橋梁基樁施工質(zhì)量的檢測方法及其應(yīng)用探討

黃添華

（廣東省東莞市交業(yè)工程質(zhì)量檢測中心，廣東 東莞 523125）

橋梁基樁施工質(zhì)量的檢測方法及其應(yīng)用探討

黃添華

（廣東省東莞市交業(yè)工程質(zhì)量檢測中心，廣東 東莞 523125）

總結(jié)了橋梁基樁施工質(zhì)量的幾種主要檢測方法，包括超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆芯取樣法和靜載試驗(yàn)法，分析了這些方法的工作原理和基本特點(diǎn)。通過對比分析的手段，研究了不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用特征，進(jìn)一步明確這些方法的應(yīng)用條件和前景。最后針對綜合性能好的超聲波透射法，詳述了其實(shí)施技術(shù)，并結(jié)合工程實(shí)例分析了其應(yīng)用效果，促進(jìn)該檢測手段的推廣應(yīng)用。

橋梁；基樁；施工質(zhì)量；檢測方法；應(yīng)用探討

0 引言

樁基礎(chǔ)是橋梁結(jié)構(gòu)廣泛采用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，具有承載能力高、沉降變形小、抗震性能好及施工環(huán)境干擾小等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于中小跨徑橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)中。由于樁基礎(chǔ)的施工是隱蔽工程，受到復(fù)雜地形和地質(zhì)條件的影響，以及樁土相互作用的不確定性，使得樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量和安全性能較難保證，為了確保樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量，需要采取專業(yè)的檢測手段識別施工完成后的樁基礎(chǔ)性能，對其建設(shè)質(zhì)量和可能存在的缺陷及偏差等進(jìn)行定量分析，提供后續(xù)樁基礎(chǔ)施工的依據(jù)和方法。

基樁檢測是樁基礎(chǔ)施工的重要過程，也是識別樁基礎(chǔ)建設(shè)質(zhì)量的重要方法。目前橋梁基樁完整性質(zhì)量檢測主要有四種方法：超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆芯取樣法和靜載試驗(yàn)法[1,2]。這其中超聲波透射法和低應(yīng)變反射波法屬于無損檢測方法，對基樁不造成任何的性能影響；鉆芯取樣法和靜載試驗(yàn)法則會對基樁造成一定程度的影響，甚至檢測操作不恰當(dāng)會造成基樁的損壞[3]。論文將詳述這幾種橋梁基樁檢測技術(shù)的原理和實(shí)施方法，從而提出這幾種檢測手段的應(yīng)用范圍和條件，為特定情況的基樁檢測提供方法。

1 橋梁基樁施工質(zhì)量的檢測技術(shù)

1.1 超聲波透射法

超聲波透射法是通過一種發(fā)生探頭間隔地發(fā)射出不連續(xù)的超聲波，這些超聲波的頻率是重復(fù)的。在超聲波透射穿過基樁混凝土的過程中，由于混凝土骨料與漿體的構(gòu)造特點(diǎn)，使得超聲波的聲學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，例如波的初始與到達(dá)時間、波能量衰減、頻率變化等，從而攜帶了基樁混凝土的材料特性和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，在超聲波接收端，通過識別上述聲學(xué)參數(shù)以及聲學(xué)參數(shù)與材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就可以分析出基樁的施工質(zhì)量了。一般而言，如果基樁的施工質(zhì)量差，存在缺陷，則超聲波的衰減越大。

超聲波透射檢測基樁質(zhì)量的主要判別依據(jù)包括聲速和波幅。超聲波通過混凝土所需要的時間就可以計(jì)算聲速值，聲速是基樁混凝土缺陷的重要判斷參數(shù)，當(dāng)聲速小于判斷的異常臨界值時，就說明混凝土存在缺陷。波幅也是判斷超聲波通過混凝土衰減的重要參數(shù)，當(dāng)小于判斷的波幅異常臨界值也說明了基樁混凝土的質(zhì)量問題。

超聲波透射方法檢測全面，結(jié)果準(zhǔn)確且詳細(xì)，可以估測混凝土的強(qiáng)度等級，且檢測方法不會受到樁長和樁徑等參數(shù)的影響。超聲波由于信噪比高且抗干擾性強(qiáng)，測試的精確很高。超聲波透射檢測可以獲得基樁的完整信息，且可以測試基樁任意部位，包括樁頂?shù)牡蛷?qiáng)區(qū)和樁底的沉渣厚度等，檢測無盲區(qū)。然而，超聲波檢測的經(jīng)濟(jì)代價較高，聲測管的費(fèi)用很高，而且如果聲測管與混凝土的粘結(jié)握裹不佳或者聲測管周圍存在局部泥團(tuán)時，會呈現(xiàn)斷樁的信號早晨誤判或者重判，給評測結(jié)果造成一定的影響。

1.2 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波也是一種無損檢測方法，通過在基樁頂部施加一定的激振力，使得彈性波沿著樁身向下傳播，如果樁身混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題如缺口、開裂、破斷等，則會對彈性波形成明顯的波阻效應(yīng)而產(chǎn)生反射波，通過對反射波的拾取以及檢測基樁頂部的速度和加速度響應(yīng)，就可以獲得樁身混凝土質(zhì)量的評估標(biāo)準(zhǔn)，并對缺陷所在位置及存在特性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。圖1是低應(yīng)變反射波法檢測樁身質(zhì)量的波形變化與樁長關(guān)系。

圖1 低應(yīng)變反射波法檢測樁身混凝土質(zhì)量

低應(yīng)變反射波檢測技術(shù)的操作十分簡單，只需要在樁頂施加激振即可；檢測費(fèi)用低，且不影響施工工期；相對于超聲波檢測也是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的無損檢測技術(shù)。需要注意的是，低應(yīng)變反射波法對于長樁，由于樁頂彈性波在傳播過程中的能量衰減問題以及激發(fā)能量本身的限制，使得該方法獲得的結(jié)果評判效果較差。此外，低應(yīng)變反射波方法也會受到很多因素的影響，例如樁身截面的突變、缺陷反射以及樁端持力層的巖性等，因此其測試精度相對不高。

1.3 鉆芯取樣法

鉆芯取樣是通過鉆機(jī)直接低目標(biāo)檢測部位進(jìn)行取芯，通過對芯樣的觀察、試驗(yàn)分析等手段，確定基樁混凝土質(zhì)量。鉆芯取樣檢測樁身性能最直接的方法，該技術(shù)可以檢測樁的長度、樁身缺陷、樁底沉渣厚度及樁端巖土狀況。對于嵌巖樁結(jié)構(gòu)，由于地下巖石強(qiáng)度很大，采用鉆芯取樣方法需要配置金剛石作為鉆頭才能保證芯樣的完整性，圖2是鉆芯取樣檢測橋梁基樁質(zhì)量的現(xiàn)場工作圖。

圖2 鉆芯取樣法檢測橋梁基樁質(zhì)量

鉆芯取樣方法不受場地限制，適用于大直徑樁的質(zhì)量判定；其缺點(diǎn)則是施工成本高、檢測速度慢且需要較長的周期，盡管其評估結(jié)果直接、準(zhǔn)確，但當(dāng)基樁存在偏斜時檢測效果有限。

1.4 靜載試驗(yàn)方法

靜載試驗(yàn)是確定基樁極限承載力和沉降性能的最準(zhǔn)確最可靠方法，判斷某種檢驗(yàn)方法的合理性和準(zhǔn)確性一般都以靜載試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)，其檢測基本原理是通過獲取基樁豎向抗壓試驗(yàn)荷載與位移的Q-S曲線，預(yù)測對應(yīng)的極限荷載和沉降值。精致啊試驗(yàn)存在的不足是該方法需要嚴(yán)格按照測試步驟開展，測試的周期和成本很高。

2 檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 不同檢測方法的比較分析

根據(jù)不同檢測技術(shù)的原理和方法要點(diǎn)，對超聲波透射法、低應(yīng)變發(fā)射法、鉆芯取樣法和靜載試驗(yàn)法的優(yōu)缺點(diǎn)系統(tǒng)歸納如下：

超聲波透射法檢測精度高，結(jié)果不受樁長和樁徑影響，能準(zhǔn)確定位缺陷位置并判斷缺陷程度；缺點(diǎn)是聲測管與基樁連接很難保證，檢測費(fèi)用較高，無法測試聲測管之外的混凝土質(zhì)量。

低應(yīng)變反射波法檢測操作簡單、實(shí)施快捷、經(jīng)濟(jì)性好；缺點(diǎn)是檢測信號受多種因素影響，較難準(zhǔn)確定位缺陷位置和評價缺陷程度，存在誤判和漏判風(fēng)險。

鉆芯取樣法檢測結(jié)果直觀可靠，特別適用于大直徑基樁的質(zhì)量檢測；缺點(diǎn)是鉆孔有限，只能對樁徑局部質(zhì)量進(jìn)行判斷，難以發(fā)現(xiàn)小缺陷病害，不適用于普查且費(fèi)時費(fèi)力。

靜載試驗(yàn)方法結(jié)果準(zhǔn)確可靠，適用于任意型式的基樁檢測；缺點(diǎn)是測試周期長、成本高。

2.2 不同檢測方法的應(yīng)用分析

根據(jù)檢測方法的不同，各種檢測技術(shù)所應(yīng)用的范圍也有所差異。首先，對于長樁檢測，橋梁結(jié)構(gòu)中超過50 m長度的樁基礎(chǔ)普遍存在，由于樁長的原因，采用低應(yīng)變反射波法受限于激勵能量以及波在樁長范圍內(nèi)的衰減，樁長很大時樁身下部的信息就很少，無法獲得對樁身底部質(zhì)量的評價結(jié)果；其次，嵌巖樁檢測中，由于嵌巖樁樁身嵌入基巖，使得應(yīng)力波的能量衰減很快，受到樁端土層阻力無法采用低應(yīng)變反射波方法。最后，對于橋梁中小樁徑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，鉆芯取樣法沒有施工條件，該方法會對樁身周邊的土層進(jìn)行較大擾動，不利于樁基礎(chǔ)的長期使用。

因此，需要根據(jù)實(shí)際的基樁檢測要求以及樁基礎(chǔ)本身特性，針對性選用檢測方法。當(dāng)檢測方法確定后，需要在檢測過程中嚴(yán)格規(guī)范操作。

3 超聲波透射法的工程應(yīng)用

根據(jù)不同基樁施工質(zhì)量檢測技術(shù)的比較分析與應(yīng)用探討，超聲波透射法是應(yīng)用范圍較廣、操作簡便、檢測準(zhǔn)確性好的技術(shù)手段。因此，需要推廣使用該檢測技術(shù)，進(jìn)一步縮減該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本。超聲波透射法對基樁質(zhì)量的檢測結(jié)果一般分為四類，這四類也是對樁身完整性檢測結(jié)果的歸納[4]。

（1）I類樁，通過超聲波透射全樁長范圍內(nèi)各個檢測剖面及各個測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)都沒有超過臨界值，超聲波反饋的波形規(guī)則、聲速較高，這類檢測結(jié)果為I類樁，也是質(zhì)量完整的樁。

（2）II類樁，檢測結(jié)果顯示某一檢測剖面的個別檢測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)稍微超越臨界值出現(xiàn)異常，個別點(diǎn)的波形有輕微的波動現(xiàn)象，且聲速存在明顯的降低，所檢測獲取的缺陷截面不超過樁身所有檢測截面的30%，則該檢測結(jié)果為基本完整樁。

（3）III類樁，某一檢測剖面連續(xù)多個檢測點(diǎn)或2個以上檢測剖面的個別檢測點(diǎn)顯示的聲學(xué)參數(shù)都嚴(yán)重超過臨界值出現(xiàn)異常，個別點(diǎn)的波形有明顯波動且聲速降低，但所檢測的缺陷截面不超過樁檢測總橫截面的50%，這類樁身檢測結(jié)果為局部不完整樁。

（4）IV類樁，檢測獲得的超聲波波形不規(guī)則，出現(xiàn)2個以上檢測剖面連續(xù)多個測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)嚴(yán)重超過臨界值出現(xiàn)異常，所檢測的缺陷截面超過樁檢測總橫截面的50%，這類樁身檢測結(jié)果為嚴(yán)重不完整樁。

某大型橋梁結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁施工，對其中的1#～30#墩基樁進(jìn)行施工質(zhì)量檢測，以評價其建成質(zhì)量，為后續(xù)的管理養(yǎng)護(hù)提供基本參考。試驗(yàn)檢測采用超聲波透射法進(jìn)行檢測，選取其中的12#樁進(jìn)行分析。12#樁的設(shè)計(jì)樁長為54 m，直徑1.5 m，采用C40混凝土。通過超聲波透射法檢測發(fā)現(xiàn)樁頂2 m范圍內(nèi)混凝土存在明顯的缺陷，見圖3。實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在這樣的問題，主要是混凝土在灌注時存在超灌不夠的現(xiàn)象，造成樁頂夾雜浮渣，使得樁頂混凝土施工質(zhì)量不佳。

圖3 橋梁樁身超聲波透射波形圖

4 結(jié)論

樁基礎(chǔ)是橋梁工程廣泛采用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，樁基礎(chǔ)作為承載橋梁上下部結(jié)構(gòu)的載體，確保其施工質(zhì)量對于橋梁的運(yùn)營安全和長期性能具有重要意義，因此在橋梁樁基礎(chǔ)施工完成后需要進(jìn)行檢測，評估其施工質(zhì)量并為后續(xù)施工與運(yùn)維提供參考。

論文探討了橋梁基樁施工質(zhì)量的幾種主要檢測技術(shù)，包括超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆芯取樣法和靜載試驗(yàn)法，對這些方法的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析。對比分析了幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)，進(jìn)一步明確不同檢測手段的應(yīng)用條件和發(fā)展前景。最后，針對綜合性能好的超聲波透射法，在明確了該檢測結(jié)果的對比上，結(jié)合工程實(shí)例分析了該技術(shù)的應(yīng)用效果。

[1]朱春鳳,崔巖.鉆孔灌注樁基樁質(zhì)量檢測技術(shù)分析[J].公路交通科技 (應(yīng)用技術(shù)版),2016(11):73.

[2]卓維松.灌注樁樁基質(zhì)量檢測技術(shù)綜述 [J].西部探礦工程, 2010,22(8):16-20.

[3]谷牧,熊昌盛,董承全.橋梁基樁樁身完整性質(zhì)量評價中幾種檢測方法的綜合應(yīng)用及評價[J].鐵道建筑,2011(7):109-111.

[4]高玉英,喬華.超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁技術(shù)[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010(2):193-197.

U443.16

B

1009-7716（2017）08-0184-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.056

2017-04-12

黃添華（1983-），男，廣東河源人，工程師，從事路橋檢測工作。