地下暗流成因的缺陷桩检测技术及处理措施

黄君一 ，顾金顺 ，杨远杭 ，谢雄亮

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350108）

1 引言

灌注桩具有承载力高、抗震性能好以及可调节不均匀沉降等优点，因此在福州地区采用花岗岩作为设计桩端持力层应用较为广泛。同时福州地区有其自身独特的地质条件，如软土层深厚、存在卵石层、基岩起伏较大、地下水丰富等特点，因此也不可避免地会出现如缩颈、离析、夹泥、断桩和桩底沉渣过厚等缺陷[1]。在灌注桩的检测中，也可能会对缺陷的判断产生错误，发生漏判、错判、重判、轻判等问题[2]。

本文结合福州地区一地下暗流成因的缺陷桩的工程实例，探讨检测该类缺陷桩时应注意的问题以及后续处理措施。

2 工程实例

工程实例为福州南屿地区一市政桥梁的桩基础工程。该桥为一四跨预应力梁，长80m，宽40m，桥梁规模为大桥，荷载为城市A级。

2.1 工程地质概况

2.1.1 地层地质条件

本工程场地土层情况自上而下为：①填土：层厚0.50～4.00m。②粘土：层厚1.50～3.50m。③淤泥：层厚2.80～17.60m。③-1（含泥）中细砂，层厚 2.40～4.50m。④粘土：层厚1.00～11.90m。⑤淤泥质土：层厚1.70～11.50m。⑥粉质粘土：层厚1.20～5.40m。⑦卵石：层厚2.60～19.30m。⑧残积粘性土：层厚1.50～11.50m。⑨全风化花岗岩：层厚3.60～10.00m。⑩-1砂土状强风化花岗岩：揭示厚度约3.00～11.90m。⑩-2碎块状强风化花岗岩：揭示厚度为0.80～16.30m。11○中风化花岗岩：揭示厚度为4.50～8.20m。

2.1.2 地下水类型及埋藏条件

上层滞水：主要赋存于浅部地层①填土层中，为孔隙水，水量不大，补给主要为大气降水、生活用水及地表径流，以蒸发及下渗方式排泄。

潜水：赋存于③-1（含泥）中细砂中，主要受侧向补给及地表水补给。

孔隙承压水：赋存于⑦卵石层中，主要受侧向补给且具有连通性。

岩层孔隙-裂隙承压水：赋存于强、中风化花岗岩构造裂隙，受风化程度影响，风化孔隙裂隙率和连通性差异较大，其透水性不均匀，总体透水性较弱，富水性较弱。

地下水和地表水对桩基础具弱腐蚀性。

2.2 检测分析

2.2.1 受检桩技术参数

该受检桩的详细技术参数参见表1。

受检桩基本情况表 表1

2.2.2 受检桩第一次检测

对受检桩首次检测采用的是低应变法检测及声波透射法检测。

图1为低应变法检测时域信号曲线，从图1可判断：桩顶下约18.0m桩身轻微缺陷，判为Ⅱ类桩[3]。

图1 低应变检测时域信号

图2为声波透射法检测所测得受检桩的声速、声幅、PSD曲线，从图2可看出：桩身混凝土三个剖面在桩顶下约16.50～19.50m的区域严重缺陷，判为IV类桩[1]，详见图2和表2。

图2 声速、声幅、PSD曲线图

2-1#桩第一次检测结果汇总表 表2

利用声波透射法及低应变法对受检桩进行的结果并不一致，虽缺陷位置接近，但判定的基桩完整性类别存在不同，往往在桥梁工程上针对Ⅱ、Ⅲ类判别的处理方式往往有极大的不同，为慎重起见，采用钻芯法检测验证。钻芯发现，桩身混凝土在桩顶下15.87～17.21m区域内明显缺陷，桩顶下15.87～17.21m区域内严重缺陷，判为IV类桩[3]。因钻至17.21m时卡钻无法继续钻进，且钻芯结果已经反映出该桩为断桩的事实，故并未继续钻进或开第二孔。芯样情况详见图3。

与低应变法检测及声波透射法检测相比，钻芯法检测是一种直观检测方法，从钻芯法结果可看出：结合项目的特点，在本工程的检测中，声波透射法检测是较为适宜的检测方式，声波透射法的检测结果能够明确地反应出该受检桩的桩身完整性情况。所以综合考虑低应变法检测、声波透射法检测和钻芯法检测所得到的检测结果，判定该受检桩的完整性类别为IV类桩。

图3 钻芯法检测芯样照片

2.2.3 受检桩第二次检测

结合第一次检测的结果及相应的施工记录，经与各参建单位讨论分析认为：受检桩产生该质量问题的原因可能是施工过程中的偶然因素造成，如施工工艺偏差等，所以将受检桩认定为废桩，并在原位采取冲击成孔的方法进行重新施工并待龄期满足检测条件时再次进行声波透射法检测。第二次的检测结果详见图4和表3，判为IV类桩[3]。

图4 声速、声幅、PSD曲线图

2-1#桩第二次检测结果汇总表 表3

3 处理措施

3.1 缺陷成因

因该受检桩的两次施工并进行两次检测的结果较为一致，造成成桩质量问题的因素应不是偶然因素造成，对本工程的地质情况进行详细分析发现：该场地⑦层卵石地下水有连通性且其深度与检测判定的缺陷深度基本符合，同时两次基桩施工的充盈系数均出现异常（第一次为2.0，第二次为1.8）。所以综合分析认为：⑦层卵石的地下水在此处连通性较强，形成地下暗流，持续冲刷桩身造成桩身缺陷，同时造成充盈系数过大。

3.2 处理措施

将受检桩认定为废桩，在原桩两侧进行补桩，一侧各补充施工1根同条件灌注桩。为确保⑦层卵石的地下水对成桩质量造成影响，在成孔时于15—20m处安放砼护筒，阻断地下暗流对桩身的直接冲刷。

3.3 补桩检测结果

2根补桩经声波透射法检测均合格，无需进行钻芯法验证。测试曲线可参见图5。

4 结论

通过对本工程某缺陷桩的低应变法检测、声波透射法检测和钻芯法检测三种检测方法对比及分析相关处理措施和过程，可得到以下结论：

①低应变法检测受原理限制，对于深部缺陷反应不灵敏，比较适合浅部桩身完整性普查，当采用低应变法检测时，波形复杂，检测结果与其它检测方式相比存在偏差，尚应结合其它检测方法[4]。

②当低应变法检测和声波透射法检测结论矛盾时，可采取钻芯法检测验证，不能仅以低应变法检测验证声波透射法检测。

③地下水流通性较大的场地施工灌注桩，特别是遇到充盈系数明显高于正常值时应注意地下暗流冲刷桩身形成缺陷桩，采取沉放护筒等措施可有效隔绝地下水直接冲刷。

④在施工中应结合地勘资料及邻近工程的施工经验进行施工，确保灌注桩的施工质量。

图5 补桩声速、声幅、PSD曲线图