桩侧土空洞对桩基检测影响分析

2023-08-05安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230031安徽建工检测科技集团有限公司安徽合肥230031

安徽建筑 2023年7期

李健（1.安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230031；2.安徽建工检测科技集团有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

桩基作为隐蔽工程，由于其地质条件复杂多变，因此会存在地下空洞情况，给桩基的施工和检测带来严重的影响。桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段，主要有桩身完整性检测和承载力检测。桩身完整性检测是反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标，作为桩身完整性应用最普遍的方法，低应变反射波法的理论基础为一维弹性杆纵波理论[1-7]；承载力检测是指检测基桩的单桩承载力，可分为单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力和单桩水平承载力，其中单桩竖向抗压承载力检测采用单桩竖向抗压静载试验[8]。由于桩身周围土质情况复杂，对桩身完整性检测和承载力检测会存在一定的影响。本文根据工程实例探讨了桩侧土存在空洞对桩身完整性检测和承载力检测的影响。

1 项目概况

项目位于合肥市，工程桩基设计等级为甲级，采用钻孔灌注桩，基桩设计为摩擦端承桩，桩径800mm，设计桩长27m，总桩数76 根。根据设计图纸，本工程基桩桩端持力层为⑥2层中风化泥质砂岩，极限端阻力标准值为4500kPa，设计桩端全截面进入持力层不小于3m，桩底沉渣厚度小于50mm，单桩竖向抗压承载力特征值为3300kN，桩身混凝土设计强度等级C35。

根据勘察单位提供的勘察报告，本项目在支护桩施工过程中，在场地西南角基坑范围发现老旧地下空洞，并且在施工勘察时发现局部地下空洞已发生较为严重的坍塌现象，地下空洞中充满水和淤泥。空洞顶面一般为自然地面以下10.3～10.5m，空洞顶标高约4.2～5.0m；空洞底面一般为自然地面以下14.0～14.2m，空洞底标高约1.0～1.4m。

在钻探揭露范围内，建设场地地层构成从上至下如下所示。

①层杂填土（Qml）——层厚0.30～2.20m，层底标高为9.36～13.51m。灰、褐灰色，湿，松散状态，成分杂，含多量碎砖石块、腐烂物及建筑垃圾，部分地段表面为混凝土地坪。

②层粘土（Q4al+pl）——局部分布，层厚2.30m，层底标高为11.21m。黄灰色，可塑～硬塑状态，含少量氧化铁。该层土无摇振反应，稍有光泽，干强度、韧性中等。

③层粘土（Q4al+pl）——全场分布，该层层厚1.50～5.80m，层底标高5.49～8.80m。褐黄、灰黄色，主要呈硬塑状态，含氧化铁、铁锰结核及高岭土，加薄层粉质粘土，该层土无摇振反应，光滑，干强度、韧性高。

④层粉质粘土夹粉土（Q4al+p）l——全场分布，该层层厚9.50～17.20m，层底标高-9.27～-3.21m。褐黄、灰黄色，硬可塑状态，含氧化铁、铁锰结核等，粉土含量自上而下逐渐增多，底部夹有粉砂，局部富集粉砂、粉土，该层土无摇振反应，稍有光泽，干强度、韧性中等。此层土中分布有空洞，空洞顶面一般为自然地面以下10.3～10.5m，空洞顶标高约为4.2～5.0m，空洞底面一般为自然地面以下14.0～14.2m，空洞底标高约为1.0～1.4m。

⑤层粉土夹粉细砂（Q4al+pl）——全场分布。层厚3.00～8.90m，层底标高-13.59～-11.21m。灰黄色，中密～密实状态，无摇振反应，含云母、石英等，夹粉质粘土，局部以粉细砂为主。其标贯试验实测击数N 值一般为28.0～37.0 击/30cm，平均值为31.6击/30cm。

⑥1层强风化泥质砂岩（K）——全场分布。层厚1.90～3.60m，层底标高-15.87～-13.21m。棕红色，密实状态，上部风化成壤，含云母片、长石及黑色矿物，局部为碎石块、碎岩屑，该层汽车钻无水干钻可钻进。其标贯试验实测击数N 值一般为58～72 击/30cm，平均值为64.4击/30cm。

⑥2层中风化泥质砂岩（K）——该层未钻穿，最大揭露厚度9.00m，其下无领空面、无洞穴和无软弱下卧层。棕红色，岩质较致密、坚硬，含长石、云母及黑色矿物等。主要为软岩，部分地段下部夹极软岩。该层属极软岩，汽车钻无水干钻较困难，较破碎。

从勘察报告中看出，在桩侧第④层粉质粘土夹粉土出现空洞，空洞大小在4m左右。

桩基施工时需注意由于基桩成孔在粉土、粉细砂中易发生塌孔现象，可能导致清理孔底沉渣较难，需保证孔底沉渣厚度满足规范要求及保障钻孔灌注桩的施工质量，并且在空洞的区域下进行钢护筒，防止塌方，便于混凝土浇筑。灌注桩实际灌注高度应比设计高度高出1000mm，凿除浮浆时采取保护措施避免破坏桩身混凝土，凿除浮浆后保证暴露的桩顶混凝土强度符合设计要求。

成孔要求钻孔灌注桩充盈系数不得小于1.1、也不宜大于1.3，桩的浇筑时间按初盘混凝土的初凝时间控制，导管埋深易为2～6m，严禁导管提出混凝土面。钻孔达到设计深度时，应采用清孔钻头进行清孔，灌注混凝土前，孔底沉渣厚度小于50mm。清孔应分二次进行，第一次清孔在成孔完成后进行，应充分清理，第二次清孔在钢筋笼安放完毕后进行，二清完毕且孔底沉渣厚度和泥浆比重、粘度等指标符合要求后半小时内应浇筑混凝土。

采用泥浆护壁应注意施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位2.0m。在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施，除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土，泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计，并且需要对废弃的浆、渣进行处理，以免污染环境。

由于建设场地分布有较厚的①层杂填土、④层粉质粘土夹粉土和⑤层粉土夹粉细砂，因此粉砂含量自上而下逐渐增多，底部夹有粉砂，局部富集粉砂、粉土，成孔时易发生塌孔现象。施工时应加强护壁工作，可采用钢筋混凝土护壁，并注意孔口防护覆盖及孔内排水，且④层粉质粘土夹粉土和⑤层粉土夹粉细砂层中含有丰富的地下水，需要长期进行降水，在降水过程中应加强对场地周边建筑物的监测，防止由于降水导致周边建筑物发生较大沉降。

2 桩侧土空洞对竖向抗压承载力的影响

1#桩达到龄期后进行单桩竖向抗压静载试验，采用快速维持荷载法，得到1#单桩竖向抗压静载试验数据汇总表（表1），静载试验Q-s曲线（图1）。可以看出，最大试验荷载为6600kN，曲线在各级荷载作用下均未出现陡降，曲线属于缓变型。

图1 1#桩静载试验Q-s曲线

表1 1#单桩竖向抗压静载试验数据汇总表

综上所述，1#桩的单桩竖向抗压极限承载力可取最大试验荷载6600kN。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）第4.4.4 条，“单桩竖向抗压承载力特征值按单桩竖向抗压极限承载力的50%取值。”故单桩竖向抗压极限承载力为3300kN，满足设计要求。

8#桩达到龄期后进行单桩竖向抗压静载试验，采用快速维持荷载法，得到8#单桩竖向抗压静载试验数据汇总表（表2），静载试验Q-s曲线（图2）。可以看出，最大试验荷载为6600kN，曲线在各级荷载作用下均未出现陡降，曲线属于缓变型，桩顶总沉降量大于40mm。依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）中单桩竖向抗压极限承载力的确定原则，8#桩的单桩竖向抗压极限承载力取桩顶沉降量s=40mm 时对应的荷载值5430kN。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）第4.4.4条，“单桩竖向抗压承载力特征值按单桩竖向抗压极限承载力的50%取值。”单桩竖向抗压极限承载力为2715kN，不满足设计要求。

图2 8#桩静载试验Q-s曲线

表2 8#单桩竖向抗压静载试验数据汇总表

从上述2 根基桩的静载试验数据和Q-s 曲线可以得出，1#基桩承载力满足设计要求，8#基桩承载力不满足设计要求。对8#桩进行钻芯法检测，发现桩底存在1m 左右的沉渣厚度，大于设计要求厚度，影响了基桩承载力。因此，对于端承桩，该桩嵌岩深度和桩底沉渣厚度满足设计要求，桩侧土空洞对基桩承载力影响较小。

3 桩侧土空洞对完整性的影响

检测时，严格遵循《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）的技术要求，检测前保证安装传感器部位的混凝土密实平整，传感器安装与桩顶面垂直，利用黄油做耦合剂，用带有尼龙头的力棒激振。在每根桩桩顶布置2～4 个安装传感器的检测点，检测时激振点选在桩中心，检测点宜在距桩中心2/3 的半径处，每个检测点记录3～5 个有效信号，确保实测信号能有效地反映桩身的完整性状况。选取38#桩，低应变时域曲线如图3所示，从图中可以看出，在4t/ms 时出现了与入射波同相反射信号，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）第8.4.3条分析曲线，在2L/c时刻前出现明显反射波，判定该桩桩身完整性类别为Ⅲ类，判定缺陷位置在6.3m左右。