DX桩的检测技术研究与展望

1 前言

挤扩灌注桩(简称DX桩)是从普通混凝土灌注桩衍生出来的一种新型变截面桩,在施工过程中采用钻机成孔,然后沿桩身不同深度,通过支盘成型设备施加较大的油缸压力,对土强力挤密形成分支或承力盘,从而提高桩的承载力。在相同土层条件下,DX桩与相同桩径、桩长的混凝土灌注桩相比,承载力高,沉降量小,混凝土用量增加10%～20%,承载力则可增加100%。在钢筋笼中设置沿钢筋笼内侧圆周对称设置3根注浆管(管下需插入虚土层中,上端露出地面),在浇筑完混凝土并待其强度达到70%后,从注浆管上端压入水泥浆把孔底虚土及其附近的土体固结,以增加桩的端承力,浆液在高压下“乘虚而入”还可把桩周孔隙灌满从而增加桩的摩阻力。此外,DX桩施工机械化程度高、节约原材料、工期短,施工中噪音小、振动小、泥浆排放量少,因而经济效益和社会效益都十分可观。

在实际应用当中,由于DX桩桩身变截面的特点,在对该类型桩进行检测中,不管是承载力检测,还是桩身完整性检测,都会遇到一些难点,这种新型桩检测技术还有待完善。本文结合工程实例着重探讨DX桩的检测手段。

2 承载力检测

2.1 DX桩的承载力分析

影响DX桩承载力的因素很多,如桩的成桩工艺、地基土层的地质情况、桩长、桩径及岔盘设置的土层位置、盘间距的大小、承力盘数量、支盘成型过程中的挤密效应、支盘对桩侧摩阻力的影响等,而且有些因素很难用公式精确计算出桩的承载力。

2.2 静载测试

对DX桩承载力检测的最准确的技术手段是静载试验。江苏省《多节挤扩灌注桩技术规程》中第5.3.3 条规定:一级建筑挤扩桩应采用现场静荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值。

采用静荷载试验,对于准确地确定单桩承载力非常重要,有利于消除设计隐患及设计保守。工程桩采用静荷载试验得到的数据对于整个基桩工程质量验收也至关重要。

2.2 高应变试验

高应变检测方法是用重锤冲击桩顶,使桩―土产生足够的相对位移,以充分激发桩周土阻力和桩端支承力,通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号,应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线,从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

高应变检测法推算单桩极限承载力时有凯司法(CASE)和曲线拟合法(CAPWAPC)。其中凯司法假定桩为一维线形杆件且桩土阻力集中于桩端。对于DX桩土受力的模型来说,明显是不符合的;对于曲线拟合法来说,在不考虑计算土阻力准确性的条件下,可综合判定桩身有扩径、截面渐变或多变的混凝土灌注桩。

对于确定承载力方面需通过对同条件下动―静试验结果的对比进行修正,故高应变检测多节挤扩桩时,判定桩的承载力尚需进行同条件下静载试验。此法可作为静载试验的补充但不能单独使用。对于评价桩身质量完整性方面可看作是放大的低应变检测,在桩身阻抗拟合的基础上综合判定支盘的位置及大小。

3 桩身完整性检测

行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)条文解释“3.2.7相对于静载试验而言,本规范规定的完整性检测(除钻芯法外)方法作为普查手段,具有速度快、费用较低和抽检数量大的特点,容易发现桩基的整体施工质量问题。”

3.1 低应变试验

DX桩,其桩身截面本身存在阻抗界面,为变阻抗非一维线形杆件。用弹性波反射法进行检测DX桩,已超出其理论假定的适用范围。

DX桩的检测难点在于扩径体距离近,多次发射相互叠加,信号十分复杂,所以识别难度大,同时桩顶入射信号经过桩身多处扩径体后,反射信号强于透射信号,传到桩底信号已十分微弱,对于桩身下部的扩径体及桩底的识别变得十分困难。综合从大量等直径桩实际检测情况分析,除了可定性判断被检测桩有无形成支盘界面外,低应变动测未必能有效对DX桩的支盘大小和支盘数量进行判断。

3.2 声波透射法

超声波检测技术是一种十分可靠的桩身、桩端完整性无损检测方法。它通过对混凝土匀质性的判断,来确定桩身、桩端混凝土的灌注质量,并可对其可能存在的缺陷位置和程度做出判断。桩的超声检测于成桩后14天进行,由此可指导调整压浆的水泥注入量。超声波检测无法检测预埋声测管外的砼质量和桩身缺陷,故对DX桩,无法检测支支盘大小和支盘数量。

采用超声波法检测灌注桩混凝土缺陷是一种较为有效的方法。由于超声波透射法有其局限性,如检测死区的存在、对于钻孔灌注桩的轻度缩颈缺陷无法判断等,故超声波透射法宜结合低应变、高应变、钻孔取芯检测等方法综合评定桩身质量。

3.3 钻芯法

钻芯法是检测现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段,不受场地条件的限制,特别适用于大直径混凝土灌注桩的成桩质量检测。

通过芯样特征对桩身完整性分类,有比低应变法更直观的一面。同一根桩有两个或两个以上钻芯孔时,桩身完整性分类应综合考虑各钻芯孔的芯样质量情况,不同钻芯孔的芯样在同一深度部位均存在缺陷时,该位置存在安全隐患的可能性大,桩身缺陷类别应判重些。用钻芯法检测后压浆的DX桩的沉渣,用以指导后压浆的注浆压力。

钻孔取芯检测法不宜单独使用。这是由于“一孔之见”,钻孔取芯法尽管直观,数据可靠,但最大的争议在于它的代表性,芯样的面积一般仅为桩身截面的1%。在实际工程中,是桩的整个截面的作用而不仅仅是1%面积的作用,用1%来肯定或否定全部均欠妥。

4 成孔质量检测

在非等截面桩完整性检测中至今尚没有有效的检测方法,主要原因就是其桩身存在若干个非等截面。这也是制约非等截面桩进一步推广应用的主要因素。低应变动力检测一般是在成桩之后进行,并且只能分辨出桩顶以下第一个非等截面。因此,非等截面桩的成孔检测就尤为重要了。非等截面桩各部件通过成孔质量检测可以在施工过程中及时发现问题并及时处理。通过测试还可以对施工情况进行综合评价,最终选取适合实际场地特点的施工工艺和施工机具。另外,一般来讲如果成孔质量满足设计要求,只要严格控制灌砼程序,成桩质量是容易保障的。因此可以说成孔质量检测既是对施工过程的监测和指导,又是对成桩质量的有利保证,应加大成孔质量检测的力度。同时应作为工程质量评价的重要依据。

5 提高检测结果可靠性

不同检测方法有时会出现不一致的结果,这可能是由于无损检测方法误判造成的,更有可能是两种方法各自的局限性而造成的矛盾。

行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)条文解释,3.1.3 本条是 1.0.3 条中“各种检测方法合理选择搭配”这一原则的具体体现,目的是提高检测结果的可靠性。除中小直径灌注桩外,大直径灌注桩完整性检测一般可同时选用两种或多种的方法检测,使各种方法能相互补充印证,优势互补。另外,对设计等级高、地质条件复杂、施工质量变异性大的桩基,或低应变完整性判定可能有技术困难时,提倡采用直接法(静载试验、钻芯和开挖)进行验证。