超長(zhǎng)灌注樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)分析與應(yīng)用

葛愛兵　李飛　陶俊

摘? 要：介紹了目前超長(zhǎng)灌注樁樁身質(zhì)量檢測(cè)的常規(guī)技術(shù)檢測(cè)方法，分析各方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了聲波透射法檢測(cè)樁基完整性的檢測(cè)技術(shù)與實(shí)施注意事項(xiàng)，論證了該方法與常規(guī)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合某經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)區(qū)內(nèi)航道橋梁工程灌注樁樁長(zhǎng)92m、樁徑φ1200mm和φ1800mm的樁身完整性檢測(cè)，并介紹樁基完整性判別的方法，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用考慮因素進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)灌注樁? 聲波透射法? 質(zhì)量檢測(cè)? 樁身完整性

中圖分類號(hào)：TU473.1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（a）-0058-02

近年來，隨著我國(guó)高層建筑、高速公路及高速鐵路等建筑設(shè)施的發(fā)展，對(duì)地基基礎(chǔ)的基樁承載力要求越來越高，超長(zhǎng)鉆孔灌注樁也得到大力推廣和應(yīng)用。因此，如何檢測(cè)超長(zhǎng)灌注樁質(zhì)量就成為重要的技術(shù)問題。傳統(tǒng)的柱身質(zhì)量檢測(cè)方法多種多樣，該文首先分析各種常規(guī)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上分析超聲波投射法的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

1? 常規(guī)柱身質(zhì)量檢測(cè)法

基樁樁身的質(zhì)量檢測(cè)，常規(guī)方法主要有高應(yīng)變、低應(yīng)變、鉆孔取芯等。鉆孔取芯從樁頂沿著樁身在樁端取芯，觀察樣本混凝土有無存在空洞、離析等問題。這種方法對(duì)樁身結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，尤其是對(duì)于超長(zhǎng)樁，如果鉆孔垂直度不夠，容易斷鋼筋，偏離樁身，由此可見，鉆孔取芯的方法對(duì)灌注樁的長(zhǎng)度有一定要求。

低應(yīng)變法檢測(cè)技術(shù)的理論相對(duì)成熟，造價(jià)低廉，設(shè)備要求不高，因此應(yīng)用較為廣泛，主要采用傳感器、激振設(shè)備和信號(hào)分析儀器等即可。低應(yīng)變法包括反射波法、水電效應(yīng)法、動(dòng)力參數(shù)法、機(jī)械阻抗法等，通常所說的低應(yīng)變法指的是反射波法。但是低應(yīng)變反射波法不適用超長(zhǎng)樁，檢測(cè)深度也要受到場(chǎng)地，如樁側(cè)土的剛度比、樁周土剛度比等各種要素的影響[1]。

高應(yīng)變法主要是用重錘錘擊樁頂，讓樁周土產(chǎn)生明顯的塑形變形，檢測(cè)樁頂和其附近的力、速度取向，結(jié)合應(yīng)力波理論分析樁頂?shù)牧Χ瘸休d極限以及樁身的完整性。這種方法是采用計(jì)算機(jī)模型計(jì)算承載力，需要借助先進(jìn)的信號(hào)接收器、處理器等設(shè)備，費(fèi)用低，精準(zhǔn)度較高。但是現(xiàn)場(chǎng)需要專業(yè)的技術(shù)人員輔助，并且計(jì)算復(fù)雜，如果對(duì)超長(zhǎng)樁的錘擊偏心，則有可能影響分析結(jié)果。對(duì)于大直徑超長(zhǎng)灌注樁，Q-s曲線具有緩變型特征，不宜采用高應(yīng)變法進(jìn)行檢測(cè)。

超聲波透射法檢測(cè)超長(zhǎng)灌注樁質(zhì)量的工作原理是：將2根或者2根以上的聲測(cè)管埋設(shè)在檢測(cè)通道里，位置是互相平行，聲測(cè)管可以采用塑料管、鋼管和鋼紋管等。聲-波轉(zhuǎn)換器發(fā)射超聲脈沖，聲波穿過混凝土介質(zhì)，接收器再接收到經(jīng)過轉(zhuǎn)換器之后的聲波，并對(duì)所接收的聲波進(jìn)行分析，判讀其波幅、波頻和聲時(shí)等參數(shù)。脈沖超聲信號(hào)在經(jīng)過混凝土介質(zhì)時(shí)發(fā)生的折射、反射和繞射等，會(huì)引起信號(hào)在波形、幅度和聲時(shí)上的參數(shù)變化，因此通過判讀參數(shù)變化分析聲波所穿透的混凝土介質(zhì)的質(zhì)量、完整程度、缺陷情況、整體均勻性等。超聲波透射法[2]可以從微觀角度分析混凝土介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、聲學(xué)性質(zhì)，檢測(cè)儀器輕便，結(jié)果準(zhǔn)確，樁頭不用進(jìn)行特殊處理，而且不受樁長(zhǎng)的限制，對(duì)樁身缺陷能夠精準(zhǔn)定位，檢測(cè)缺陷的象限和深度。

2? 聲波透射法的實(shí)施檢測(cè)

2.1 聲測(cè)管的選擇和埋設(shè)

聲波透射法需要聲測(cè)管作為聲-波換能器的通道，聲測(cè)管的選擇、性質(zhì)、數(shù)量以及埋設(shè)工作是檢測(cè)能否完整的前提，對(duì)于超長(zhǎng)灌注樁質(zhì)量檢測(cè)，優(yōu)先選用鋼管。聲測(cè)管的埋設(shè)要能保證聲-波換能器在聲測(cè)管中能自由通常地發(fā)射和接收聲波，具體埋設(shè)過程要處理好聲測(cè)管的各個(gè)節(jié)間的連接問題，防止施工中聲測(cè)管出現(xiàn)變形或者端頭被封等問題。為保證兩個(gè)聲測(cè)管處在平行位置，可以用鐵絲或者電焊的方式將聲測(cè)管牢牢地固定在鋼筋籠的主筋上。超長(zhǎng)灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)在樁端灌注前或者基坑開挖前進(jìn)行，超長(zhǎng)灌注樁樁徑在800～1600mm之間的，可以埋設(shè)3根聲測(cè)管，樁徑超過1600mm的可以埋設(shè)4根聲測(cè)管[3]。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要在成樁后的28d內(nèi)，超長(zhǎng)灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)要在樁端注漿之后，可以將時(shí)間提前在成樁后的14d后。由于聲測(cè)管中聲-波換能器主要是依靠自身在重力的作用下下放到管的底部，超長(zhǎng)灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)過程中，一般情況換能器的電纜線長(zhǎng)度要超過100m長(zhǎng)，如果檢測(cè)時(shí)依靠人力將換能器進(jìn)行提升，電纜線比較重的情況下可能導(dǎo)致?lián)Q能器不斷變化位置，從而處在不用的深度截面，因此，現(xiàn)場(chǎng)的工作人員要注意聲波、波形的變化，確保換能器處在同一深度截面，否則不同深度截面的聲波檢測(cè)可能導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)假性缺陷[4，5]。

3? 工程實(shí)例分析

實(shí)例：某市經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)區(qū)內(nèi)航道橋梁工程，灌注樁最大樁長(zhǎng)達(dá)92m，樁徑為φ1200mm和φ1800mm。該工程主要檢測(cè)超長(zhǎng)灌注樁的樁身位置、缺陷，判定超長(zhǎng)樁的完整性，該案例采用聲波透射法，經(jīng)濟(jì)成本低、檢測(cè)樁身質(zhì)量精準(zhǔn)度高。

3.1 檢測(cè)環(huán)境

該項(xiàng)目在檢測(cè)前對(duì)檢測(cè)的環(huán)境條件進(jìn)行了分析判斷，主要檢測(cè)環(huán)境為室外常溫，周圍無強(qiáng)振動(dòng)和無強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。

3.2 檢測(cè)方法、原理

該次檢測(cè)主要采用ZBL-U5型非金屬超聲檢測(cè)分析儀，該儀器具有測(cè)試精度高、自動(dòng)化功能強(qiáng)等特點(diǎn)，可以檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的空洞、裂縫及其他缺陷并可具體定位?？紤]到灌注樁樁徑大小，在檢測(cè)每根樁時(shí)埋設(shè)3根、4根鋼管聲測(cè)管，鋼管外徑d1=60mm，內(nèi)徑d2=54mm，確保聲測(cè)管處在平行位置，每2根檢測(cè)管為一個(gè)剖面進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)間距為10cm。徑向聲-波換能器直徑為20mm，經(jīng)計(jì)算聲測(cè)管及耦合水層聲時(shí)修正值t′為24.0μs。

超長(zhǎng)樁內(nèi)埋設(shè)2根聲測(cè)管，假設(shè)測(cè)點(diǎn)間距20cm，互相平行，聲波透射如圖1所示。

圖1中，H0為樁身第一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)高（m）;Ln為測(cè)點(diǎn)間距;L′為測(cè)管外壁間的最小間距：即超聲波測(cè)距（m）。

3.3 檢測(cè)聲參數(shù)

（1）聲時(shí)t，超聲脈沖在混凝土介質(zhì)間距的傳播時(shí)間（μs）。

（2）波幅A，接收器的聲波接受首波波幅（dB）。

（3）計(jì)算公式如下。

tci=ti-to-t′ ? ? ? ? （1）

vi= ? ? ? ?（2）

Api=20lg（） ? ? ? ?（3）

式（1）（2）（3）中，tci為第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)（us）;vi為第i測(cè)點(diǎn)聲速（km/s）;ti為第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)測(cè)量值（μs）;to為儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間（us）;t′為聲測(cè)管及藕合水層聲時(shí)修正值（μs）;Api為第i測(cè)點(diǎn)波幅值（dB）;ai為第i測(cè)點(diǎn)信號(hào)首波波峰值（V）;ao為零分貝信號(hào)幅值（V）。

3.4 聲波參數(shù)的判讀和分析

（1）聲速測(cè)量值（頻率、幅值）數(shù)據(jù)分析參量。

①平均值：。

②標(biāo)準(zhǔn)差：。

③離差系數(shù)：。

（2）樁身完整性及缺陷判據(jù)。

①聲速異常判定值：V0=Vm-λSX。

②波幅異常判定值：Api

③PSD異常判定值：PSD=K·△t。

（4）

△t=tci-tci-1 ? ? ? ?（5）

3.5 檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，并綜合考慮影響波形變化以及主頻漂移的各種外界因素，分析灌注樁的質(zhì)量性質(zhì)，對(duì)不同質(zhì)量情況的灌注樁進(jìn)行分類，結(jié)合聲波透射檢測(cè)結(jié)果、場(chǎng)地地質(zhì)條件及基樁施工工藝進(jìn)行綜合分析，此次所檢測(cè)68根樁的波速C（超聲波在樁體中傳播的速度）在3.956～4.679km/s范圍內(nèi)，其平均值為4.262km/s。所測(cè)試的68根樁，其中Ⅰ類樁66根，占所測(cè)樁數(shù)的97.1%，Ⅱ類樁2根。

4? 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)理論分析和案例實(shí)踐分析，聲波透射法相比其他常規(guī)檢測(cè)法更能有效檢測(cè)超長(zhǎng)灌注樁的質(zhì)量，并且經(jīng)濟(jì)性高，工程工期適用性較高，儀器簡(jiǎn)便。對(duì)于整體建筑規(guī)模龐大，使用灌注樁較多的工程，聲波透射法目前是較為普遍采用的一種檢測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)

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