淺談鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測方法及原理

賈 棟，王 東

（山東省公路檢測中心，山東濟寧 272000）

0 前言

目前在公路施工中，橋梁施工占有較大的比重，一般達到工程總造價的60%～70%，在一些特殊路段，橋涵所占有的施工金額比例還要高。所以橋涵施工是公路建設(shè)中的重點。一方面決定著整個工程的質(zhì)量，另一方面也決定著施工企業(yè)的效益。

目前混凝土鉆孔灌注樁是橋梁施工結(jié)構(gòu)的主要形式，這主要是由于樁能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層中去，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和建筑物的不均勻沉降，是一種極為有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式。

1 鉆孔灌注樁的特點

1.1 采用樁基礎(chǔ)的優(yōu)點

（1）抗地震性能好。樁的靜力特性主要研究其強度和沉降，樁的抗震性能主要決定于其剛度和穩(wěn)定性，基礎(chǔ)剛度大抗震性能好。

（2）沉降量小和承載力高。樁的沉降量由三部分組成，樁身彈性壓縮，樁側(cè)摩阻力向下傳遞，引起樁側(cè)土的剪切變形和樁端土體壓縮變形。

（3）可以解決特殊地基土的承載力。

（4）施工噪聲小，適用于城市改造和人口密集場地。

1.2 灌注樁的缺陷及原因

灌注樁的成孔是在樁位處的地面下或水下完成的，施工工序多，質(zhì)量控制難度大，稍有不慎易產(chǎn)生斷樁等嚴重缺陷。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外鉆孔灌注樁的事故率高達5%～10%。因此，灌注樁的質(zhì)量檢測就顯得格外重要。

灌注樁成樁質(zhì)量通常存在兩個方面的問題：一是屬于樁身完整性，常見的缺陷有夾泥、斷裂、縮頸、護頸、混凝土離析及樁頂混凝土密實度較差等；二是嵌巖樁，影響樁底支承條件的質(zhì)量問題，主要是灌注混凝土前清孔不徹底，孔底沉淀厚度超過規(guī)定極限，影響承載力。

因此，灌注樁的缺點有：（1）灌注樁施工工藝比打入樁復雜，容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、混凝土離析和孔底虛土或沉渣過厚等質(zhì)量問題；（2）由于鉆孔樁質(zhì)量不夠穩(wěn)定，要抽檢更多數(shù)量的樁進行檢驗，增加檢測費用。

灌注樁的質(zhì)量問題與其成樁工藝密切相關(guān)，屬于樁身完整性的常見質(zhì)量缺陷有夾泥、斷裂、縮頸、擴頸、空洞、混凝土離析等。分析這些缺陷產(chǎn)生的原因，大致有：

（1）灌注混凝土過程中，導管埋入混凝土中的深度不夠，致使新灌混凝土上翻，或提升導管速度過快，導致導管中翻水，造成兩次灌注，使樁身形成夾泥的斷裂界面。

（2）孔中水頭下降，對孔壁的靜水壓力減小，導致局部孔壁土層失穩(wěn)坍落，造成混凝土樁身夾泥或縮頸?？妆谔洳糠至粝碌目吡?，成樁后形成護頸。

（3）混凝土攪拌不均勻，或運輸路徑太長，或?qū)Ч苈┧?，混凝土受水沖泡等，使粗骨料集中在一起，造成樁身混凝土離析。

由于鉆孔樁在施工過程中容易產(chǎn)生一些缺陷，故在施工中應加強管理，保證工程質(zhì)量。同時加強對成樁質(zhì)量進行檢查，使工程在施工過程中不留隱患。樁的檢驗目的，一是了解其承載力；二是檢驗樁本身混凝土質(zhì)量是否符合質(zhì)量要求；三是查明樁身的完整性，查清缺陷及其位置，以便對影響樁承載力和壽命的樁身缺陷進行必要的補救，以保證工程質(zhì)量，不留下事故隱患。

2 樁基檢測方法

2.1 國內(nèi)外常用的樁基檢測方法

（1）鉆芯檢測法：由于大直徑鉆孔灌注樁的設(shè)計荷載一般較大，用靜力試樁法有許多困難，所以常用地質(zhì)鉆機在樁身上沿長度方向鉆取芯樣，通過對芯樣的觀察和測試確定樁的質(zhì)量。但這種方法只能反映鉆孔范圍內(nèi)的小部分混凝土質(zhì)量，而且設(shè)備龐大、費工費時、價格昂貴，不宜作為大面積檢測方法，而只能用于抽樣檢查，一般抽檢總樁量的3%～5%，或作為無損檢測結(jié)果的校核手段。

（2）振動檢測法：又稱動測法。它是在樁頂用各種方法施加一個激振力，使樁體及樁土體系產(chǎn)生振動，或在樁內(nèi)產(chǎn)生應力波，通過對波動及波動參數(shù)的種種分析，以推定樁體混凝土質(zhì)量及總體承載力的一種方法。這類方法主要有四種，分別為敲擊法和錘擊法、穩(wěn)態(tài)激振機械阻抗法、瞬態(tài)激振機械阻抗法、水電效應法。

（3）超聲脈沖檢驗法：該法是在檢測混凝土缺陷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其方法是在樁的混凝土灌注前沿樁的長度方向平行預埋若干根檢測用管道，作為超聲檢測和接收換能器的通道。檢測時探頭分別在兩個管子中同步移動，沿不同深度逐點測出橫斷面上超聲脈沖穿過混凝土時的各項參數(shù)，并按超聲測缺原理分析每個斷面上混凝土質(zhì)量。

（4）射線法：該法是以放射性同位素輻射線在混凝土中的衰減、吸收、散射等現(xiàn)象為基礎(chǔ)的一種方法。當射線穿過混凝土時，因混凝土質(zhì)量不同或因存在缺陷，接收儀所記錄的射線強弱發(fā)生變化，據(jù)此來判斷樁的質(zhì)量。

2.2 動力檢測法

2.2.1 動力檢測法要求

目前對鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測一般都采用對樁身無破損的動力檢測法。灌注樁應以低應變動力檢測法對樁的勻質(zhì)性進行檢測，檢測時均應符合下列要求：

（1）對各墩臺有代表性的樁用低應變動測法進行檢測。重要工程或重要部位的樁宜逐根進行檢測。無條件采用低應變動測法檢測鉆孔樁的柱樁時，應采取鉆取芯樣法，對總根數(shù)的至少3%～5%樁進行檢測；對于柱樁應鉆到樁底0.5 m以下。

（2）對質(zhì)量有懷疑的樁及因灌注故障處理過的樁，均應用低應變動測法檢測樁的質(zhì)量。

根據(jù)作用在樁頂上動荷載能量是否使樁土之間發(fā)生一定塑性位移或彈性位移，而把動力測樁分為高、低應變兩種方法。動力檢測法又有高應變與低應變之分。對樁頂施加錘擊，使樁身不沉應變達到1.5～2.5 mm以上的稱為高應變動測法，否則稱為低應變動測法。前者對了解樁的承載力效果較好，后者對檢驗樁身混凝土勻質(zhì)性效果較優(yōu)；前者檢測設(shè)備較笨重，價格貴，且因要求錘與樁的重量必須大于0.08～0.2，因此檢測大直徑、深長的灌注樁，錘的質(zhì)量要求大于10 t以上，相應的吊裝、搬運設(shè)備都顯得笨重；后者設(shè)備較輕便，價格低些。

高應變法，作用在樁上能量大，應力和應變水平接近或達到工程樁的應力、應變水平，動荷載使樁克服土阻力產(chǎn)生貫入度，從而使樁、土之間產(chǎn)生塑性位移。樁對外的抗力主要通過位移產(chǎn)生，有了位移，樁側(cè)和樁尖土阻力得到一定程度的產(chǎn)揮。在樁頂量測到的樁，土響應信號包括承載力因素，所以高應變試樁可以對單樁承載力進行判定，也可以評價樁身結(jié)構(gòu)完整性。

低應變法，作用在樁頂上的動荷載小于使用荷載，其能量小，只能使樁產(chǎn)生彈性變形，一般情況下只產(chǎn)生10～5動應變。它是通過應力波在樁身中傳播和反射原理，對樁身結(jié)構(gòu)完整性進行評價，根據(jù)振動理論對承載力進行推算。低應變法從原理上不能直接得到承載力的推斷，而是由實測動剛度和靜動對比的修正進行推算，因此帶有很大的地區(qū)經(jīng)驗和人為因素。

2.2.2 樁動測法的優(yōu)點

（1）儀器設(shè)備輕便，檢測速度快，費用較低。

（2）具有靜荷載試樁不具備的功能。動力試樁除了和靜力試樁一樣，可檢測單樁承載力外，還有樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測、沉樁能力分析、樁工機械監(jiān)控和樁動態(tài)特性測定等功能。

（3）可區(qū)分破壞模式是土的破壞還是樁身結(jié)構(gòu)破壞。

（4）可對工程樁進行普查。低應變法檢測速度快，費用低，可對工程樁進行普遍檢查，然后有針對性地對質(zhì)量稍差的樁進行承載力檢測，更好地保證工程質(zhì)量。

（5）波形擬合法不僅可得到單樁總承載力，還可進行側(cè)阻力分布和端阻力值的估計。

2.3 應力反射波法

目前在橋梁樁基檢測過程中最常用的方法是應力反射波法。下面簡要介紹一下應力反射波法的原理及其應用。

2.3.1 反射波法的基本原理

反射波法源于應力波理論，基本原理是在樁頂進行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播。在樁身明顯存在波阻抗界面（如樁底、斷樁或嚴重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴頸）部位，將產(chǎn)生反身波。經(jīng)接收、放大濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息。據(jù)此計算樁身波速、判斷樁身完整性和混凝土強度等級。

2.3.2 現(xiàn)場檢測及注意事項

（1）安裝全部測試設(shè)備，并應確認各項儀器裝置處于正常工作狀態(tài)。

（2）在測試前應正確選定儀器系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，使儀器在設(shè)定的狀態(tài)下進行試驗。

（3）在瞬態(tài)激振試驗中，重復測試的次數(shù)應大于4次。

（4）在測試過程中應觀察各設(shè)備的工作狀態(tài)，當設(shè)備均處于正常狀態(tài)，則該次測試有效。

2.3.3 實測曲線判讀解釋的基本方法

由于樁身種類復雜，實測曲線判讀人員的技術(shù)水平有限，實測資料的解釋是一項較為困難的工作。

（1）缺陷存在可能性的判讀

判斷樁身缺陷存在與否，需分辨實測曲線中有無缺陷的反射信號，即分辨樁底反射信號，這對缺陷的定性及定量解釋是有幫助的。樁底反射明顯，一般表明樁身完整性好，或缺陷輕微、規(guī)模小。另外計算樁身平均波速，從而評價樁身是否有缺陷及其嚴重程度。

此外，還應分析地層等資料，排除由于樁周土層波阻抗變化過大等因素造成的假反射現(xiàn)象。

（2）多次反射及多層反射問題

當實測曲線中出現(xiàn)多個反射波至時，應判別它是同一缺陷面的多次反射，還是樁間多次缺陷的多層反射。前者，即缺陷反射波在樁頂面及缺陷面間來回反射，其主要特征是反射波至時間成倍增加，反射波能量有規(guī)律遞減；后者往往是雜亂的，不具有上述規(guī)律性。

多次反射現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般表明缺陷在淺部，或反射系數(shù)較大（如斷樁）。它是樁頂存在嚴重離析或斷樁的有力證據(jù)。多層反射不只表明缺陷可能有多處，而且由下層缺陷反射波在能量上的相對差異，可推測上部缺陷的性質(zhì)和相對規(guī)模。

一般情況下，應力波反射法所采集的較好波形應具有以下幾個特征：

（1）多次錘擊的波形重復性好；

（2）波形真實反映樁的實際情況，完好樁樁底反射明顯；

（3）波形光滑，不應含毛刺或振蕩波形；

（4）波形最終回歸基線。

2.3.4 影響基樁質(zhì)量檢測波形的因素

（1）露出于樁頭的鋼筋對波形的影響。

由于灌注樁考慮到以后的承臺問題，樁頭均有鋼筋露出，這對實測波形有一定的影響，嚴重時可影響反射信號的識別。

（2）樁頭破損對波形的影響。

灌注樁頭表面松散，將使彈性波能量很快衰減，從而削弱樁尖及樁底反射信號，影響波形的識別。有效途徑是將松散處鏟去。

（3）樁的強度對波形的影響。

樁的齡期短，強度低，將降低應力波在混凝土中的傳播速度，影響對樁長的判別。

總之，運用應力波反射法檢測鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，具有檢測速度快，費用低，便于全面普查樁的質(zhì)量，判別樁的完整性和質(zhì)量缺陷，是一種值得推廣的方法。但是，目前低應變法推算樁的承載力的變異性較大，有的免不了用地質(zhì)報告的土參數(shù)估計和檢測結(jié)果相結(jié)合的辦法。其中，經(jīng)驗估計占了相當大的因素。所以要全面了解樁的承載力情況，只能通過靜載試驗來確定。

[1]JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG/T F81-01-2004，公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程[S].