人工挖孔桩桩端持力层检测方法研究

2022-02-09廖文泉

西部探矿工程 2022年12期

廖文泉

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽合肥 230022）

在建筑工程中，桩基础是最复杂，最容易出问题，也是最重要的一个施工环节。所以需要做好桩端持力层检验工作，严格按照国家设计相关标准规定，确保工程质量符合设计规范要求。通常情况下，人工挖孔桩桩底需要对桩端持力层进行检测，人工挖孔桩一般是单桩单柱大直径嵌岩桩，承载力较大，需要依据岩性检验桩底3d或5m深度范围内是否存在空洞、破碎以及软弱夹层等不良地质体。通过对桩端持力层的检测，查明是否存在缺陷和质量问题，从而对其进行处理，提升建筑工程质量的有效措施，必须采用科学的检测方法。

1 人工挖孔桩桩端持力层检测方法分析

1.1 桩端持力层的基本概念

人工挖孔桩是桩基础中的一种施工方式，是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇注混凝土而成的桩。人工挖孔桩一般直径较大，能够承载较大压力的结构主体，具有广泛的应用。桩端持力层是指设计端承桩的桩端支撑层地基，持力层必须满足在使用年限的耐久性，确保工程质量安全，避免在使用年限内出现问题。人工挖孔桩主要依靠桩端持力层传递上部建筑物、基础以及土层的竖向荷载，依据地基与基础工程规范的要求，桩端持力层需要能够满足上部建筑物稳定性的基本要求，且能够满足在极端自然环境下的安全性，所以为了确保桩端持力层质量，必须对其质量情况进行检测，是建筑工程中的一项基础性工作，通过对检测结果分析，能够对桩端持力层的实际情况做出准确有效判断。

1.2 桩端持力层检测方法分析

现阶段，人工挖孔桩的桩端持力层检测方法主要包括钻孔取芯法、钎探法、岩基载荷试验法、人工观察孔底法、地球物理法以及工程物探法等。其中，钻孔取芯法的应用最为普遍，虽然超前钻能够更加直观地展现出持力层的基本情况，但是这种方法存在着一定局限性，只能够反映出人工挖孔桩区域的垂直方向变化情况；岩基载荷试验是直接检测桩端持力层与变形模量的传统方式，但是这种方法的应用时间较长，且成本较高，每个场地只能选择具有代表性的若干个抽检桩孔；地面与孔底采用的常规物探方法较多，比如浅层反射地震波方法、瑞雷面波方法、高密度电阻方法以及地质雷达方法等，地面检测能够获取工程现场地基起伏、岩溶发育的实际情况，但是在采用地面探测方法时，由于不能满足人工挖孔桩孔底的精度要求，检测结果存在着不够准确的问题在采用孔间弹性波、电磁波方法时，需要在桩体两侧进行钻孔，成本较高且检测周期较长；可以满足探测精度与分辨率要求的常规物探方法，包括地震波法、工程物探法等，这些方法在孔底狭小的情况下应用较为便利，整体效率较高；以地质雷达为基础的综合分析方法，对桩底3d或5m深度范围内的勘查中，成本较低且效率较高，分辨率能够满足检测需求，但是分析难度较大[1]。

由此可见，在人工挖孔桩桩端持力层检测中，可以选择的方法多种多样，不同的检测技术具有不同的优势与缺点，所以需要结合工程实际情况，选择最佳的检测方法，确保检测方法具有高效、科学、准确、经济、适用等特点，来获取准确的人工挖孔桩桩端持力层检测结果。

2 工程概况

本次工程为六安市某小区三期6#号楼，桩型为人孔挖孔桩，桩端持力层为第③2 层中风化泥质砂岩，总桩数为30 根，勘查设备为武汉沿海基桩动测仪RS-1616KP（S）。

根据拟建场地工程勘察报告，场地土共分5 层，简述如下：

①层杂填土(Qml)——分布整个场地，层厚0.30～9.90m，层底标高52.79～66.94m。可塑(稍密状态)，主要成分为粉质粘土、砂、少量碎砖石及部分老房屋基础组成，含植物根茎。

②1 层粘土(粉质粘土)(Q4al+pl)——该层局部分布，层厚0.20～5.50m，层底标高51.95～64.89m。灰黄色，可塑状态，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，含氧化铁、高岭土、少量铁锰结核。

②层粘土(Q3al+pl)——层厚0.50～5.00m，层底标高51.98～64.26m。褐黄—棕红色，硬塑—坚硬状态。无摇振反应，干强度高，韧性高。含氧化铁、高岭土、铁锰结核等，部分地段该层下部为砂岩残积层。

③1 强风化泥质砂岩(J)——分布整个场地，层厚0.50～6.90m，层底标高50.95～65.22m。棕红色，密实状态，其表面已风化成壤含长石、石英，属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量为Ⅴ级。

③2 层中风化泥质砂岩(J)——本层未钻穿，棕褐色，钻进较困难，取芯困难。属软岩—较软岩，岩体上部较破碎，下部渐完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，该岩层岩质坚硬，采用风镐开挖困难，在该层中开挖较深时，需爆破开挖。

3 勘查方法分析

根据弹性波在岩土介质中传播特征判断桩端持力层岩土性状。当在孔底激发弹性波时，该弹性波即向周围地层中传播，当岩土介质的成分、结构和密度等因素发生变化时，弹性波的传播速度、能量衰减及频谱成分等亦将发生相应变化，在弹性性质不同的介质分界面上还会发生波的反射（如岩溶、软弱夹层、裂隙、破碎等），通过接收反射波信息（弹性波的传播速度、能量衰减及频谱成分），即可推断被测岩土介质的结构和致密完整性程度，从而对其做出评价[2]。相比于其他勘查方法而言，通过弹性波对桩端持力层进行分析，所需要的资源消耗少，不需要大量的现场作业，且施工效率较高，还能够与信息技术进行结合，实现自动化勘查、计算以及结果分析，是当前桩端持力层检测中应用最为广泛的技术之一。结合本次工程的基本地质情况，通过反射波法勘查特性进行桩端持力层检测具有良好的效果。

在检测过程中，当桩顶受到激振力后，桩底就会产生弹性波，弹性波会沿着桩身向下传播，在遇到波阻抗差异界面的情况下，就会产生透射与反射，反射波从介质A进入介质B时，产生的速度反射波，速度反射波大小计算公式为：Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，在该公式中，Vi表示入射波，Vr表示反射波，Z1表示介质，A广义波阻抗，Z1=ρ1C1A1，Z2表示介质B广义波阻抗，Z2=ρ2C2A2，反射波大小极性与波阻抗界面两端的介质具有密切关系，受到Z1与Z2相对变化的影响；在Z1大于Z2的情况下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＞0，那么反射波与入射波为相同方向；在Z1小于Z2的情况下Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)＜0，那么反射波与入射波为同向；在Z1=Z2的情况下，Vr=Vi(Z1-Z2)/(Z1+Z2)=0，那么则没有反射波[3]。

人工挖孔桩的桩端持力层是同一介质、波阻抗均匀的界面，所以通过对桩底反射波的特点进行分析，能够确定Z1与Z2的变化情况，从而能够对桩端持力层的岩土性状进行确定。为了进一步明确桩端持力层的岩土性状，本文采用工程物探法进行勘查与评定，通过反射波形特征形态，判断持力层岩层的基本情况。将上述工程转变为Vr=F·ViF=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)，其中F为反射系数，由此可见反射系数与人工挖孔桩桩身的材料、桩端持力层岩土性状局域密切关系，桩身波阻抗Z1=ρ1C1A1，能够采用检测结果对其进行计算，且反射波系数可以利用该检测方法的曲线入射波强度与反射波强度进行计算。为此，桩端持力层的波阻抗Z2计算公式为：Z2=Z1(1-F)/(1+F)，在假定A1=A2的情况下，那么C2=ρ1C1(1-F)/(1+F)/ρ2，其中C1与F可以通过该检测方法的检测结果进行确定，ρ1可以依据混凝土强度进行计算，从而能够得到岩石完整性系数结果，以此为基础对桩端持力层完整性进行计算分析[6]。