夯扩桩施工工艺效果的地球物理方法评价.pdf

夯扩桩施工工艺效果的地球物理方法评价 余海龙 李大心 唐庆兵 中国地质大学研究生 院 武汉4 3 0 0 7 4 摘要 由于夯扩 桩成 桩方 法成本 低 已逐 渐成 为软 土地基 中的一 种新 的 理 想桩基 形 式 为 了检 测 和 蝈 提 高夯扩桩 工 艺水平 我们 采 用探 地 雷达检 查地 下桩形 以小应 变 静 载进行 了基 桩质 量检 测 认 为 选择合 适 的持 力 层是 夯扩桩 成功 的首要 条件 特 别对横 向土层 变化较 大的地 区 加料 多次夯 扩 并 不一 定能增加 桩 的承载 力 而 未加 料 的复打 则有利 于桩 的承栽 力的提 高 关键词 夯扩桩 夯扩 工艺 施 工 3 艺 地球物理 方 法评价 中图分类号 T U 4 7 3 文献标识码 A Ab s t r a c t 0wi n g t o t h e l o w c o s t t h e c o mp a c t e d e x p a n d e d b a s e c o n c r e t e p i l e s a r e g o i n g t o b e a n i d e a l f o u n d a t i o n u s e d i n s o ff s o i l I n o r d e r t o i mp r o v e t h e e x a mi n a t i o n f o r t h e s a i d p i l e s t h e g e o r a d a r i s u s e d t o e x p l o re t h e for m o f t h e p i l e s a n d t h e q u ali t y o f p i l e s i s i n s p e c t e d b y l o w s t r a i n a p p r o a c h a n d s t a t i c l o a d i n g t e s t s T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s u i t a b l e b e a r i n g s t r a t u m i s t h e fir s t c o n d i t i o n f o r t h e s u c c e s s f u l u s e o f t h e p i l e s e s p e c i all y i n t h e a rea wi t h v a r i a b l e h o r i z o n t al s o i l T h e rep e a t e d c o mp a c t i n g wi t h a d d i t i o n al a g g r e g a t e ma y n o t b e a b l e t o i mp r o v e t h e b e a rin g c a p a c i t y b u t t h e rep e a t e d c o mp a c t i n g wi t h n o a d d i t i o n al a g g r e g a t e C an i mp r o v e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e p i l e s Ke y wo r d s c o mp a c t e d e x p a n d e d b a s e c o n c r e t e p i l e t e c h ni q u e for c o mp a c t i n g t e c h n i q u e f o r c o n s t r u c t i o n e v alu a t i o n b y g e o p h y s i c al me t h o d 1 前 言 夯扩桩采用夯扩工艺在地 下形成扩 大头 使桩 的承载力 有较大提高 由于这种成桩 方法成 本低 已逐渐成为软土地 基中的一种新的理想桩 基形式 为了提高夯扩 桩工艺水 平 武汉城开集团在汉 I 1 丰竹园小区 采用探地雷达检测地下桩 形 以小应变 静载进行 基桩 质量检测 应用地球物理检测 结果对用不同夯扩工艺的六根夯扩桩质量情 况进 行评价 以 确定最佳施工工艺 2 夯 扩桩 的施 工概述 2 1工 区地质 概 况 据工程地质勘察报告 场区原为湖塘 地貌单元 为长江 冲积一级阶地 地层的分层 描述 如下 素填土 厚 1 2 2 5 m 灰 黑土黄 松软 多 为近期 回填的一般粘性土 一l 粘土 厚 0 8 1 5 m 土 黄 一浅黄 褐 可 塑 高 压 缩 性 l 2 5 k P a E s 4 8 MP a 一 2粘土 厚 0 2 1 m 黄褐褐灰 可 塑 中压缩性 1 0 0k Pa Es 4 OMP a 一3淤泥 质粘 土 厚 3 9 8 1 m 黄 褐 流 塑 高压 缩 性 8 5 k P a E s 3 3 MP a 一 4粘土 厚 1 7 2 8 m 黄褐 可塑 中压缩性 一5粉质 粘土 夹粉 土 厚 1 8 8 m 灰褐 软 塑 高 压 缩性 l l O k P a E s 4 3 MP a 6 4工 程 勘 察G P 口 抛c n i c I n v e s t i g a t i o n S u r v e y i n g 粉 土夹 粉质 粘土 厚 大 于 1 5 m 灰 褐 中密 1 2 0k Pa Es 6 5MPa 一l 粉砂夹 粘土 粉质 粘 土 厚 1 2 4 9 m 灰褐 一 灰色 稍 一中密饱 1 3 5 k P a E s 1 2 MP a 2 2夯扩 桩施 工工 艺 本 次 夯 扩 桩 沉 管 管 径 3 7 7 rn r n 预 想 扩 大 头 5 0 0 7 oom m 夯扩桩 到 设 计 深 度 后 投 料 3 6 m 拔 管 0 5一 1 6 m进行第一 次夯扩 然后 分两 种工艺 施工 一 种是不 投 料进行复打 另一种继续投料进行 多次夯扩 六根试 桩施 工 工艺见表 l 六根桩的沉管深度 夯扩工艺及投料量一览表 表 1 桩号 沉管深度 i n 投料量 in 持力层层位 施工工艺 1 1 3 8 2 一1 二次夯扩 二次夯扩 2 1 4 2 7 5 一 次复打 3 1 5 9 l 1 一5 二次夯扩 4 1 4 4 8 三次夯扩 二次夯扩 5 1 6 1 7 6 一5 一 次复打 6 1 4 5 7 5 一 5 三次夯扩 收 稿 日期 2 0 0 2 1 l 一 2 2 修 订 日期 2 0 0 3 0 2 2 5 作者简介 余海龙 1 9 7 9一 男 汉族 湖北襄 阳人 硕 士 生 2 0 O 4年 第 1期 3夯扩 桩 的检测 夯扩桩施 工完成后 进行了单桩竖向静载荷试验以及静载 前后的小应变测试与地质雷达测试 测试结果如下 3 1 单 桩竖 向静 载荷试验 静载试验采用砂袋压重平台做配重 采用电动油泵 压 力表 油管及千斤顶组成 加载 系统 按规范 要求分 级加载 变形用百分表测量 四个百分表对称分布在桩头两侧 试验 结果列 于表 2 单桩静载试验结果 表 2 桩长 施加最高荷载及 相应沉降量 极限承载力及相应 沉降量 桩号 m 载荷 k N 沉降量 m n 1 载荷 k N 沉降量 m m 1 l 3 0 l 8 7 5 5 0 o o l 7 5 0 l 3 9 2 2 1 4 2 l 7 5 0 5 0 0 0 1 6 2 5 21 8 0 3 l 5 9 l 2 9 2 6 0 0 0 l 2 0 8 2 5 9 O 4 1 4 4 1 0 3 4 4 4 1 6 9 4 0 3 5 5 4 5 l 6 1 8 3 3 4 5 o o 7 2 9 9 7 6 1 3 0 9 0 0 l 2 1 l 7 2 0 3 5 4 3 2小应 变 动 测 试验采用锤击法进行 其原理为一维杆波动理论 根据 应力波在被检测桩 中传播情 况和桩 长 测出波 速 缺陷 等 在测试 中把桩的质量分 为四类 I类桩 动测波形规则 桩身完好 波速正常 混凝土 强度高 类桩 动测波形小畸变 桩底反射清晰 桩身有 小缺 陷 如轻度缩颈 局部轻度离析等 波速正常 混凝土强度 高 类桩 动测波形 出现明显不规则反射 桩身存在缺陷 如裂纹 离析 缩颈等 波速低 混凝 土 未达 到设 计标 号 对单桩承载力有一定影响 类桩 动测波形严重畸变 桩身存在缺陷如裂纹 严 重离析 和夹泥 严重缩颈 断裂等 六根试桩在静载试验前 后进行 的小应变测试结果列于表 3 六根试桩的小应变检测结果 表 3 桩长 波速 桩号 分类 评价 m m s 静载前 3 5 5 O I 桩体完整 1 l 3 0 静载后 3 4 0 0 I 桩体完整 静载前 3 2 8 0 I 桩体完整 2 l 4 2 静载后 3 2 8 o I 桩体完整 静载前 3 5 o o I 7 2 m处扩颈 3 l 5 9 静载后 3 0 3 7 0 6 m处有缺陷 7 2 m处扩颈 静载前 3 5 o o 工 桩体完整 4 l 4 4 静载后 f 静载前 3 3 3 0 6 7 m处有缺陷 5 l 6 1 静载后 3 l 4 o 0 6 m处 2 1 m处 6 7 m处有缺陷 6 静载前 l 4 5 3 4 l 0 桩体较完好 3 3地质 雷达检 测 地质雷达是利用 高频 1 0 l 0 9 H z 脉冲 电磁 波的反射 2 0 o 4年 第 1期 波速探测地下 介质分布 的 发射天 线 T 向地下 发射宽频 带脉冲电磁波 当地下介质不均 匀时 入射波遇到地下分界 面时 就 会有 反射 波折 向地 表 被接 收天线 所接 收 入 射波与反射波之间的关 系为 E R E 式 中 为介 质 分界 面处的反射系数 根据 雷达反射波的幅度 波形宽度 以及 同 相轴的连续程度可推断地下介质的分布 本次的测量方式有环行测量方式 和十字剖面测 量 六 根 试桩在静载 试验后的雷达测量解释结果列于表 4 试桩在静载试验后 的地质雷达检测结果 表 4 桩 身的 扩大头 开始扩大 桩长 桩号 上部直径 直径 的深度 静载试验后桩状况说明 m m m m 桩周土体破 坏 桩底部土层 1 0 4 0 6 8 l 3 2 压 实 2 0 4 0 7 7 5 l 5 4 桩周土体严重破坏 3 0 4 0 6 l 0 l 6 7 桩身 1 0 m处损伤 东西剖面 0 5 m 4 0 6 8 5 l 5 3 桩周土体遭破坏 南北剖面 0 4 m 5 O 4 O 6 l O l 7 4 桩身 5 5 m处损伤 1 5 m以 下 6 O 4 无 2 4 4 静载试验后没有测量 桩身变窄 4结 果分析 与讨论 4 1 选取 相 对高强 度持 力层是 夯扩桩 极 限承 载 力提 高的前提 本次场区土层虽 然都是 粘土 或粉 土 其抗 压强度 0 8 3 4 1 8 M P a 有较大 差异 选 取何 种土层 作 为持力 层对 夯扩桩质量有很大影 响 首先 只有持力层有足够强度 才 能形成夯扩桩头 其次 高承载力 的持力层使夯扩头的载荷 能力大大加强 表 5列 出了本次试验六根桩的施工工艺及静 压所获得承载 力结果 根据 表 5提 供 的数据取 极 限承 载力 q k P a 与沉管时最 后十击贯 人度 S c m 作 q S关 系 图 见图 1 根据 图示关系 可知 q k P a 与 S c m 存 在一定相关关系 经统计 分析得相关关 系式 q 21 7 0 1 7 8 9S 相关 系数 r 一 0 5 9 说 明两者存在一 定的相关性 即 持力层强度 大 夯扩桩承载力 高 与理论分析一致 本次场地土层横 向变化较 大 1 桩 在 1 3 m即达到 高持 力层 而相距 不过 1 0 m的 5 桩 1 6 m还未 到达持力 层 对这 类横向变化 很大的场地 仅用钻孔勘探时 很难把场地地层 划分得很细 而夯扩桩持力层选择 又要求地层很详细 因此 这类场地应采用 高分辨率物探 方法如探地雷达方法配合钻探 进行地层划 分 武汉市丰竹园区试桩检测报 告 检测单位 中国科学院武 汉岩土 力学研究所 丰竹园区基桩静载检测报告 检测 单位 武汉集团机 械施工有 限公 司 工 程勘 察Ge o t e c h n i c a l I n v e s t i g a t i o n矗 S u r v e y i n g 6 5 次夯扩 次夯扩 次夯 扩 次复 打 u 2 0 0 0 4 00 0 6 00 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 s 图 l q S关 系 图 4 2 多次夯扩 不如 复打 多次夯扩是在一次投 料后 拔管一定高度后 进行夯扩 然 后再投一次料 拔管 夯扩 这种经 反复投 料夯扩称 为 多次 夯扩 复打是 在一 次夯 扩后 不投料 拔 管一 定 高度 后再 夯 击 这种成桩工艺称为复打 应用探地雷达对夯扩桩地 下形 态与桩密实度检测 有利于对夯扩桩效果进行评估 六根桩 的沉管深度 夯扩工艺 投料量及 极 限承载力 表 5 沉管深度 沉管时最 投料量 极限承载力 桩号 后 十击入 夯扩工艺 m m k P a 量 c m 1 1 3 3 0 8 2 二 次 夯 扩 1 7 5 0 二 次 夯 扩 2 1 4 2 6 0 7 5 1 6 2 5 一 次复打 3 1 5 9 6 8 l 1 二 次 夯 扩 1 2 0 8 d 1 4 4 5 0 8 三 次 夯 扩 9 4 0 二 次 夯 扩 5 1 6 1 7 0 7 6 7 2 9 一 次复打 6 1 4 5 6 0 7 5 三 次 夯 扩 7 2 0 1 多次夯扩并不能提高承载力 下 图 中 图 2 a是 l 桩 二 次 夯 扩 形 成 的 夯 扩 桩 图 2 b 是 4 桩经 三次夯扩形成 的夯 扩桩 从 图中 可以看 出 由于 l 桩底 地 基 承 载 力 高 4 1 8 MP a 虽 经 二 次 夯 扩 就 形 成 7 0 0 m m的 夯 扩 头 实 际桩 长 1 3 2 m 仅 比沉 管 深 度 加 大 0 2 m 其极 限承载力为 1 7 5 0 k P a 而 4 桩 由于桩底 土的承载 力不 高 1 4 6 M P a 虽 经 三次 夯 扩 夯 扩 头 直 径 只 有 5 0 0 m m 实际桩长 1 5 3 m 仅 比沉 管深度 1 4 4 m加 长 0 9 m 极限承载力为 9 4 0 k P a 特 别是 6 桩夯 扩头没形 成 只是桩 身下成缩径加 长 9 9 m 这与夯 扩施工 时没 有土往 上返结 果 是一致的 其极限承载力是六根 桩中最小 的 为 7 2 0 k P a 这 说明多次夯扩只使桩身加长而没有使夯扩头明显扩大 同时 在土层 承载力不够 的情况下 多次夯扩并 不能提高承载力 2 复打使桩身密实 承载力提高 2 桩和 4 桩的桩端土承载力相同 而 2 桩经复打后桩 的极限承载力 1 6 2 5 k P a明显 高于未经 复打 的4 桩的极 限承载 力 9 4 0 k P a 图 3是经二 次夯扩一 次复打 的 2 桩静 载后的雷 达 图像 从 图 中 可 以 看 到 经 复 打 夯 扩 头 直 径 加 大 到 dp 8 0 0mm 桩长从设计 的 1 4 2 m增加 到 1 5 3 m 且 夯扩头内部 雷达反射波强度高 说明桩身密实度高 另外从图像 中可 以 6 6工程 勘 察Ge o t e c h n i c a l I n v e s t i g a t i o n S u r v e y i n g 星 莒 O o o o J O l 5 O 墨 l o o O 5 0 墨 翻 oo a 二次夯扩形成的l 桩 b 三次夯扩形成的4 桩 图 2二次与三次夯扩桩形雷达图像 看到桩周土经静载后受到挤压 说 明经复打后摩阻力与端 承 力均得 到提 高 因此 2 桩持力 层强 度虽不 高 但 承载 力仍 高 达 1 6 2 5 k P a 5 桩 虽 经 复 打 桩 的 极 限 承 载 力 不 高 7 2 9 k P a 经 雷达检测 为桩身在 5 m左右经静 载受损 所致 属桩身质量 引起 的极 限承载力下降 0 1 0 5 o l oo l 5 0 兽 一 搠 一 目 一 送 图 3二次夯扩一次 复打形成 的 2 桩雷达图像 3 桩身浇灌质量检测效果 夯扩桩 的承 载力 除 了受到持 力层 强度 与夯 扩工 艺影 响 外 还取决 于桩 身浇灌 质量 本 次试验 5 桩持 力层也选 在 一5层 夯扩工 艺为 二次夯 扩一 次 复打 但 承载 力 比 2 桩低得多 为 7 2 9 k P a 图 4 a为 5 桩 桩形 从 图 中看 出该桩 夯扩头也 形成 了 其 直径 为 7 0 0 m m 其承 载力 之所 以 低 由静载前后 的桩 身雷达 图像 图 4 b c 可以看 出 静 载后 在 2 m与 8 m处桩身受损 小 应变检测也有 反映 而使 承载 力降低 小应变结果 表明桩 载荷前发 现 6 7 m有缺 陷 载荷 试验后检测 在约 0 6 m 2 1 IT I 又 出现 两缺陷 其结 果也说 明 5 桩之所以承载力低 是 由于桩身质量有 问题 5结论 通过运用探地雷达 小应 变及静 载对夯扩桩 的质量检测 并对结果进行分析 可以得出 利用静 载与地质雷达 相结合 对夯扩桩进行检测 有利于夯扩桩最佳施工工艺 的选择 选 择合适的持力层是夯扩桩成功的首要条件 特别 对横 向土层 变化较大的地 区 加料 多次 夯扩 并不一 定能 增加 桩 的承载 力 而未加料的复打则可 以使 桩身密实 承载力提高 2 0 0 4年第 1 期 口 星笛 0 避群 B一 0 枷 a 地 下桩形图像 1 0 主 垂 图 4 5 桩桩身雷达图像 参 考 文 献 1 徐攸在 刘兴满 桩的动测 新技术 北 京 中国建筑 工业出 版社 1 9 8 9 2 李大心 探地雷达方法与应用 北 京 地质 出版社 l 9 9 4 3 王 平 宝 夯 扩 桩 质 量 控 制 的 几点 建 议 建筑 科 学 1 9 9 7 1 1 2 0 0 C 静载后桩身图像 4 刘金砺等 高层建筑 桩基工 程技 术 北京 中国建筑工业 出 版 社 1 9 9 8 5 何兆奎 夯扩桩设计探 讨 江西冶金 1 9 9 9 5 6 陈风莲 夯 扩桩 设计施 工若 干 问题 福建 建设 科技 1 9 9 5 4 7 秦迎 阳等 夯扩桩 的特点 及其设 计与施工 东北 水利 水电 2 0 0 1 3 上接第 2页 且 惯性 也 很 大 已经熟 悉 的习惯 很 难 改 变 为 了解决 这 些 差 异 有 三 条 出 路 第 一 是 通 过协 商 确定 一种 作 为唯 一 的标 准 第 二 是规 定 条 件 不 同 的条件 用 不 同 的 标 准 第 三 是 回避 不 必 统 一 或 一时难 以 统 一 的 问 题 不 列 入 或 暂 不 列 入 导 则 求 同存 异 和 求 同化 异 相 结合 究 竞 走 哪 一条 视 具体 问题通 过分 析讨论 确 定 与 国 际接 轨 是 编 制 导 则 的 重 要 目的之 一 所谓 接 轨 当然 首 先 是 技 术 法 规 和技 术标 准 管 理体 制上 的接 轨 这 个 问题 政 府有 关 部 门正 在 考 虑 解