结合工程实例,阐明了基桩超声波检测的优点、范围及注意事项,井对某些病患桩的病因作了分析。
桩基工程是非常重要的隐蔽土建工程,经验表明,它往往有可能成为整个土建工程的质量盲区、工期瓶颈和投资黑洞,不可掉以轻心。
为了避免上述情况发生,采用各种恰当的技术手段,对成桩质量进行检验评估以及对病患桩状况进行调查诊断,具有相当重要的意义。
对成桩质量的检验评估应在四个方面作出判断或结论,即基桩混凝土的完整性、均匀性、平均强度和桩身混凝土长度。对病患桩的调查诊断,应对三个方面作出说明和描述,即病患桩缺陷的性质(断层、夹层、桩底沉渣、蜂窝空洞、大体积的混凝土离析和强度变异等);缺陷的大小、厚度和空间分布;缺陷的方位和深度位置。
虽然目前桩基质量检测的方法很多,如钻芯法、反射波法、机械阻抗法、Case法等,但综合表现较优的方法,作者认为是超声波法。下面就超声波法验桩举几个工程实例,供参考(桩号以A、B、C……顺序标之)。
例1A号桩,桩径2.0m,桩长48.5m,钻孔滥注桩。在检测中,发现该桩距地面深31.8~30.5m处出现断层,且断层构成复杂:西北方向有严重离析和含泥的现象;东北方向主要是含泥;正南方向有含泥和劣质砼现象(该桩只埋设了三根声测管)。由于断层只有部分进入岩层,且岩层上为几十厘米砾石层,再上面是粉砂层。
故现场判断:严重断桩,且处理极为困难。取芯和处理过程(施工方执意压浆处理失效)验证了该结论的正确。
病因分析:该桩在灌注混凝土过程中,在断层深度处出现了卡管,导致施工中断。之后对接桩层面的清洗和处理以及有关因素都没考虑清楚,便进行了第二次灌注,造成了严重断桩。
例2B号桩,桩径2.0m,桩长38.0m,钻孔灌注桩。在检测过程中,发现该桩距地面19.5~19.0m处出现波形向低频偏移及轻微畸变现象,波高基本正常,少数测点波高下降,声速值~m/s;在距地面7.0~3.5m处,波形严重畸变,波高衰减极大,声速值下降至m/s;许多测点甚至无法读取声时数据。
施工方和监理介绍在19.5m处左右进行了接桩。现场判断:该桩在19.0m处的接桩效果可以,但在7.0~3.5m范围出现了严重颈缩。以后的钻芯和开挖验证了判断无误。
病因分析:
a.该桩在灌注到距地面19.5m左右处出现了卡管停工。之后花了约3天时间对接桩面进行处理。处理方法是下一个直径约1.3m的小钻,钻入正常混凝土,然后采用正、反循环清渣,即视先前灌注的混凝土为基岩,按柱桩的要求进行接桩施工。从超声检测和钻芯的结果看,此方法处理效果可以。
b.在距地面7.0~3.5m范围出现严重缩颈的原因有3点:①此范围是淤泥层(黑稀泥),当时地下水位高,开挖下去1m多就能见水,水压较大,使淤泥的活动能量增加;②约3天的停顿时间使淤泥有机会蠕附在钢筋笼上,形成相当的体积并具备足够的抗冲刷能力;③施工者因经验所限,未能预见此种情况防范处理措施。
例3C号桩,桩径2.0m,桩长36.0m,湖区工地。该桩在距地面10.5~7.4m范围间歇出现波形劣化,声速值剧减,甚至无波等现象。在进行调查时,监理介绍施工中有两点异常:①导管在该段有上浮、下不去的感觉;②混凝土扩大系数小于正常值(1.1左右)。在混凝土龄期足够长后(大于14天),进行了复测。现场判断:C号桩在距地面深10.5~7.4m范围有缩颈露筋现象,且西北方向严重以后开挖验证了判断正确。
病因分析:同例2病因b中的①、②两点。另外还有一个可能的原因是:放下钢筋笼后灌注准备时间长了一些及灌注的连续性不够好(灌注用的混凝土是商品混凝土,有时中间等待的时间过长)。
例3中提到的对基桩缺陷的确诊,混凝土,龄期应足够长。这个问题值得从事桩基检测的人员注意:一般普查,7天左右即可;缺陷确诊应大于14天,接近28天更好;个别特殊情况甚至要超过混凝土养护期,才能检测出真实情况。
例4D号桩,桩径2.8m,桩长27.5m,桩龄17天。第一次验桩时发现桩底从各个方向检测都有30cm左右均无波形,疑为含泥沉渣,系清底不净所致。16天后进行复测时发现桩底起波,幅值较正常偏小,周期较长,声速值~m/s。现场判断:桩底是以水泥浆和细骨料为主体的混凝土,强度满足要求,D号桩质量合格。
病因分析:①该桩灌注时气温很低,只有零下几度;②施工工艺采用“落球法”,是用沙包堵的管口,且可能第一盘灌注的混凝土是纯水泥浆或沙浆,这些材料组成的混凝土,强度上升原本就要慢些。这里,病因①是主因,低温极大地延长了水泥混凝土的凝结和强度增加时间。
超声波检测不仅能对病患桩的缺陷作出完整准确的判断,而且能及时排除“冤案”的产生,避免不必要的损失。
例5E号桩,桩径2.5m,桩长48.5m。该桩在混凝土灌注到20.0m左右时,导管怎么也提不起,给挂住了。当埋深到9.0m后,施工单位另下了一根导管,继续进行灌注,事后各方都背上了一个“包袱”,认为E号桩不是断桩,就是有夹层。灌注6天后,便进行了超声波检测。检测中波形显示正常,均匀性好,声速值在m/s左右,在导管接插处,只有30cm厚度的混凝土声时数有10μs的增加。现场判断:该桩为优良桩。解除了各方的“包袱”。
例5中的E号桩虽然施工过程不顺利,却能很快地得到完好的结论。这既得益于施工方的应急处理措施得当,也得益于现场对声测通道的重视与保护。检测E号桩时,声测管道畅通无阻,作为声耦合介质的水也非常干净,对于超声波验桩来说,声测通道的状况如果不好(如堵管、介质不干净)。将很可能对施工方产生不利影响。
例6F号桩,桩径2.0m,桩长36.0m。该桩施工过程出现了问题,三根声测管不知何故被水泥浆堵住了两根,无法声测。故只有采用动测法进行了检验。动测结果显示深度在10m左右有较严重的问题,但在此处钻芯未发现任何问题,施工方要求停钻,而监理坚持继续钻,最后在深15.0m左右发现30cm的夹泥层,当时判断该桩为断桩。该桩的处理采用打“梅花孔压浆,并对实施过程进行超声波监测:即在压浆前观测清洗效果,压紫后观测压浆效果,21天后观测强度增加和粘接效果。为此,施工方将堵死的声测管全部打通。在压浆前的超声波检测表明,该桩并非完全的断桩,而是一根有严重夹层的桩,夹层截面积约占桩截面积的5/6。钻芯与超声观测的结果吻合。
实践证明,例6中提到的采用超声波法对病患桩处理进行过程监测,是提高控制桩基处理效果的一种较好方法。此法有易实施、即时、节省、观察全面准确的优点。作者曾多次进行此类工作,收到了较好的效果。
例7G号桩,桩径2.8m,桩长30.0m,该桩的基岩情况不好,为发育丰富的裂隙破碎帶,坍落的可能性很大,且由于地下水量多,使泥浆护壁有相当的难度(图1)。成孔后,因反复清洗极有可能导致塌孔,故在桩底未作彻底清洗的情况下就灌注了混凝土。普查时的超声检测表明,桩底有很厚的沉渣,最厚的地方(桩周边缘)估计有cm。
图1所示的5号钻芯检测孔。玉浆后第28d,作了第三次超声检测。检测表明,②—⑤方向桩底充满了水,高度10~20cm;③-⑤方向桩底无水,已充入水泥浆。在分析这一现象的成因时,施工单位反映压浆前的清洗过程中无需补水,这表明桩底基岩存在裂隙,渗透了大量的地下水,就像一个喷泉,且分布在②号声测管邻区(见图1裂原W)。根据这一情况,施工单位特配制了快凝混凝土压入桩底。两天后检测表明,桩底空洞部分已有大量充实物,且有相当的强度,至此,处理过程完毕。
在例7处理G号桩的过程中,作者萌生了一个想法,就是在某些特殊情况下,对于钻孔灌注桩的桩底沉渣,是否可以采用灌注后再处理的手法?即预先在钢筋笼上按不同的方向绑扎一些波纹管或大铁管,直通桩底,在打完混凝土1d后就开始进行桩底清洗、压浆,且清洗和压浆的效果均用超声波进行观察。这样处理,可能在工期、投资、质量这三个方面的综合效果收到比传统手法处理要好得多的结果。