石) : 褐色、灰黄色 , 饱和 , 稍密 2 中密 ⑤次生红粘土: 褐黄色、褐红色 , 湿 , 可塑 2 硬塑 ⑥含角砾粉质粘土: 黄色、灰褐色 , 饱和 , 可塑 2 硬塑⑦角砾: 褐色 , 饱和 , 稍密 2 中密 ⑧破碎灰岩: 灰色、青灰色 , 呈中风化状态 , 裂隙发育 , 岩芯多呈碎块状 , 局部呈短 柱状。
溶蚀发育 , 部分地段发育有溶洞 , 以充填溶洞为主 , 充填物主要为含角砾粉质粘 土 ⑨中风化灰岩: 青灰色、深灰色 , 裂隙较发育 , 岩芯呈块状、柱状 212 检测数量和检测方法 21211 检测数量 由于该项工程上部荷载较大 , 承载力特征值高 , 场地岩溶发育 , 地质条件复杂 , 成桩质 量把握难度大 , 为确保桩基质量 , 对 156 根工程桩均进行桩身完整性检测 21212 检测方法的选择 低应变反射波 (以下简称低应变法) , 测试设备轻便简单 , 检测速度快 , 成本低 , 但存 在有效检测长度的问题 声波透射法 (以下简称声测法) , 检测范围可覆盖全桩长的各个截面 , 测试精度高, 但 需要预埋声测管 , 检测成本也相对较高 , 且对桩身直径有一定要求 钻芯法 , 为检测桩身完整性最直接的方法 , 不仅可以测定桩身混凝土质量、抗压强度和 桩长 , 还可检查桩底沉渣和持力层性状 , 具有科学直观、实用等特点但检测桩长径比大 时 , 钻芯孔容易偏离桩身 , 无法钻取到桩底 , 且钻芯法检测时间较长 , 检测成本较高 结合龙岩城区内多个冲孔灌注桩工程的检测实践 , 该商住楼桩身完整性检测采用低应变 法、声测法和钻芯法联合的模式 , 即 桩径 ≥ 900 mm、桩长 ≥ 35 m 的桩采用声测法检 测 , 其 它桩采用低应变法检测 , 钻芯法检测不少于 3 根 , 具体桩号根据低应变法和声测法检测 结果 选定。
852 福 建 地 质 Geology of Fujian 第 28 卷 213 桩身完整性普查结果 低应变法检测采用武汉岩海 RS - 1616 K ( P) 基桩动测仪 , 共检测 141 根; 声测法检测 采用北京康科瑞 NM - 4A 声波检测分析仪 , 共检测 15 根; 桩身完整性评定结果 (表 2) 表 2 桩身完整性评定结果 Table 2 Evaluating results of the pile integral ity 检测方法 检测数量 (根) 完 整 性 类 别Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 低应变法 141 104 34 3 / 声测法 15 11 4 / / 合 计 156 115 38 3 / 从表 2 可以看出 , 该商住楼 Ⅰ类桩占总桩数的 7317 % , Ⅱ类桩占总桩数的 2414 %Ⅲ 类桩 3 根 , 其缺陷均表现为桩底处明显的正相反射 , 表明桩底附近的阻抗明显变小 , 其 中 22 号桩桩径 1 200 mm , 桩长 15145 m , 设计要求桩端持力层为 ⑨中风化灰岩 , 其实测 时域 波形 (图 1) 图 1 22 号桩低应变实测时域波形图 Fig 11 Diagram showing the actual time domain waveform of low strain for the No 122 pile 214 对比验证21411 钻芯法验证 钻芯法检验 22 号桩采用 XY- 2B 型油压钻机和金钢石钻探工艺 , 直径约 90 mm , 孔深 20103 m , 其中持力层钻进 415 m , 钻芯 0 m～15153 m 为桩身混凝土 , 连续完整; 15153 m ～15173 m 为灰岩 , 15173 m～16100 m 为含角砾粉质粘土 , 16100 m～16118 m 为灰岩 , 16118 m～20103 m 为含角砾粉质粘土。
钻芯检测结果表明该桩桩身完整 , 桩端下存在多 层 的充填溶洞 , 持力层未满足设计要求 , 判定为废桩之后 , 对该桩采取的处理措施是在 原桩 位上重新进行冲孔施工 因此可以看出, 虽然低应变法不能确定桩底情况 , 但理论上可以将嵌岩桩桩端视为杆件 952 第 3 期 赖兆涛: 岩溶地区冲孔灌注桩完整性检测方法的综合应用的固定段 , 并根 据桩底反射波的方向判断桩端的端承效果对岩溶区的已嵌入完整灰岩的端 承桩而言 , 若桩底正相反射强烈 , 表明桩端下可能有沉渣或持力层有溶洞 , 有必要采用 钻芯 法进一步验证 21412 高应变法验证 76 号桩位于该商住楼裙楼区域 , 桩径 1 000 mm , 桩长 3315 m , 该桩为裙楼桩 , 按设计 要求 , 其桩端持力层为 ⑧破碎灰岩因其桩身混凝土充盈系数为 110 , 在所有的 156 根 桩中 为最低值 , 其低应变信号较复杂 , 桩底反射不明显 , 无法对该桩进行准确的评价 , 其实 测时 域波形图 2 (a) 继而用高应变法验证 , 锤重 70 kN , 落距 112 m , 实测波形图 2 (b) , 从高 应变波形可以看出, 力和速度曲线比例协调 , 桩身未见明显的缩径缺陷; 桩底反射信号清 晰 , 为正相反射 , 同持力层为破碎灰岩的性状相符。
拟合分析的桩身完整性系数为 019 , 结 果表明该桩桩身基本完整 , 评为 Ⅱ类桩 图 2 76 号桩高、低应变实测波形对比图 Fig 12 Comparison diagram of the actual low strain waveform and the pile highness for the No. 76 pile 岩溶区地质条件复杂 , 冲孔桩截面多变 , 低应变因其激振能量小 , 往往测不到桩底反 射 , 无法评定整根桩的完整性通过加大低应变法检测的锤击能量和改善测试条件 , 能获 得 较理想的信号; 对冲孔灌注桩完整性检测的测试 , 采用 8 kg 的自制力棒 , 测试前磨平敲 击 点和传感器安装点, 桩长在 40 m 以内基本上可测到桩底反射而高应变法激振能量大 , 有 效检测长度也大 , 通过实测曲线拟合分析 , 能对桩身的缺陷作出定量的判定 , 其桩身完 整性 检测的可靠性比低应变法高但高应变法检测成本相对高 , 对场地条件有相应要求 , 不适 合 于桩身完整性普查 21413 声测法与低应变法对比 龙岩城区某高架桥为冲孔灌注桩基础, 桩身混凝土强度 C30 , 持力层为中风化灰岩 , 完062 福 建 地 质 Geology of Fujian 第 28 卷整性检测采用声测法 , 其中 5 - 2 桩 桩径 1 500 mm , 桩长 3413 m , 评定为 Ⅰ类桩 , 实测波 形图 3 (a) 所示。
为获得对比资料 , 对该桥台的 4 根桩进行低应变法测试 , 却发现 5 - 2 桩 在 2913 m 附近有一明显的正相反射 , 而桩底反射不明显 , 实测时域波形图 3 ( b) 若单 从 低应变波形分析 , 该桩可评为 Ⅲ类桩并应采取钻芯法验证 图 3 5 - 2 桩声测波列、低应变实测波形对比图 Fig 13 Comparison diagram of the actual low 2strain waveform and the sounding wave train for the No 15 - 2 pile 针对这一不同的检测结果 , 通过查证 5 - 2 桩的施工情况 , 得知该桩成孔后 , 钢筋笼下 至 23 m 时 , 由于孔位倾斜而无法继续下放 , 经回填块石后修孔 , 灌注混凝土后成桩 , 充盈 系数 1132该桩的钻探勘察资料中 , 23 m 附近为粘土层与灰岩的交界面 , 且岩面倾斜度 大分析认为 5 - 2 桩 2913 m 处的明显正相反射 , 是由于回填块石后修孔施工导致桩径先 扩 后缩的截面变化所引起低应变信号可以反映出这种变化 , 但由于声测法的有效检测范围 是 固定在钢筋笼内侧的 2 根声测管之间的区域 , 只要声测管基本平行、混凝土质量正常 , 其测 试波形反映不出这种变化 , 所以 5 - 2 桩的桩身完整性评定仍以声测法的结果为准。
这个实例表明, 声测法与低应变法同为桩身质量无损检测的方法 , 声测法比低应变法更 全面细致 , 检测范围可覆盖全桩长的各个断面 , 且不受桩长、长径比的限制 , 其检测结 果更 准确可靠 应当指出 , 桩的竖向承载力由以下两个因素决定: 一是桩身的材料强度 , 即桩身质量; 二是地基的强度 , 即地基土对桩的支承能力; 这两个因素都制约着桩的竖向承载力[2 ] 当桩 身完整性检测表明桩身质量有缺陷和桩端嵌固效果差时 , 采用静载试验是最直接、最准确 的 162 第 3 期 赖兆涛: 岩溶地区冲孔灌注桩完整性检测方法的综合应用进一步验证手段 , 在竖向承载力验收检测时 , 也应适当选取该检测法 3 结语 (1) 岩溶区冲孔灌注桩完整性检测宜采用低应变法、声测法、钻芯法以及高应变法联合 的模式, 低应变法和声测法为桩身完整性普查的主要方法 , 钻芯法和高应变法为补充、验 证 的手段低应变法检测的有效检测桩长在 35 m～40 m , 声测法检测的桩径宜大于 800 mm (2) 岩溶区冲孔灌注桩。