浅谈桥梁桩基的检测与处理技术.doc

桥梁桩基的质量控制与缺陷处理孙 斌（江西省高等级公路管理局 南昌 330025）摘 要：笔者结合多年的桩基检测经验，提出适合我省省情的桥桩检测方法和频率，并结合工程实例，揭示我省桥桩施工中存在的主要质量问题，分析缺陷原因，提出处理意见，并就我省桥梁桩基的检测、设计、施工与监理中存在的问题提出了改进办法和几点建议，以期为提高我省桥梁桩基工程质量作出努力。关键词：桥梁工程；检测方法与频率；缺陷原因分析；处理；建议740 前言桩基础是公路桥梁的主要基础形式之一，桩能将桥梁上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中。桩基础按照成桩方法可分为预制桩和灌注桩，桥梁桩基主要采用钻孔灌注桩形式，近年来在条件允许的情况下，造价低工期短的人工挖孔灌注桩开始被普遍采用。桥梁桩基具有如下特点：0.1大直径桩（D0.8M）：桥台桩桩径一般为1.0-1.5m，墩柱桩桩径一般为1.5-2.2 m.。0.2嵌岩灌注桩 ：桥桩往往都要穿过全部覆盖层嵌入基岩，单桩沉降小。0.3除桥台处桩基为群桩外，墩柱位置桩基大多为一桩一柱，单桩荷载大。1 桩基检测方法与频率的确定目前，我省公路系统采用的检测方法主要为低应变动力测试法，高应变动力测试和单桩静载试验受试验场地限制和大直径桩承载力大等因素影响而较少采用，低应变动力测试在我省主要采用反射波法（俗称动测法）和声波透射法（俗称声测法），两种方法的试验原理不同，应用起来各有特点。1.1检测方法比较1.1.1反射波法主要原理：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，在桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位产生发射。根据传感器（速度、加速度）接收到的反射波与首波相位关系的比较判断桩身完整性。适用范围：反射波法假定桩基为一维弹性杆体，故此对长径比（L/D）较大的桩才比较适用，但对长径比过大的桩因弹性波的衰减会造成桩底反射不明显，故此反射波法最适用于检测10-30L/D的桩基。主要特点：1、弹性波沿桩身纵向传播；2、对缺陷位置判断较准确，对缺陷程度仅能定性描述；3、波形受土层的影响；4、检测前无须预埋管件，检测成本低；5、检测时必须清除桩顶浮浆，对激振及传感器的安装等现场要求严格，检测速度快；6、对桩长及桩身强度的判断不够准确。1.1.2声波透射法主要原理：通过放置在桩身预埋管件内的发射换能器发射出超声波，超声波在桩身中传播，根据超声波在砼中传播遇到空隙将发生折射、散射，造成能量衰减的特性，判断接收换能器所接收到的波形的首声时、波幅、频率等参数，判断桩身完整性。适用范围：桩径较小时，声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对误差，只适用于桩径大于0.6m的灌注桩。对大直径桥桩全部适用。主要特点：超声波沿桩身横向传播；对缺陷的位置判断准确，对缺陷程度的判断较动测法准确；波形不受土层的影响；检测前必须预埋声测管，且声测管的焊接必须牢靠，不能漏水，检测成本相对较高；检测时只须将声测管注满清水，对现场要求低，但检测速度慢；对桩长检测准确，对砼强度的检测相对动测法准确。1.2检测频率的确定结合大直径桩的特点和以上两种检测方法的比较，2001年以来，我们在梨温高速公路、昌泰高速公路、泰赣高速公路、赣定高速公路以及京福高速公路温沙段、沪瑞高速昌金段推广应用了如下检测频率：1.2.1铁路跨线桥和单孔跨径40m的桥梁桩基，100%采用声测法；1.2.2桩径1.5m或桩长30m的桥梁桩基，100%采用声测法；1.2.3除以上两种情况以外的桥梁桩基，30%采用声测法，70%采用动测法。1.2.4对动测法和声测法检测怀疑存在质量隐患的桥梁桩基，必要时采用钻孔取芯法进行验证。之前，我省桥梁桩基检测100%采用动测法，现在在检测成本略有提高的情况下，适当加大声测法的比例，对桥梁桩基的检测精度有了很大的提高，各建设单位、施工企业对桩基施工的质量控制也相应地提出了更高的要求。因此，以上检测方法和检测频率值得在全省推广。2 我省桥梁桩基的主要质量缺陷与原因分析2.1桥桩中存在的主要质量缺陷桥梁桩基是地下隐蔽结构物，在施工中易于出现各种缺陷，根据检测资料统计，我省桥梁桩基桩身存在缺陷的概率大约为4-6%，而且桩身缺陷主要存在以下特点：2.1.1人工挖孔桩出现缺陷的比例居然较钻孔桩高；2.1.2缺陷类型主要为混凝土离析或混凝土胶结差，约占全部缺陷的80%以上，且缺陷位置大多集中在桩的中下部；2.1.3钻孔桩一旦出现缺陷，缺陷严重程度往往较人工挖桩严重，表现最集中的是夹泥和桩底沉渣过厚。2.2桥桩缺陷原因分析2.2.1钻孔灌注桩钻孔灌注桩的质量缺陷主要表现为桩身夹泥和桩底沉淀层过厚。其原因为：（1）桩身夹泥a、拔管速度太快导致导管埋置混凝土的深度偏薄或提出了混凝土表面；b、因机械原因停灌时间太长，混凝土初凝后无法正常浇注；c、混凝土骨料太大，塌落度小，和易性差造成堵管，停机时间太长；d、塌孔造成。（2）桩底沉淀层过厚a、孔壁塌孔；b、清孔工艺差，清孔不彻底。2.2.2人工挖孔桩人工挖孔桩因为施工难度小，受到施工单位的忽视，再加上受工期的限制，大部分人挖桩都是由钻孔灌注桩变更设计而来，地下水位高，涌水量大，在施工过程中造成桩底混凝土离析现象比较严重。（1）混凝土离析a、在涌水量超过6mm/h时未采用水下混凝土灌注；b、干灌时未采用串筒，混凝土不振捣或振捣不充分，尤其是桩底振捣不实；c、混凝土坍落度小；d、施工重视不够，管理松懈。（2）桩底沉渣过厚a、清孔质量差，尤其是未二次清孔；b、软岩浸泡时间过长；c、场区大片成孔后，浇注间隔时间长，未护壁或护壁质量差造成塌孔。d、桩顶虚土掉入（尤其是雨天），未经二次清孔或清孔不彻底。（3）护壁质量差a、忽视护壁混凝土施工，对混凝土不做严格的配合比设计；b、施工中不做严格的振捣造成混凝土强度低。3 缺陷桩的处理以前，在检测技术落后的情况下，对缺陷桩的处理大都采用“扁担桩”的形式，随着检测技术的提高，开始大胆地试用一些新的处理技术，当然，任何缺陷桩的处理都必须经得起成熟的检测技术的检测验收。对缺陷桩的处理，必须根据桩的受力特性，各土层的地质情况、嵌岩深度和岩性、缺陷位置和严重程度等多方面因素，由业主、设计、检测、监理、施工等多家单位组成专家组来进行确定。3.1凿除法适用范围：适用于处理桩的中上部缺陷，尤其适用于处理地下水位较低或无地下水的挖孔桩。1.0m1.0m1.5m1.5m图1、凿除法处理缺陷桩（左：全断面凿除；右：局部凿除）凿除法主要有全断面凿除和局部凿除两种情况。图2、高速公路大桥15#-Z桩声测波形图工程实例：（1）全断面凿除1.0m1.0m1.5m1.5m图1、凿除法处理缺陷桩（左：全断面凿除；右：局部凿除）高速公路大桥15#-Z桩，人工挖孔桩，桩径1.8m，桩长19.2m，强度C25，入岩深度4m，声测发现桩身5.5-6.5m处波形异常，大低频，且声时值偏低，三断面缺陷处声时仅为2715m/s、2801 m/s、2674 m/s（见图2），经钻芯检验发现桩身5.6-6.7m处因振捣不实造成混凝土离析，经专家会议确定采用全断面凿除缺陷以上混凝土，套2m长1.5m小钢筋笼上下搭接，C30混凝土浇注的办法进行处理（见图1）。（2）局部凿除法1.3m注浆管注浆管图4、注浆法处理缺陷桩（左：桩体纵断面图；右：桩体平面图）高速公路分离立交桥2#-1桩，人工挖孔桩，桩径1.5m，桩长14.6m，C25砼，动测法检测发现在桩身7.0m左右混凝土波形异常（见图3）， 出现与首波同向反射，取芯检验发现6.8-7.2m处混凝土一侧离析，因混凝土凿除困难，经专家会议确定在桩缺陷侧人工挖孔至8.7m处，桩径1.2m，凿除离析砼，在旁桩处设一长2m 1.0钢筋笼，并用钢筋与原桩缺陷处钢筋笼横向搭接，浇注片石砼处理（见图1右）。图3、高速公路大桥1#-1桩声测波形图3.2注浆法适用范围：适用于处理摩擦桩的下部严重缺陷（严重离析或夹泥），对桩的中上部和端承桩处理须慎重。工程实例：高速公路大桥1#-1桩，钻孔灌注桩，桩径2.0m，桩长24.5m，C25砼，声测法检测发现在桩底23.0-24.5m处混凝土声波没有信号（见图4），取芯检验发现该处因成孔后灌注不及时造成塌孔，桩底1.5m范围内四周存在沉渣，考虑到本桩为桥台处摩擦桩且桩底基岩为强度较低的红砂岩，且缺陷处于入岩位置，浆液不会流失，因此确定用静压注浆的办法进行处理（见图5）。注浆时利用钻孔取芯形成的五个取芯孔进行压浆，压浆前分别对每个孔进行注水清孔，反复清孔数次，直到每管中冒出清水为止，注浆压力不小于0.25Mpa，流量1520L/min，浆液采用水泥及水玻璃等掺和剂，水灰比为0.50.6。3.3增设扩大基础等变更设计适用范围：对以上加固处理不经济或处理效果达不到规范要求的桩，由设计单位在地质资料和桩检报告基础上对桩进行变更设计。工程实例：公路中桥3#墩六根桩，人工挖孔桩，桩径1.5m，设计桩长18.9m，混凝土强度C20，动测发现桩长仅11m左右，经了解施工单位认为桩基已入微风化岩层，桩体安全，成桩记录也显示桩长仅有11.1m，但因施工单位没有履行变更手续且对基底岩性缺乏定量数据，因此业主决定对此桩进行处理，在桩顶部位增设两个1669450200cm扩大基础分别连接三根基桩进行加固。4 桥桩质量控制应对措施与建议4.1反射波法（俗称动测法）是一种经济高效的无破损检测技术，作为桩基质量普查是一种很好的手段，但检测桥梁的大直径灌注桩有一定的局限性，因为大直径桥桩成桩后桩身不可能均匀，其局部缩孔和桩底沉渣很难检测出来，而目前我省对桩检队伍的管理还不够严密，检测队伍人员素质良蔫不齐，所以建议各项目管理单位有条件的话应尽量推广应用超声波检测法或适当增大声测比例。4.2因为低应变检测本身仅能对桩身完整性进行定性描述，但对桩身缺陷的定量检测及其缺陷对桩身承载力的影响，依靠钻孔取芯甚至静载荷试验进一步确定是有必要的。4.3我省桥梁基桩的设计与施工普遍没有进行试桩，缺乏静载荷试验数据，对桥桩的设计参数缺乏检验，在此情况下设计往往偏于保守，入岩过深，造成不必要的浪费。对地质复杂的特大、大、中桥，应在桥位现场试桩，进行静载荷试验，以验证设计参数和承载力，调整基桩的设计，并根据地质和施工条件合理选择施工方案。4.4我省人工挖孔桩存在较多质量问题，各单位应对人工挖孔桩的施工引起足够的重视：4.4.1人工挖孔桩宜用在无地下水，或有水但能用一台水泵抽干的情况下，在由钻孔灌注桩变更为人工挖孔桩的地下水位较高、涌水量较大的地层，必须采用导管进行水下混凝土灌注。有条件的话，建议全部采用水下混凝土灌注。4.4.2孔中水量少采用干灌时，必须采用串筒灌注，且一定要振捣密实，另外，混凝土坍落度应稍小于水下混凝土。4.4.3对摩擦桩而言，上部荷载的传递是通过护壁砼来传递到地基土上，在遇到砂砾层和岩层的时候，容易造成两硬夹一软的情况，护壁易剪切成碎块，从而大幅降低基桩承载力。嵌岩桩和摩擦桩在受到横向力弯矩作用下，也易将护壁混凝土挤碎。所以对人工挖孔桩的护壁质量必须引起足够的重视，必须进行严格的配合比设计和充分振捣。4.4.4桩顶为桩最大受压区，对混凝土强度要求高，必须加强对桩顶混凝土的质量控制，挖孔桩混凝土浇注接近桩顶时必须进行振捣充分，以提高桩顶混凝土质量。桩顶浮浆必须清除干净，若桩顶标高处仍存在浮浆或强度不足，必须继续凿除至新鲜混凝土，确保动测法能采集到优质信号，必要时需用回弹仪进行检验。对声测波速较低的桩顶混凝土检测、监理单位也应要求施工单位凿除。4.4.5对钻孔桩必须加强对清孔的控制，有条件的建议采用反循环清孔，尽量少用正循环清孔，因为检测发现，钻孔桩出现问题最多的就是桩底沉淀层过厚。另外，应选用优质泥浆，加强孔内水位的观测，尽量缩短成孔与浇筑的时间差，防止孔壁坍塌。4.4.6必须警惕用“注浆法”处理全部缺陷桩的苗头，实际上压浆后混凝土强度仅能达到10Mpa左右，故其仅适用于处理摩擦桩中下部严重离析、夹泥、沉渣过厚等缺陷，对中上部缺陷和端