橋梁基樁樁身完整性質(zhì)量評價(jià)中幾種檢測方法的綜合應(yīng)用及評價(jià)

谷 牧，熊昌盛，董承全

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

橋梁基樁把上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到較深或較好的土層，在整個(gè)結(jié)構(gòu)受力中起到重要的作用，作為一項(xiàng)隱蔽工程，橋梁基樁的質(zhì)量受施工技術(shù)、施工工藝、施工管理水平和人員素質(zhì)等諸多因素的影響，可能存在多種質(zhì)量問題。目前在工程實(shí)踐中，對橋梁基樁主要進(jìn)行完整性質(zhì)量檢測。

橋梁基樁完整性質(zhì)量檢測一般采用三種方法:超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法和鉆芯法。在實(shí)際檢測中，一種檢測方法一般無法得到準(zhǔn)確的結(jié)論，而幾種檢測方法在可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面存在不同程度的局限性，多種方法配合時(shí)又具有一定的靈活性，根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)選用兩種或以上的方法進(jìn)行檢測，使各種方法能夠相互補(bǔ)充驗(yàn)證，以提高檢測結(jié)果的可靠性［1］。本文將通過對三種方法在工程應(yīng)用中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用一種或幾種檢測方法配合，達(dá)到相應(yīng)的檢測目的。

1 基樁檢測方法簡介

1.1 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波法是根據(jù)波在一維桿件中的傳播原理，通過在樁頂激發(fā)一彈性脈沖波，該波沿樁身向下傳播，當(dāng)遇到樁身阻抗發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生一反射波，由安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮?，根?jù)該反射波的傳播速度、波形特征，分析樁身完整性。低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用受基樁的長細(xì)比、瞬態(tài)激勵(lì)脈沖有效高頻分量的波長與樁的橫向尺寸之比等因素的限制。由于受樁型、地質(zhì)條件、激振方式、樁的尺寸效應(yīng)、樁身材料阻尼等因素的影響，樁過長(或長徑比較大)、樁周地質(zhì)復(fù)雜、樁身截面阻抗多變或變幅較大引起的應(yīng)力波多次反射，往往測不到樁底反射或正確判斷樁底反射位置，從而無法評價(jià)整根樁的完整性。另外，檢測結(jié)果分析判定的準(zhǔn)確性與操作人員的技術(shù)水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。

1.2 超聲波透射法

超聲波透射法是利用超聲波發(fā)射換能器在混凝土介質(zhì)中激發(fā)一定頻率的彈性波，該彈性波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到混凝土介質(zhì)缺陷會產(chǎn)生反射、透射、繞射，并由接收換能器接收波形，對波的到時(shí)、波幅、頻率及波形特征進(jìn)行分析，就能判斷混凝土介質(zhì)及樁身的完整性以及缺陷的性質(zhì)、位置、范圍及缺陷程度。

1.3 鉆芯法

鉆芯法是一種局部破損檢測方法。通過在樁頂沿樁身向下鉆取混凝土芯樣，觀察記錄芯樣特征、位置，可確定樁長、缺陷性質(zhì)、缺陷程度，通過芯樣試壓，可判定混凝土強(qiáng)度，還可以檢測樁底沉渣厚度、混凝土與持力層的接觸情況。

1.4 三種基樁檢測方法比較

三種檢測方法比較見表1。

2 檢測方法的工程應(yīng)用

在鐵路新建線路橋梁基樁的完整性質(zhì)量檢測中，樁長＜40 m，且樁徑 ＜1.5 m的基樁采用低應(yīng)變反射波法，否則需要根據(jù)樁徑大小，預(yù)埋2～4根聲測管［2］，采用超聲波透射法檢測，而鉆芯法一般作為以上兩種方法的補(bǔ)充和驗(yàn)證。在進(jìn)行的實(shí)際檢測工作中，發(fā)現(xiàn)聲波透射法的檢測結(jié)果一般比較可靠，采用鉆芯取樣驗(yàn)證基本都能得到一致的結(jié)果，低應(yīng)變反射波法對中淺部缺陷往往能反映出來，缺陷的程度和準(zhǔn)確位置則無法很好確定，尤其是對樁頂和樁底混凝土缺陷，低應(yīng)變反射波法往往無法準(zhǔn)確判定。下面選取了一些工程檢測中有代表性的部分實(shí)例，進(jìn)行兩種或三種檢測方法綜合應(yīng)用與比較。

表1 三種檢測方法比較

1)樁身存在一處缺陷，三種檢測方法綜合應(yīng)用。某新建鐵路特大橋87號承臺，設(shè)計(jì)樁數(shù)16根，樁長64 m，樁徑1.5 m，混凝土強(qiáng)度等級 C40。樁周地質(zhì)從上至下為:黏土、粉土、粉質(zhì)黏土。87-11號樁預(yù)埋3根聲測管，檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)有1根聲測管在樁頂部位堵塞，對未堵塞聲測管對應(yīng)的混凝土剖面采用聲波透射法檢測，發(fā)現(xiàn)檢測波形的聲學(xué)參數(shù)在24.25～25.75 m段明顯異常，檢測波形見圖1;由于堵管，其他兩個(gè)剖面無法實(shí)施聲波透射法檢測，為了對整樁完整性質(zhì)量進(jìn)行分析，采用低應(yīng)變反射波法補(bǔ)充檢測，檢測波速設(shè)定為4 200 m/s，發(fā)現(xiàn)在23 m位置有明顯缺陷反射，檢測波形見圖2(a)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證樁缺陷程度，隨后在堵塞聲測管邊距樁中心25 cm處鉆芯取樣，鉆取深度為28 m，最終在24.3～25.8 m段只能提取少許破碎芯樣，見圖2(b)。綜合三種檢測方法，最終判定本樁為Ⅳ類樁。在鉆取芯樣中取出最長的一根，采用低應(yīng)變反射波法測定混凝土波速為4 364 m/s，重新定位缺陷位置為24 m，與聲波透射法檢測結(jié)果一致，見圖3。另外，為了得到缺陷部位完整的聲測資料，把鉆孔作為3號孔和另外兩根未堵聲測管進(jìn)行聲波透射法檢測，從而得到三個(gè)剖面完整的資料。

圖1 87-11#樁聲測波形

圖2 87-11#補(bǔ)充檢測

圖3 87-11#樁鉆取芯樣測定波速

2)樁身存在多處缺陷時(shí)，超聲波透射法可以發(fā)現(xiàn)所有缺陷，而用低應(yīng)變反射波法檢測可能發(fā)現(xiàn)不了下部缺陷。

①某鐵路特大橋，346-3#樁設(shè)計(jì)樁長44 m，樁徑1.25 m，C40混凝土。樁周地層為粉砂、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土和細(xì)砂。用聲波透射法檢測發(fā)現(xiàn)2.5～4.5 m，12～13 m，17.5～18.5 m 三處存在明顯缺陷(見圖4)，判定為Ⅳ類樁。采用低應(yīng)變反射波法測試，激發(fā)波形如圖5，淺部出現(xiàn)雙峰，隨后是大的低頻段，下部缺陷無法判定。

②某特大橋下行線36-2#樁設(shè)計(jì)樁長42 m，樁徑1.0 m，C30混凝土。聲波透射法檢測7 m、10 m兩處嚴(yán)重缺陷(見圖6)，判定為Ⅳ類樁;低應(yīng)變反射波法檢測波形如圖7，只是在7 m處有清晰的缺陷反射，后面無法看到其他缺陷，從缺陷同向反射程度來看，可以判定為II類樁。因此，如果此樁僅采用低應(yīng)變法檢測分析，可能會造成誤判，從而漏判不合格樁。

3)存在樁頂或樁底混凝土質(zhì)量缺陷時(shí)，低應(yīng)變反射波法檢測可能會漏過缺陷。

①某特大橋329-12#樁，設(shè)計(jì)樁長54 m，C40混凝土，樁徑1.5 m，聲測法檢測發(fā)現(xiàn)樁頂2 m范圍內(nèi)混凝土質(zhì)量存在缺陷(見圖8)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)是由于混凝土灌注時(shí)超灌不夠，造成夾雜浮渣的差混凝土留在樁頂，這種現(xiàn)象在實(shí)際施工中并不少見。而分析低應(yīng)變反射波法檢測波形則看不出存在缺陷的跡象(見圖9)，表現(xiàn)出來的是差混凝土和好混凝土之間阻抗變化造成的反向反射波，很容易判斷成擴(kuò)徑樁。

②某特大橋348-2#樁，設(shè)計(jì)樁長 47 m，樁徑 1.0 m，C40混凝土。樁周地層為粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂。一根聲測管在樁頂處堵管，聲測法發(fā)現(xiàn)樁底7 m存在明顯缺陷(見圖10)，采用鉆芯法驗(yàn)證，樁底芯樣破碎，無法取出。低應(yīng)變反射波法檢測波形無有效樁底反射(見圖11)，未能有效判斷樁底缺陷。

圖4 346-3#樁聲測波形圖

圖5 346-3#樁低應(yīng)變法測試波形圖

圖6 36-2#樁聲測波形圖

圖7 36-2#樁低應(yīng)變法測試波形圖

圖8 329-12#樁聲測波形圖

圖9 329-12#樁低應(yīng)變法測試波形圖

圖10 348-2#樁聲測波形圖

圖11 348-2#樁低應(yīng)變法測試波形圖

3 結(jié)論及建議

超聲波透射法能夠很好地發(fā)現(xiàn)基樁樁身范圍內(nèi)各個(gè)部位的缺陷，并且能夠和鉆芯法檢測結(jié)果很好地對應(yīng)起來，一般不會誤判、漏判重大缺陷;對于樁身中淺部缺陷，低應(yīng)變反射波法、超聲波透射法和鉆芯法，一般能夠很好地對應(yīng)起來，但是低應(yīng)變法對缺陷程度的判定具有不確定性，存在誤判風(fēng)險(xiǎn)。對于樁頂和樁底部位缺陷，由于尺寸效應(yīng)和應(yīng)力波彌散等因素的存在，低應(yīng)變反射波法有時(shí)不容易發(fā)現(xiàn)此類缺陷，存在漏判風(fēng)險(xiǎn)。采用低應(yīng)變反射波法檢測經(jīng)濟(jì)、快捷，但是由于方法局限性，具有一定的誤判、漏判風(fēng)險(xiǎn)。懷疑基樁有缺陷存在時(shí)，結(jié)合鉆芯法進(jìn)行補(bǔ)充檢測、驗(yàn)證是必要的;如果有兩個(gè)或以上鉆孔，可以采用超聲波透射法補(bǔ)充檢測。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用超聲波透射法檢測，這樣可以最大程度地避免潛在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

［1］陳凡，徐天平，陳久照，等.建筑基樁檢測技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB20118—2008 鐵路工程基樁質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］馬建忠，洪巖，溫和春.海外工程樁基施工質(zhì)量控制實(shí)踐［J］.鐵道建筑，2010(11):93-97.

［4］董承全，李晉平，熊昌盛，等.聲波透射法樁身完整性檢測分類標(biāo)準(zhǔn)定量化初探［J］.鐵道建筑，2010(4):66-68.