影響水利工程樁基檢測質(zhì)量的因素探討

鄧凱斌

摘 要：水利工程質(zhì)量的優(yōu)劣及其能否發(fā)揮設(shè)計(jì)的效益、功能，在很大程度取決于該工程樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量，甚至直接關(guān)系到該工程的成敗。因而對(duì)水利工程樁基的檢測，各參建單位一直很重視，如何提高樁基檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和效率，從而對(duì)施工質(zhì)量的有效判定及是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這就需要檢測人員具備較強(qiáng)專業(yè)檢測能力和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗(yàn)。本文是在筆者根據(jù)多年的水利工程樁基檢測經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響水利工程樁基檢測質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施，希望對(duì)提高水利工程樁基檢測質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：水利工程;樁基;檢測;質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TU473.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0115-02

萬丈高樓平地起，而平地之下的樁基礎(chǔ)才是重中之重。樁基礎(chǔ)工程本身的質(zhì)量就決定了工程主體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。樁基礎(chǔ)本身屬于隱蔽工程，施工質(zhì)量較難控制，且存在問題后憑目檢也難于發(fā)現(xiàn)。往往需要專業(yè)檢測設(shè)備、采用多種檢測方式來保證樁基的檢測質(zhì)量。

1 水利工程樁基礎(chǔ)

水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害興利目的而修建的工程[1]。水利工程的建筑形式比較多，主要有大壩、堤防、水電站、泵站、溢洪道、水閘、渡漕等，這些建筑物一般工程量大、投資多、工期長且施工條件復(fù)雜、受自然條件影較大。萬一失事后果嚴(yán)重、對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活影響很大。水利工程樁基主要有灌注樁、管樁、水泥土攪拌樁。

2 樁基質(zhì)量檢測的方法

為了了解水利工程中應(yīng)用的灌注樁、管樁、水泥土攪拌樁施工質(zhì)量，主要檢測方法有靜載法、高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、超聲波透射法和鉆孔抽芯這五種方法。

靜載法是指在樁頂部逐級(jí)施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時(shí)間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗(yàn)方法[2]。

高應(yīng)變法用重錘沖擊樁頂，實(shí)測樁頂部的速度和力時(shí)程曲線，通過波動(dòng)理論分析，對(duì)單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法[2]。

低應(yīng)變法低應(yīng)變法是采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測樁頂部的速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過波動(dòng)理論分析或頻域分析，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法[2]。

超聲波透射法由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)發(fā)高頻彈性脈沖波，用高精度接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波達(dá)到該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低;當(dāng)混凝土內(nèi)部存在松散、蜂窩孔洞等缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射，根據(jù)波的初始到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特征，從而獲取測得范圍內(nèi)混凝土的聲學(xué)參數(shù)。

鉆孔抽芯法是利用鉆孔機(jī)械在樁體中取出芯樣，一般是通長鉆孔，通過芯樣觀測樁的完整性、樁長、樁底沉碴厚度、樁底巖土層性狀等，通過芯樣切取試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來推定樁體強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

水利工程中根據(jù)檢測目的對(duì)這五種檢測方法一般按表1進(jìn)行選擇。

檢測前應(yīng)掌握工程地質(zhì)勘察資料、樁基礎(chǔ)施工平面圖、樁基設(shè)計(jì)資料和施工記錄及相關(guān)的樁基技術(shù)資料。

3 水利工程中樁基檢測方法的選擇

水利工程中樁基檢測一般同時(shí)采用2-3種檢測方式：

灌注樁：主要有靜載、低應(yīng)變組合;靜載、鉆孔抽芯組合;靜載、超聲波透射法組合;高應(yīng)變法、鉆孔抽芯組合;高應(yīng)變法、超聲波透射法組合。

管樁：主要有靜載、低應(yīng)變組合;高應(yīng)變。

水泥土攪拌樁：靜載、鉆孔抽芯組合。

灌注樁由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，5種方式都可以進(jìn)行檢測，但每種檢測方式的側(cè)重點(diǎn)不同，如果現(xiàn)場條件許可，對(duì)于設(shè)計(jì)承載力不大于8000kN的樁采用靜載為主結(jié)合鉆孔抽芯或超聲波透射法檢測都能較全面地反應(yīng)樁基的質(zhì)量;如果現(xiàn)場條件不許可，采用以高應(yīng)變?yōu)橹鹘Y(jié)合抽芯或超聲波透射法及樁底的實(shí)際地質(zhì)情況研判樁的質(zhì)量也是可取的;如果主要是檢測承載力可以采用靜載、低應(yīng)變組合，能夠判明樁的承載力是否符合設(shè)計(jì)要求及樁的缺陷情況和位置。對(duì)于設(shè)計(jì)承載力大于8000kN的樁，如做靜載檢測費(fèi)用會(huì)很高，常常采用高應(yīng)變法、超聲波透射法組合。

管樁由于是空心的，管壁也不是很厚，一般情況下是采用靜載為主結(jié)合低應(yīng)變進(jìn)行檢測。如果受現(xiàn)場檢測條件等限制常常也只用高應(yīng)變進(jìn)行檢測。

水泥土攪拌樁由于樁身較軟聲阻抗大，聲波在其內(nèi)部傳播的距離十分有限，故高應(yīng)變、低應(yīng)變及超聲波透射法在此類樁中完全不適用，因而靜載、鉆孔抽芯組合是科學(xué)有效的檢測，能較全面地反應(yīng)樁基的質(zhì)量。

4 各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

靜載法在一般情況是檢測樁基承載力最直接有效的方法，優(yōu)點(diǎn)是檢測數(shù)據(jù)直觀、可靠。缺點(diǎn)是水利工程往往比較偏遠(yuǎn)，荷載等交通運(yùn)輸困難，現(xiàn)場地質(zhì)條件較差運(yùn)輸車輛及吊車難以靠近樁位，有時(shí)現(xiàn)場位置狹窄沒有堆載的空間。因而有些項(xiàng)目如果要做靜載就要花費(fèi)較多的時(shí)間及費(fèi)用做準(zhǔn)備條件，且靜載試驗(yàn)費(fèi)用也較高。檢測過程時(shí)間長且抽檢率低。水利工程一般工期都很緊，所以在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)兩方面的壓力下，委托方往往放棄此種檢測方式。對(duì)于攪拌樁等小噸位的靜載試驗(yàn)，一般可以就地取材，用現(xiàn)場的砂土作為荷載、用挖機(jī)作為裝卸及吊裝工具來解決。對(duì)于大噸位靜載試驗(yàn)如果不具備檢測條件，則只能改變檢測方法。在軟基中的管樁和水泥土攪拌樁，在打完樁后或在堆載過程中，通常發(fā)現(xiàn)樁體有上浮的現(xiàn)象，這是由于在打完樁后樁周土體回縮和樁周附近施工車輛行走或靜載配重等導(dǎo)至深層土體變形和位移。樁體上浮嚴(yán)重影響了靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這種情況的樁，在檢測前進(jìn)行一定程度預(yù)壓（預(yù)壓加載量為樁頂沉降能基本穩(wěn)定1小時(shí)即可，且不應(yīng)超過最大加載量的三分之一），然后油表壓力卸載至0，位移傳感器全部預(yù)壓4cm。再加載開始正式試驗(yàn)記錄。這樣基本消除了樁體上浮對(duì)檢測數(shù)據(jù)的影響。

高應(yīng)變法是實(shí)測樁頂部的速度和力時(shí)程曲線，通過波動(dòng)理論分析，來推算樁基的承載力。優(yōu)點(diǎn)這種方法不但能檢測承載力還能反應(yīng)樁內(nèi)部的缺陷情況，且操作相對(duì)簡單快捷，由于能量大可以檢測出樁身較深處的缺陷，動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)不僅反映樁-土特性，而且和動(dòng)載作用強(qiáng)度、頻譜成分和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，從而計(jì)算分析單樁承載力。但這種方檢測承載力是一種間接方法，在計(jì)算時(shí)，設(shè)置樁周和樁底的地質(zhì)參數(shù)往往是根據(jù)設(shè)計(jì)單位地勘和施工單位提供的資料進(jìn)行確定，這樣常常與實(shí)際情況差別較大導(dǎo)致結(jié)果誤差也大。另外樁頭的處理、錘擊設(shè)備和錘擊能量的選擇、錘墊的選用、傳感器的安裝、落距對(duì)中等這些都會(huì)對(duì)檢測結(jié)果產(chǎn)生較大影響。因而在高應(yīng)變法檢測時(shí)除了在各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控外，做少量靜載進(jìn)行比對(duì)校正也是主要考慮的措施。

低應(yīng)變法主要是通過記錄應(yīng)變波在樁內(nèi)的傳播及反射情況來判斷樁的完整性及缺陷情況和位置。該方法操作方便快捷、檢測費(fèi)用低廉。但這種方法由于激振的能量低只能檢測出樁頂部分的缺陷且無法得出樁的承載力情況。對(duì)于中間有接頭的樁聲波往往傳播不到樁低，對(duì)于長徑比較大的樁，樁底反射波難以傳到樁頂被傳感器接收，正因如此，對(duì)于管樁（特別是中間有接樁的）及小斷面方樁經(jīng)常檢測不到底波。且對(duì)縱向裂縫和水平裂縫的檢出率低，實(shí)際長度及缺陷深度位置計(jì)算存在誤差，同樣樁頭的處理、錘擊，設(shè)備和錘擊能量的選擇、錘墊的選用、傳感器的安裝、落距位置等這些也會(huì)對(duì)檢測結(jié)果產(chǎn)生較大影響。由于該檢測方式只能反映樁頂部分的缺陷情況，檢測范圍及指標(biāo)有限，建議該檢測僅作為靜載或高應(yīng)變的輔助檢測。

超聲波透射法常用于混凝土灌注樁，通過預(yù)埋測聲管利用超聲波進(jìn)行檢測，具有檢測儀器輕便、抗干擾能力強(qiáng)、觀測準(zhǔn)確度高、結(jié)果直觀可靠，在樁身中上下移動(dòng)測試，可詳細(xì)查明樁身混凝土內(nèi)部的缺陷性質(zhì)、缺陷位置、缺陷范圍及缺陷的嚴(yán)重程度等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)缺陷的性質(zhì)及位置判別明顯優(yōu)于高、低應(yīng)變檢測方式。但此種方式最大的缺點(diǎn)無法獲得樁的承載力數(shù)據(jù);另外在實(shí)際操作中測聲管很難保持絕對(duì)垂直、平行，如測聲管固定、連接不好，可能會(huì)造成成嚴(yán)重傾斜、彎折、翹曲，使同一剖面內(nèi)各測點(diǎn)的測距發(fā)生很大的差異[3]，導(dǎo)致推算的聲速與所測剖面的實(shí)際聲速差別很大，從而引起誤判;還有一點(diǎn)是，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)測聲管上部或中間被水泥塊或其它異物封堵，檢測無法進(jìn)行。采取的措施，重視測聲管的安裝質(zhì)量、做好測聲管的保護(hù)措施，對(duì)聲測管出現(xiàn)的傾斜情況進(jìn)行管距修正。如果要獲得明確的承載力，可以做少量靜載或高應(yīng)變。

鉆孔抽芯法是通過取出的芯樣進(jìn)行觀測，來了解樁的完整性和樁底沉碴厚度以及樁端持力層的情況，是評(píng)價(jià)樁身強(qiáng)度比較直觀可靠的方法。缺點(diǎn)是：（1）此種方法由于取出的芯樣有限，對(duì)樁的局部缺陷和水平裂縫等判斷就不一定準(zhǔn)確;（2）抽芯有一定破壞性對(duì)樁的承載力有一定影響;（3）對(duì)長徑比較大的樁容易鉆到樁體外，難以抽到樁底芯樣;（4）偶爾碰到豎向鋼筋，再向下鉆進(jìn)困難;（5）對(duì)于水泥土攪拌樁，由于本身強(qiáng)度較低，在鉆取過程中往往對(duì)芯樣會(huì)造成較大的擾動(dòng)和破壞，不能反映樁的真實(shí)質(zhì)量。鑒于以上情況，采取的措施：（1）在檢測前對(duì)樁的情況進(jìn)行細(xì)致了解;（2）選取適宜的取樣機(jī)械;（3）在取樣過程中保證鉆桿的垂直度;（4）采用具有豐富取芯經(jīng)驗(yàn)的操作人員;（5）根據(jù)樁的性質(zhì)類型采用靜載或高應(yīng)變等方法結(jié)合進(jìn)行。

5 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的水利工程中，樁基檢測的方法主要有這5種，但是其優(yōu)缺點(diǎn)也非常的明顯，有些方法采取一定的應(yīng)對(duì)措施后能明顯提高檢測質(zhì)量和效率。在具體的工程檢測實(shí)踐中，需要考慮到現(xiàn)場的實(shí)際條件，分析各方面的具體因素，選擇2～3種檢測方法來綜合分析評(píng)定樁基的施工質(zhì)量和承載力，水利工程基礎(chǔ)的安全性和可靠性就能得到有效保證。

參考文獻(xiàn)

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