鉆孔灌注樁完整性檢測的綜合應(yīng)用

李軍 李戟 張?jiān)S平

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司工程物探研究院，河南鄭州 450003)

1 概述

灌注樁是指通過機(jī)械鉆孔、人力挖掘等方法在地基土中成孔，放置鋼筋籠后灌注混凝土而形成的樁。根據(jù)成孔方法可分為沉管灌注樁、挖孔灌注樁和鉆孔灌注樁。

鉆孔灌注樁包括沖擊鉆孔、沖抓鉆孔和回轉(zhuǎn)鉆削成孔，均采用泥漿護(hù)壁施工法，其優(yōu)點(diǎn)是在各種地基上均可使用，震動和施工噪聲相對較小，基樁承載力高。但由于混凝土是在泥水中灌注的，在穿過不同地層時(shí)，泥漿指標(biāo)控制不當(dāng)，可能會造成塌孔等問題;同時(shí)由于孔底沉淤清理的不徹底、灌注時(shí)導(dǎo)管堵管或拔脫等，都會形成樁身質(zhì)量缺陷，影響承載力的發(fā)揮。因此提高灌注樁檢測水平，對樁身缺陷不誤判、不漏判是每位檢測技術(shù)人員應(yīng)盡的職責(zé)，也是保障工程安全的前提。在基樁的完整性檢測中，單一的檢測方法因存在一定的局限性，而不能很好地反映樁身缺陷，容易發(fā)生漏判、誤判。因此如何準(zhǔn)確的判定樁身缺陷、性質(zhì)就顯得尤其重要。

本文結(jié)合工程實(shí)例系統(tǒng)地分析了通過超聲波法、低應(yīng)變法及鉆孔取芯法在鉆孔灌注樁完整性檢測中的綜合應(yīng)用，相互印證，最終獲取了比較滿意的檢測效果。

2 檢測方法

2.1 超聲波透射法

超聲波透射法是在預(yù)埋聲測管間發(fā)射接收超聲波，測試聲波在混凝土傳播過程中聲時(shí)、聲頻和聲幅等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，來判定樁身完整性的方法。其原理為混凝土內(nèi)存在破損界面形成波阻抗界面，聲波經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生透射和反射，使接收到的能量明顯減弱;混凝土內(nèi)存在蜂窩孔洞等缺陷時(shí)，會產(chǎn)生波的繞射和散射，分析聲波的初始到達(dá)時(shí)間、聲頻和聲幅等聲學(xué)參數(shù)的變化，可得到缺陷的性質(zhì)、范圍和空間位置。聲波透射法可分為平測法、斜測法、扇形掃測及聲波CT掃描。

我們在工程檢測中，最常用的方法是平測法(見圖1a))，即收、發(fā)探頭在兩聲測管內(nèi)同步移動且位于同一平面，優(yōu)點(diǎn)是效率高，可迅速發(fā)現(xiàn)樁身缺陷的相對位置，但無法確定缺陷的范圍和空間位置。圖2為平測法超聲波波列圖。

若想進(jìn)一步判定缺陷的范圍，可采用斜測法(見圖1b))，即收、發(fā)探頭在兩聲測管內(nèi)同步移動且保持一定的高度差。由于徑向換能器存在指向性，兩換能器高差不宜大于收發(fā)探頭間的水平距離。斜射法可以判定缺陷的范圍和空間位置，圖3為斜測法超聲波波列圖。

采用扇形掃測法(見圖1c))，可對缺陷進(jìn)行更準(zhǔn)確的劃分，即固定發(fā)射探頭，接收探頭在平測夾角的±45°范圍內(nèi)移動，然后按一定步距移動發(fā)射探頭重復(fù)前面的檢測步驟。扇形掃測法包含了平測法或斜測法的全部信息，缺點(diǎn)是現(xiàn)場檢測工作量繁重，這里就不再詳細(xì)介紹。

圖1 超聲波檢測平測法和斜測法示意圖

圖2 平測法超聲波波列圖

圖3 斜測法超聲波波列圖

為了對所探測的對象有更加直觀、全面的描述，近年來又出現(xiàn)了聲波層析掃描探測的方法，簡稱為聲波CT(見圖1d))，為了獲得測試斷面可靠、準(zhǔn)確的聲波CT圖像，必須對多測點(diǎn)進(jìn)行交叉測量，由此可以看出此檢測方法更為復(fù)雜繁瑣，這里也不再敘述。

2.2 低應(yīng)變法

目前通常采用瞬態(tài)沖擊方式，實(shí)測樁頂加速度或速度響應(yīng)時(shí)域曲線，通過一維波動理論分析基樁的樁身完整性，稱為反射波法。低應(yīng)變法只能對樁身缺陷做定性判定，由于樁的尺寸效應(yīng)、高頻波的彌散、濾波等使實(shí)測波形畸變，加上樁側(cè)土阻尼、樁身阻尼和土阻力的影響，還不能對缺陷進(jìn)行定量的判定。因此檢測規(guī)范沒有要求低應(yīng)變法區(qū)分缺陷類型，如果需要應(yīng)結(jié)合施工情況、地質(zhì)等綜合分析，或采用其他檢測方法(鉆芯、聲波透射法等)。

2.3 鉆孔取芯法

鉆孔取芯是一種局部破損或微破損的檢測方法，具有直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，可以檢測混凝土質(zhì)量及強(qiáng)度、沉渣厚度、施工樁長與設(shè)計(jì)是否一致、持力層的巖土性狀等，是檢測鉆孔、人工挖孔等現(xiàn)澆混凝土灌注樁成樁質(zhì)量的有效方法，特別適用于大直徑灌注樁的成樁質(zhì)量檢測，具有其他檢測方法無法比擬的優(yōu)勢，其缺點(diǎn)為設(shè)備相對笨重，周期較長，樁長徑比較大時(shí)，鉆芯孔的垂直度難以控制，易偏離樁身。

3 工程案例

3.1 工程概況

某鐵路橋梁工程，位于河南安陽境內(nèi)，其地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地質(zhì)層大多由粉質(zhì)粘土、粉砂及細(xì)砂組成。全橋共有66根基樁，樁徑1.25 m，樁長45 m，均進(jìn)行了超聲波法和低應(yīng)變法檢測樁身完整性。

3.2 檢測過程

工作中首先進(jìn)行超聲波平測法檢測，檢測步距250 mm，檢測未發(fā)現(xiàn)異常情況，然后進(jìn)行低應(yīng)變檢測，發(fā)現(xiàn)在所檢測的基樁中，5號樁在15.4 m處(波速4 000 m/s)有較強(qiáng)的樁間反射信號。這與之前的超聲波檢測結(jié)果不相符合，為了驗(yàn)證檢測結(jié)果，在該區(qū)域進(jìn)行超聲波加密平測，步距100 mm，結(jié)果在15.4 m超聲波信號異常，隨后對該樁進(jìn)行了超聲波斜測，步距100 mm，B管探頭在上(下)A，C管探頭在下(上)，高差0.5 m，同樣發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)異常，同時(shí)經(jīng)過斜測計(jì)算分析，缺陷部位靠近B管附近，大致可以算出缺陷范圍。后進(jìn)行了鉆孔取芯驗(yàn)證，在15.4 m處有一長150 mm左右芯樣破碎(見圖4～圖8)。

圖4 5號樁超聲波檢測平測（步距250 mm）波列圖

圖5 5號樁低應(yīng)變檢測時(shí)域曲線

該實(shí)例由于缺陷厚度較薄，進(jìn)行超聲波常規(guī)檢測時(shí)(平測法，步距250 mm)未能檢出異常，造成漏判。經(jīng)低應(yīng)變法檢測，發(fā)現(xiàn)存在樁身缺陷，隨后進(jìn)一步用超聲波法判定缺陷的位置和范圍，并得到鉆孔取芯的驗(yàn)證。

3.3 工程處理

該樁被檢出問題后，由業(yè)主召集，施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、檢測單位參加，召開了多方聯(lián)合會議，經(jīng)過對施工記錄和施工人員的調(diào)查了解，施工過程較為順利，并無異常情況發(fā)生。通過對地質(zhì)情況的核查，最終一致認(rèn)為，該處缺陷應(yīng)為流沙層對泥漿護(hù)壁破壞所致，最后由設(shè)計(jì)方給出了處理方案，此事故得以圓滿解決。

圖6 5號樁超聲波檢測平測（步距100 mm）波列圖

圖7 5號樁超聲波檢測斜測（B管在上，A管、C管在下，高差0.5 m）波列圖

圖8 5號樁鉆孔取芯芯樣

4 結(jié)語

通過以上案例，我們可以體會到在基樁檢測過程中，由于基樁缺陷形式千差萬別，而任何單一的檢測方法都有其局限性，因此要做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、結(jié)論公正，就必須采用多種檢測方法相互印證。

同時(shí)經(jīng)過長期的檢測工作發(fā)現(xiàn)，為避免形成樁身缺陷，首先應(yīng)選擇施工工藝，對于砂質(zhì)地層，應(yīng)盡量選擇循環(huán)鉆施工工藝，雖然旋挖鉆施工可以大大縮短施工工期，但是，出問題的幾率也會大幅提高，事故樁一旦發(fā)生，從事故性質(zhì)判斷查證、原因分析到制定處理方案，往往會花費(fèi)大量的時(shí)間，嚴(yán)重制約工程進(jìn)度。其次，施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照施工流程，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對施工中所用機(jī)械設(shè)備、人員技術(shù)素質(zhì)、原材料及配合比等諸多因素進(jìn)行掌控，可有效提高灌注樁樁身質(zhì)量。

［1］陳 凡.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］李 戟.超聲波法在判定樁身缺陷范圍中的應(yīng)用［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2011(5):206-207.

［3］TB 10218-2008，鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］魏 敏.談地基基礎(chǔ)檢測［J］.山西建筑，2013，39(15):39-40.