各类型桩桩身完整性检测分析及质量控制

2011-08-21郑智芳

山西建筑 2011年34期

郑智芳

0 引言

各种类型桩成桩后桩身完整性的质量各有千秋，不同程度的影响工程质量，一旦严重就要采取补强或补桩的措施，造成经济损失和工期延误。由于我区地处沿海，常有的成桩类型有CFG桩、混凝土灌注桩、预应力管桩等。桩身完整性检测是基于反射波法(即一维波动理论分析)的检测，对其采集信号要全面、客观的加以分析和验证。

针对不同类型的桩，本文对桩身完整性提出检测分析，并对其质量加以控制。

1 各种类型桩概述

1.1 CFG 桩

CFG桩又称为水泥粉煤灰碎石桩，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑等混合料加水拌合而成，具有沉降变形小、施工简单、造价低、承载力提高幅度大、适用范围较广、社会和经济效益明显等特点，广泛应用于各类工程的地基处理和加固。

成桩后必须经过一定时间的龄期后才可进行承载力的载荷试验。

施工工艺见图1。

图1CFG桩施工工艺图

1.2 混凝土灌注桩

混凝土灌注桩是在现场桩位上直接成孔，然后在孔内直接浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩，其特点是桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠的进入持力层、单桩承载力大、挤土影响小，但成桩工艺复杂、成桩质量与施工有密切关系。按成孔方法可分为转、钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩。施工工艺如CFG桩。

1.3 预应力管桩

随着沿海城市经济的发展，预应力管桩普遍应用于建筑工程桩基础的设计。特别是地基中存在较厚的地下软弱土层(如淤泥层)时，更是设计首选的预应力管桩桩基础形式。预应力管桩是一种细长空心等截面预制混凝土构件，具有节能环保、提高地基承载能力、保证工期、加快工程进度、提高经济效益，在建筑工程桩基础设计中占有重要的地位。预应力管桩主要分为三种，预应力高强混凝土管桩(代号PHC)、预应力混凝土管桩(代号PC)、预应力混凝土薄壁管桩(代号PTC)。在本地区最常用的施工方法是锤击法和静压法。

2 各种类型桩成桩后桩身完整性的检测和分析

混凝土桩身完整性的检测是通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，即一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法称之为反射波法，由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积、材料密度和弹性模量的函数:

Z=EA/C=ρcA(确定此公式的正确性)。检测时通过桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播。当桩身阻抗在桩身截面积变化(如缩小或扩大)部位或界面有明显差异(如桩身混凝土严重不密实、桩身不连续、由混凝土到持力层等)，将出现反射波，经传感器接收、仪器放大、滤波和数据处理就可以识别来自桩身不同的反射信息。现笔者结合这几种桩型实际易产生的几种缺陷作分析。

2.1 CFG 桩

CFG桩的质量问题通过桩身完整性的检测主要有:浅部水平断裂、桩身夹泥、桩身混凝土离析、截面缩颈、达不到设计长度等。CFG桩常见的质量缺陷就是浅部水平断裂，比较典型的反射波见图2。

图2 CFG桩检测典型反射波示意图

2.2 混凝土灌注桩

混凝土灌注桩的质量问题通过桩身完整性的检测主要有:水平断裂、桩身夹泥、桩身混凝土离析、截面缩颈、达不到设计长度等。钻孔灌注桩施工质量的因素多且复杂，施工中常遇到塌孔、灌注混凝土受阻、钢筋笼上浮、缩颈与断桩等问题，处治不当将造成延误工期、经济损失严重的后果。桩身完整性检测中由于施工工艺造成的质量缺陷比较典型的反射波见图3。

图3 混凝土灌柱桩检测典型反射波示意图

2.3 预应力管桩

预应力管桩的质量问题通过桩身完整性的检测主要有:桩法兰片打松脱、桩头打劈、接桩脱焊等。通过近年来对预应力管桩的桩身完整性检测来看，焊接质量问题也时常在工程中出现，极易造成工程质量事故，桩身完整性检测中由于接桩造成的质量缺陷比较典型的缺陷反射波见图4。

图4 预应力管桩检测典型反射波示意图

2.4 完整桩分析判定

从时域信号或频域曲线特征表现的信息判定相对来说较简单直观，而分析缺陷桩信号则复杂些，有的信号的确是因施工质量缺陷产生的，但也有是因设计构造或成桩工艺本身局限导致的不连续断面产生的，例如灌注桩的逐渐扩径再缩回原桩径的变截面，地层硬夹层影响等，混凝土灌注桩前端扩径再缩回原桩径的变截面比较典型的缺陷反射波见图5。

图5 完整桩检测典型反射波示意图

因此，在分析测试信号时，应仔细分清哪些是缺陷波或缺陷谐振峰，哪些是因桩身构造、成桩工艺、土层影响造成的类似缺陷信号特征。另外，根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷程度影响外，还受桩周土阻尼大小及缺陷所处的深度位置影响。如何正确判定缺陷程度，特别是缺陷十分明显时，应仔细对照桩型、地质条件、施工情况结合当地经验综合分析判断;不仅如此，还应结合基础和上部结构形式对桩的承载安全性要求，考虑桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性，进行缺陷类别划分，不宜单凭测试信号定论。

3 质量控制

1)CFG桩根据检测质量缺陷主要控制以下几个方面:

a.CFG桩基础开挖:桩体经一定龄期达到规定强度，才可进行基槽开挖;如桩顶离地面在1.5 m以内，宜用人工开挖;如大于1.5 m，当采用机械开挖时保留下部0.7 m宜用人工开挖，以避免机械碰断浅部基桩。

b.混合料坍落度过大，会形成桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在3 cm～5 cm，和易性好，当拔管速率为1.2 m/min～1.5 m/min时，一般桩顶浮浆可控制在10 cm 左右，易控制成桩质量。

c.泵送混凝土过程中如发生意外必须停机，待排除故障后，钻机向下钻1 m后再重新施工，确保不发生断桩。

d.在施工过程中，应加强成孔深度的控制，以确保有效桩长符合设计要求。同时加强施工场地标高和已打桩桩顶标高观测，发现问题时以便针对性地采取有效措施，控制成桩质量。

2)混凝土钻孔灌注桩施工质量的因素多且复杂，主要控制以下几个方面:

a.防止灌注桩成桩截面上缩颈，成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

b.防止灌注桩桩底沉渣量过大，应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4 m，在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点:及时有效保证桩底干净。

c.防止钢筋笼上浮，当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇筑，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇筑，上浮现象即可消除。

d.防止断桩与夹泥层，认真做好清孔，防止孔壁坍塌;尽可能提高混凝土浇筑速度，开始浇混凝土时尽量积累大量混凝土，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力，接着快速连续浇筑，使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞;提升导管要准确可靠，灌注混凝土过程中随时测量导管埋深，并严格遵守操作规程;灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。

3)预应力管桩存在的质量缺陷主要控制以下几个方面:

a.测量放线、打桩施工顺序、基坑土方开挖可以制定详细可实施性的施工方案，提前制定预案加以防治。

b.采用符合施工要求的机械设备;打桩前做好场地平整和对地层的了解;加强监督确保桩锤桩帽桩身同轴;送桩深度要合理或者制定有效的控制措施，避免因送桩太深而导致桩倾斜。

c.选择质量较好的工程桩;在打桩过程中如有施打困难，查明原因后再进行打桩，且不可盲目过度锤击;加强现场施工管理和现场监督工作，随时控制贯入度及桩的回弹情况。

d.必须严格按要求进行焊接。具体做法是焊接前应把两节桩的端头钢板除锈，并在保证两桩对接垂直后方能施焊。焊接时由两个焊工相对进行焊接，先对称点焊以固定上下桩接口。接口施焊应分多层焊接，焊接一层后清理净焊渣再沿着相反方向进行施焊且不少于两层，同时保证焊缝连续饱满。焊接完毕后根据地层情况应自然冷却后再进行打桩，注意严禁用水冷却，防止焊缝出现冷淬现象。对重要工程的电焊接桩还应做10%的焊缝探伤检查。