跨水域大橋樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量評價(jià)-案例分析

邸云菲，袁楓斌，陳佳偉，陳俊雯，杜乃德

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跨水域大橋樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量評價(jià)-案例分析

*邸云菲1，袁楓斌2，陳佳偉3，陳俊雯1，杜乃德4

（1. 滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽，滁州 239000；2. 中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司，北京 100195； 3. 安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽，合肥 230088；4. 滁州四維測繪有限公司，安徽，滁州 239000）

采用超聲波法及取芯法對國內(nèi)某跨海大橋樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。超聲波法檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)波幅及波速存在異常點(diǎn)，進(jìn)而利用取芯法對取出的芯樣進(jìn)行外觀描述及抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：波幅及波速異常點(diǎn)處的芯樣側(cè)面存在微麻面，且抗壓強(qiáng)度較低，并判定樁身局部存在離析現(xiàn)象，樁身結(jié)構(gòu)完整性為Ⅱ類。超聲波法為實(shí)體工程中樁身質(zhì)量的檢測提供了便捷，但其精準(zhǔn)性不足，需借助取芯法進(jìn)行驗(yàn)證。

樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測；樁身缺陷；取芯法；超聲波法

0 引言

橋梁樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量直接決定橋梁運(yùn)營安全，因此，樁身施工質(zhì)量在工程質(zhì)量檢測中占據(jù)重要地位[1]。樁基礎(chǔ)施工過程中的樁身缺陷主要有離析、縮頸、樁身空洞及夾泥等[2]，缺陷的存在直接影響樁基礎(chǔ)的承載力，從而影響上部結(jié)構(gòu)的安全。樁基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，已建成的樁基礎(chǔ)無法通過表觀現(xiàn)象判斷其施工質(zhì)量。在國內(nèi)外的質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展中，人們一直不斷探索。20世紀(jì)30年代打樁分析中加入了應(yīng)力波理論；60年代波動(dòng)方程的差分?jǐn)?shù)值解法也被應(yīng)用到樁基中[3]；70年代中后期，美國采取了一種新的樁身質(zhì)量分析方法，即記錄樁頂應(yīng)變與加速度所得的時(shí)域波形對樁身進(jìn)行實(shí)時(shí)分析[4]，我國在20世紀(jì)70年代也開始了樁動(dòng)力檢測理論的研究，而后又產(chǎn)生了動(dòng)力參數(shù)測樁法、錘擊貫入高應(yīng)變法、波形擬合法。時(shí)至今日，建筑行業(yè)常采用的幾種檢測方法都有了較高的可靠度，主要有靜載荷試驗(yàn)法、振動(dòng)檢測法、射線法、超聲波檢測法、取芯法等。

在實(shí)體工程中，樁基礎(chǔ)檢測一般先運(yùn)用無損檢測（超聲波法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法），初步判定樁身完整性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號引號時(shí)，需借助取芯法進(jìn)一步驗(yàn)證[5]。

本研究以國內(nèi)某跨海大橋?qū)嶓w工程為案例。跨海大橋深水區(qū)全部采用鋼管樁作為樁基礎(chǔ)，采用打入鋼管樁方案，淺水區(qū)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，利用棧橋進(jìn)行施工，其中引橋基礎(chǔ)中有1.5 m樁徑10根。運(yùn)用超聲波法及取芯法評價(jià)橋梁樁身的完整性。

1 超聲波法

超聲波法檢測步驟如圖1所示。

圖1 聲波法步驟

選取跨海大橋10鉆孔灌注樁開展超聲波檢測，檢測結(jié)果為：9根為Ⅰ類樁，1根為Ⅱ類樁，本次檢測未發(fā)現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類樁，測得結(jié)果見表1。

表1 基樁完整性檢測現(xiàn)場臨時(shí)結(jié)果

由表1所示，32-2號樁在距樁頂43 m處出現(xiàn)了信號異常，現(xiàn)選取32-2號樁為例進(jìn)行分析，該樁樁長48 m，樁徑1.5 m。依據(jù)規(guī)定，當(dāng)樁徑不超過1000 mm時(shí)，安裝聲測管不得少于兩根，一條測線；當(dāng)樁徑介于1000 mm至1500 mm時(shí)，布置聲測管不得少于3根，三條測線；當(dāng)樁徑超過1500 mm時(shí)，布置聲測管不得少于4根，六條測線；當(dāng)樁徑超過2500 mm時(shí)應(yīng)當(dāng)增加聲測管[6]。本工程測量布置四根聲測管，其聲測管平面布置圖如圖2所示。

圖2 聲測管平面布置圖

聲測管布置編號為：A、B、C、D，檢測剖面共6個(gè)剖面，分別為A-B、B-C、C-D、A-D、A-C、B-D。

檢測到的聲學(xué)數(shù)據(jù)首先要計(jì)算聲時(shí)值、聲速值，再進(jìn)行分析與判定，判據(jù)分為聲速判據(jù)、波幅判據(jù)和PSD判據(jù)[7]。聲時(shí)值、聲速值計(jì)算方法如下：

式中t——聲時(shí)值（μs）；

'聲時(shí)的修正值（μs）；

該樁典型斷面的聲學(xué)參數(shù)測試結(jié)果見表2—表4。

表2 AB剖面、BC剖面超聲波透射法檢測結(jié)果

表3 CD剖面、AD剖面超聲波透射法檢測結(jié)果

表4 AC剖面、BD剖面超聲波透射法檢測結(jié)果

由表2-表4可見，不同剖面中的聲速、波幅及聲時(shí)變化較大，其中CD剖面的聲速較小，波幅較大且聲時(shí)較大。因此，CD剖面混凝土疑似有質(zhì)量缺陷。

關(guān)于聲時(shí)判據(jù)，若臨界值的聲速值比實(shí)測混凝土高，則相應(yīng)區(qū)域判為缺陷可疑區(qū)域；關(guān)于波幅判據(jù)，若臨界值的波幅比實(shí)測混凝土高，相應(yīng)區(qū)域判為缺陷可疑區(qū)域；對于PSD判據(jù)，當(dāng)測量的某區(qū)域PSD值變化顯著，判斷該區(qū)域?yàn)榭梢蓞^(qū)域。針對CD剖面分析，AC剖面的聲速、波幅、PSD觀測圖像見圖3-圖5。

圖3 聲時(shí)、PSD-深度曲線

圖4 聲速、波幅-深度曲線

從圖4中可以看出，聲速深度曲線在深度為43 m左右位置處發(fā)生下降，這表明該樁在43 m左右位置處存在缺陷；觀察圖3，圖4可知，波幅曲線在該處也低于其臨界值，PSD曲線在該處存在突變現(xiàn)象。

通過觀察該樁樁身波列圖圖5，依據(jù)圖像顯示可以觀察到深度43 m左右波列圖出現(xiàn)異常，故綜合考慮可以判定，該樁在43 m位置處存在離析或夾泥現(xiàn)象，導(dǎo)致該位置的波速及波幅降低、PSD曲線突變。

圖5 BD、AD、AC剖面波形圖

通過超聲波法發(fā)現(xiàn)32-2樁在距樁頂43 m處波速及波幅降低、PSD曲線突變，初步判定樁身存在離析或夾泥現(xiàn)象，但不排除聲測管是否上銹等因素影響，因此，需借助取芯法開展樁身完整性判定。

2 取芯法

按照取芯法操作流程進(jìn)行取芯法測量，需要進(jìn)行以下步驟（見圖6）：

圖6 取芯法步驟

在樁基礎(chǔ)取芯過程中，除了要注意儀器的操作規(guī)范之外，還需根據(jù)現(xiàn)場情況，在取芯之前充分地弄清樁基礎(chǔ)中的鋼筋位置，防止在取芯過程中鉆到鋼筋。

樁徑不大于1.2 m時(shí)，要保持一定的連續(xù)性，避免過多的斷開，且斷開口處應(yīng)能吻合，鉆孔數(shù)為1，鉆孔位置應(yīng)布置在樁中心10~15 cm處；樁徑介于1.2 m至1.6 m之間，鉆孔數(shù)為2，鉆孔位置應(yīng)在距樁中心0.15~0.25 D（D為樁徑）的范圍內(nèi)均勻?qū)ΨQ布置；樁徑不小于1.6 m，鉆孔數(shù)應(yīng)為3。該樁直徑1500 mm，故本工程采用兩孔抽芯。依據(jù)規(guī)范，應(yīng)當(dāng)選用直徑為100 mm且不宜小于最大粒徑3倍的抗壓芯樣試件；若采用小直徑芯樣試件，其最小直徑應(yīng)為70~75 mm，至少為骨料最大粒徑的2倍[8]。

圖7 芯樣

芯樣試件混凝土強(qiáng)度的檢測結(jié)果：

表5 芯樣強(qiáng)度換算系數(shù)表（

測試結(jié)果需要根據(jù)規(guī)范要求判斷是否需要進(jìn)行修正，當(dāng)選用對應(yīng)測區(qū)修正系數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)芯樣試件不得少于6個(gè)，小直徑芯樣的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增加。修正系數(shù)計(jì)算：

修正計(jì)算：

表6 芯樣強(qiáng)度檢測結(jié)果

表6所示，本工程檢測中發(fā)現(xiàn)其中一孔檢測出在樁身43.00 m處的混凝土顏色產(chǎn)生變化，其側(cè)面檢測出輕微麻面現(xiàn)象，測得抗壓強(qiáng)度值為12.9 MPa，另一孔測得抽芯強(qiáng)度值為46.3 MPa，取平均值得強(qiáng)度為29.6 MPa，不符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。對此樁需要進(jìn)行加孔檢測，測得強(qiáng)度結(jié)果為51.2 MPa，平均計(jì)算出三孔深度芯樣強(qiáng)度，樁強(qiáng)度滿足要求。

由三孔所測出數(shù)據(jù)及現(xiàn)場圖片發(fā)現(xiàn)，?混凝土芯樣連續(xù)、完整、膠結(jié)較好，芯樣側(cè)表面較光滑、骨料分布基本均勻，芯樣呈柱狀、斷口基本吻合，但發(fā)現(xiàn)在1-43處出現(xiàn)一定的麻面，但在2號鉆孔和3號鉆孔未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。3個(gè)鉆孔中未在同一位置處出現(xiàn)缺陷，且該處長度小于10 cm。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》，判斷該樁為Ⅱ類。最后分析得出：這是由于缺陷處水泥存在質(zhì)量問題，使得膠結(jié)力弱，強(qiáng)度降低。

3 結(jié)論

本文以國內(nèi)某跨海大橋?yàn)榘咐贸暡ê腿⌒痉ㄩ_展樁身完整性檢測，得出如下結(jié)論：

1）超聲波檢測中發(fā)現(xiàn)波速及波幅降低、PSD曲線突變，但變化幅度不大，主要是由于聲波傳播過程中出現(xiàn)了介質(zhì)變化，初步判定為離析或夾泥現(xiàn)象。通過取芯法直接對芯樣表觀現(xiàn)象進(jìn)行觀察，并結(jié)合芯樣抗壓試驗(yàn)、外觀現(xiàn)象及不同鉆孔之間的對比，判定樁基礎(chǔ)質(zhì)量的類別。

2）超聲波法在不破壞基礎(chǔ)前提下快速、有效地判斷出樁身結(jié)構(gòu)是否完整，但不能精確分析出缺陷類型，需借助取芯法等破壞試驗(yàn)進(jìn)一步地分析，需要一定的工期及費(fèi)用，具有一定的局限性。因此，在實(shí)體工程中，先利用超聲波檢測樁身的完整性，若發(fā)現(xiàn)聲速、波幅、聲時(shí)及PSD出現(xiàn)異常時(shí)，可根據(jù)取芯法進(jìn)行佐證。

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Construction Quality Evaluation of the Pile Foundation for Across Water Bridge -CaseAnalysis

*DI Yun-fei1, YUAN Feng-bin2, CHEN Jia-wei3,CHEN Jun-wen1,DU Nai-de4

（1. School of Geographic Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou, Anhui 239000, China; 2. Zhong Zi Hua Ke Transportation Construction Technology Co. LTD, Beijing 100195, China；3. Anhui Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Station，Hefei, Anhui 230088, China; 4. Chuahou Siwei Surveying and Mapping Co. LTD, Chuzhou, Anhui 239000, China）

The ultrasonic wave method and coring method were used to evaluate the construction quality of pile foundation of a sea-crossing bridge. The ultrasonic wave method found abnormal points in the wave amplitude and wave velocity, and then used the coring method to carry out appearance description and compression test on the core sample taken out. The test results showed that there were micro pits on the side of the core sample at the abnormal points of wave amplitude and wave velocity, and the compression strength was low. It was also determined that there was segregation phenomenon in the local part of the pile body, and the structural integrity of the pile body was class Ⅱ. The ultrasonic wave method provides convenience for the quality inspection of pile body in solid engineering, but its accuracy is insufficient and needs to be verified by coring method.

pile foundation quality inspection; pile defects; coring method; ultrasonic wave method

1674-8085(2019)03-0076-06

U445

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2019.03.014

2018-12-26；

2019-01-10

安徽省高校自然科學(xué)研究一般項(xiàng)目（KJ2017B01）

*邸云菲(1991-)，女，安徽滁州人，助教，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)工程、基礎(chǔ)工程研究(E-mail:1455674314@qq.com);

袁楓斌(1991-)，男，寧夏人，助理工程師，碩士，主要從事隧道設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程研究(E-mail:906704919@qq.com);

陳佳偉(1991-)，男，安徽合肥人，助教，主要從事樁基檢測工作(E-mail:1509806075@qq.com);

陳俊雯(1991-)，女，安徽亳州人，滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院本科生(E-mail:793482300@qq.com);

杜乃德(1991-)，男，安徽滁州人，主要從事工程測繪工作(E-mail:1942028151@qq.com);