灌注樁完整性檢測不同方法不同判定的情況分析

陳 挺 ，陳 皋

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.溫州市水利電力勘測設(shè)計(jì)院，浙江 溫州 325009）

在當(dāng)前工程建設(shè)中，隨著灌注樁基礎(chǔ)的廣泛應(yīng)用，灌注樁的完整性檢測工作也隨之展開。建設(shè)部頒發(fā)的JGJ 106 —2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中，灌注樁的完整性檢測方法有低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法和高應(yīng)變法。在工作中，經(jīng)常發(fā)生同一根基樁，不同檢測方法出現(xiàn)不同完整性類別判定的情況，本文就這種情況進(jìn)行討論。

1 常見的基樁完整性檢測方法

1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法是指在樁頂施加一個遠(yuǎn)小于樁的使用荷載的動態(tài)力（動荷載），動態(tài)力可以是瞬態(tài)沖擊力或穩(wěn)態(tài)激振力，樁 — 土系統(tǒng)在激勵下產(chǎn)生彈性波，并沿樁身方向傳導(dǎo)。傳感器接收、測量一段時間內(nèi)的動態(tài)信號（如速度、加速度信號）后，通過對信號的時域分析、頻域分析或傳遞函數(shù)分析，判斷樁身結(jié)構(gòu)的完整性。

低應(yīng)變法有反射波法、機(jī)械阻抗法、水電效應(yīng)法、動力參數(shù)法、共振法等，本文僅采用常見的低應(yīng)變反射波法進(jìn)行討論。

1.2 聲波透射法

聲波透射法是指在樁身中預(yù)埋聲測管，檢測時，在充水的2根聲測管中分別放入超聲發(fā)射和接收探頭，兩探頭置于同一高程或保持同一高差，同步提升或下降，測讀探頭間的聲時、波幅值及波形等聲學(xué)參數(shù)。根據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化了解樁的完整性、判定樁身缺陷的程度，確定其位置。

1.3 鉆芯法

鉆芯法是指采用巖芯鉆探技術(shù)和施工工藝，在樁身上沿長度方向鉆取混凝土芯樣及樁端巖土芯樣，通過對芯樣的觀察和測試，用以評價成樁質(zhì)量的檢測方法。

1.4 高應(yīng)變法

高應(yīng)變法與低應(yīng)變法較為相似，兩者的區(qū)別在于高應(yīng)變法作用在樁頂?shù)膭雍奢d遠(yuǎn)大于樁的使用荷載，能量較大，以保證樁土間產(chǎn)生一定的瞬時相對位移。高應(yīng)變法主要應(yīng)用于檢測基樁的豎向抗壓承載力，分析樁身完整性與低應(yīng)變法基本相同，且應(yīng)用較少，本文將不作為主要的討論方法進(jìn)行論述。

2 常見的缺陷不同檢測方法不同完整性類別的判斷

常見的灌注樁缺陷有:夾層、縮頸、橫截面裂縫、蜂窩、離析、樁端沉渣、孤石等，因?yàn)槿毕莸某潭燃拔恢貌煌?，各檢測方法均有可能出現(xiàn)不同的完整性類別判斷。

2.1 夾 層

形成夾層的主要原因是施工不當(dāng)，如澆筑時將導(dǎo)管拔出，管底密封不好導(dǎo)致進(jìn)水；可能2次灌注間隔時間過長形成斷層。

夾層物質(zhì)通常是泥、砂、碎石等，各種檢測方法通常都能準(zhǔn)確檢測。在低應(yīng)變檢測法中，反射波時域曲線表現(xiàn)為同向反射，且多次出現(xiàn)，時間間隔相等（見圖1）。在聲波透射法中，表現(xiàn)為聲速與波幅測值均明顯下降。鉆芯法則應(yīng)用于出現(xiàn)鉆進(jìn)迅速，冷卻水有明顯顏色變化等現(xiàn)象。3種完整性檢測方法結(jié)論的區(qū)別在于低應(yīng)變檢測法僅能反映夾層以上部位樁體情況，而聲波透射法和鉆芯法則能獲得全樁的情況。

2.2 橫截面貫穿裂縫

橫截面貫穿裂縫對樁體結(jié)構(gòu)來說和夾層一樣屬于斷樁，造成樁體橫截面貫穿裂縫的情況一般有2種:①土體滑動造成的剪力破壞，破壞深度通常由土體滑動面和樁體鋼筋籠疏密變化決定；②施工中使用挖機(jī)扒樁頭，破壞深度通常較淺，在基坑面以下2 m以內(nèi)。

2.2.1 低應(yīng)變檢測法

低應(yīng)變檢測法對橫截面貫穿裂縫的判定非常明確。對于第1種深度較深的貫穿裂縫，表現(xiàn)為反射波時域曲線多次等周期同向反射（見圖1）；對于第2種淺部裂縫，表現(xiàn)為反射波時域曲線形式與樁深部貫穿裂縫相似，但峰峰很密，有時疊加在一個低頻包絡(luò)線上，稱之為“大低頻”波形（見圖2）。2種情況均未出現(xiàn)樁底反射。

圖1 低應(yīng)變法深部夾層或開裂典型圖

圖 2 低應(yīng)變法淺部開裂典型圖

2.2.2 聲波透射法

聲波透射法檢測橫截面貫穿裂縫有不確定性。檢測時，在充水的2根聲測管中分別放入超聲發(fā)射和接收探頭，兩探頭置于同一高程或保持同一高差，同步提升或下降，因此當(dāng)裂縫面與檢測剖面平行時，裂縫無法被檢測到；只有當(dāng)裂縫面穿過檢測剖面時，裂縫才能被檢測到（見圖3）。

圖3 聲波透射法檢測與裂縫走向示意圖

2.2.3 鉆芯法

鉆芯法分濕鉆和干鉆。通常采用的濕鉆取芯時，裂縫面被誤認(rèn)為普通的芯樣斷裂縫而被錯過，因此橫截面貫穿裂縫無法被發(fā)現(xiàn)。采用干鉆取芯時，橫截面貫穿裂縫面通常帶水，相較普通的芯樣斷裂縫差異明顯。

2.3 縮 頸

灌注樁縮徑是指灌注樁局部橫截面面積小于設(shè)計(jì)橫截面面積所形成的缺陷。

2.3.1 低應(yīng)變檢測法

縮頸處截面變小，波阻抗減小，反射波時域曲線表現(xiàn)為與入射波同相的反射，波形比較規(guī)則，波速正常。樁頂以下3.2 m處存在一個典型的縮頸缺陷（見圖4）。

圖 4 低應(yīng)變法縮頸圖

2.3.2 聲波透射法

縮頸缺陷對聲波透射法構(gòu)成的結(jié)論較為復(fù)雜，由于聲波檢測只能是檢測2個及以上聲測孔所包括范圍內(nèi)的樁體質(zhì)量，因此Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類樁的情況均有可能出現(xiàn)。

當(dāng)縮頸范圍僅位于樁體邊緣（見圖5），未進(jìn)入測試孔測試范圍，將不能發(fā)現(xiàn)該縮頸缺陷，樁基完整性類型被判定為Ⅰ類；當(dāng)縮頸范圍部分進(jìn)入測試孔測試范圍，影響且只影響1個檢測剖面（見圖6），則被判定為Ⅱ類；當(dāng)縮頸范圍部分進(jìn)入測試孔測試范圍并影響多個檢測剖面，且連續(xù)數(shù)個測量深度時，則被判定為Ⅲ類（見圖7）。

圖5 縮頸聲波透射法評定基樁完整性類型為Ⅰ類圖

圖6 縮頸聲波透射法評定基樁完整性類型為Ⅱ類圖

圖7 縮頸聲波透射法評定基樁完整性類型為Ⅲ類圖

2.3.3 鉆芯法

在鉆芯法中分為單孔取芯、兩孔取芯和三孔取芯。

單孔取芯在遇到縮頸缺陷時，一般會出現(xiàn)2種結(jié)論:①鉆芯孔未穿過縮頸區(qū)域，樁基完整性類型被判定為Ⅰ類；②鉆芯孔過縮頸區(qū)域，視芯樣破碎情況，樁基完整性類型可能為Ⅱ類、Ⅲ類。兩孔取芯在遇到縮頸缺陷時，根據(jù)JGJ 106 — 2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》:任一孔局部混凝土芯樣破碎段長度不大于10 cm，且在另一孔同一深度部位的局部混凝土芯樣的外觀判定完整性類別為Ⅰ類或Ⅱ類，否則應(yīng)判為Ⅲ類或Ⅳ類。三孔取芯在遇到縮頸缺陷時，根據(jù)JGJ 106 — 2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》:任一孔局部混凝土芯樣破碎段長度不大于10 cm，且在另兩孔同一深度部位的局部混凝土芯樣的外觀判定完整性類別為Ⅰ類或Ⅱ類，否則應(yīng)判為Ⅲ類或Ⅳ類。

2.4 混凝土內(nèi)蜂窩、溝槽

基樁混凝土內(nèi)不同程度的存在氣孔、蜂窩、溝槽等現(xiàn)象，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有:①基樁混凝土屬于自沉式混凝土，在沒有振搗，僅依靠自重壓實(shí)的情況下，氣孔、蜂窩難以避免；②在基樁施工過程中，混凝土澆筑導(dǎo)管在混凝土澆筑過程中緩緩上移，也會留下氣孔、蜂窩，甚至溝槽的現(xiàn)象。

2.4.1 低應(yīng)變檢測法

低應(yīng)變檢測法對混凝土內(nèi)氣孔、蜂窩、溝槽的檢測是不敏感的?；炷羶?nèi)氣孔、蜂窩、溝槽對所在面截面相對變化小，波阻抗變化也小，反射波時域曲線反映不明顯。

2.4.2 聲波透射法

聲波透射法對混凝土內(nèi)氣孔、蜂窩、溝槽區(qū)域的檢測主要表現(xiàn)在波幅的變化上?；炷羶?nèi)的混凝土內(nèi)氣孔、蜂窩不會使聲波波速明顯降低，但卻使聲波能量明顯衰減（散射），接收波振幅明顯下降。當(dāng)出現(xiàn)溝槽時，聲波波速降低，但是不明顯。

2.4.3 鉆芯法

鉆芯法是檢測混凝土內(nèi)氣孔、蜂窩、溝槽的最直觀、有效的手段，但鉆芯位置對基樁樁體混凝土質(zhì)量評價有直接影響，為避開混凝土澆筑導(dǎo)管附近的混凝土質(zhì)量相對較差、不具有代表性的部位，JGJ 106 — 2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》就有相關(guān)規(guī)定:“當(dāng)鉆芯孔為1個時，宜在距樁中心10 ～ 15 cm的位置開孔，當(dāng)鉆芯孔為2個或2個以上時，開孔位置宜在據(jù)樁中心0.15D ～ 0.25D范圍內(nèi)均勻?qū)ΨQ布置?！?/p>

2.5 混凝土離析

混凝土離析是混凝土拌合物組成材料之間的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，混凝土拌合物成分相互分離，造成內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)不均勻的現(xiàn)象。造成離析的主要因素包括混凝土配合比不當(dāng)、攪拌及振搗不勻、灌注時受地下水影響等。

2.5.1 低應(yīng)變檢測法

對于單樁或基樁數(shù)量較少、樁長數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差的情況，低應(yīng)變法用于判斷混凝土離析難度較高。對于群樁，低應(yīng)變法通常有效。

樁體混凝土離析區(qū)段混凝土密度和應(yīng)力波傳播速度較正常混凝土小，導(dǎo)致波阻抗降低，出現(xiàn)同相反射，這與樁體縮頸類似，但離析區(qū)段反射波形一般有以下特征:波形不規(guī)則、后續(xù)信號雜亂、反射波形頻率降低、計(jì)算得到的波速偏小；當(dāng)離析區(qū)域較小時，一般能見到樁底信號；當(dāng)離析較嚴(yán)重時，樁底信號就不明確了。

2.5.2 聲波透射法

聲波透射法也能檢測混凝土離析現(xiàn)象。離析造成樁身某處粗骨料大量堆集，而鄰近部位砂漿多骨料少的情況。粗骨料多的部位，由于粗骨料本身波速高，往往所測部位聲速測值并不低，但由于粗骨料多，聲學(xué)界面多，對聲波的反射、散射加劇，波幅測值降低。粗骨料少砂漿較多的部位正好相反:聲速測值下降（純砂漿一般波速在3 700 ～ 3 900 m/s），波幅測值不會下降，有時高于附近測值，這是因?yàn)榇止橇仙?，聲波被反射、散射較少。

2.5.3 鉆芯法

鉆芯法同樣可以檢測混凝土離析現(xiàn)象。對于離析造成樁身某處砂漿少骨料多的部位，離析不嚴(yán)重時能夠把芯樣取出并看到，離析較嚴(yán)重時，往往鉆進(jìn)過程中進(jìn)尺極慢，且無法獲得成型芯樣，采樣率低，這是因?yàn)殂@進(jìn)過程中粗骨料破碎跌落至孔底，粗骨料又極為堅(jiān)硬的緣故。對于粗骨料少而砂漿較多的部位，鉆進(jìn)過程中進(jìn)尺快，獲得芯樣可以被明確觀察到。

2.6 樁端沉渣

當(dāng)對嵌巖樁進(jìn)行完整性檢測時，因?yàn)闃抖顺猎亩嗌賹η稁r樁豎向承載力的發(fā)揮有著決定性的影響，所以對樁端沉渣的判斷是重要的檢測內(nèi)容。

2.6.1 低應(yīng)變檢測法

低應(yīng)變檢測中樁端反射是由樁底的巖石與樁體混凝土的波阻抗變化決定的。通常反射波時域曲線出現(xiàn)以下3種樁端反射情況表明嵌巖樁入巖情況較好或者樁端沉渣較少:①樁端反射不清晰；②反向反射；③先反相后同向反射。當(dāng)樁端反射為明顯的同向反射時，表明樁端存在明顯沉渣，需引起重視。總的來說，低應(yīng)變檢測法對樁端沉渣能作出定性判斷，是一種有效的檢測手段。

2.6.2 聲波透射法

對聲波透射法來說，沉渣是一種松散的介質(zhì)，其聲速測值很低（2 000 m/s以下），對聲波的衰減相當(dāng)劇烈，所以在樁端部位出現(xiàn)聲速和波幅劇烈下降的情況必然是沉渣的反應(yīng)。

但是對嵌巖樁進(jìn)行超聲波檢測沒有發(fā)現(xiàn)沉渣反應(yīng)，也不代表沒有沉渣。當(dāng)聲測管人為或客觀原因未被插至樁底時（見圖8），樁端部位對聲波透射法則是一片盲區(qū)，無法檢測到。

圖8 聲波透射法無法檢測樁端沉渣示意圖

2.6.3 鉆芯法

鉆芯法是檢測樁端沉渣的有效手段，通過鉆芯，能確定樁底沉渣的厚度、種類以及樁端基巖的類型。

2.7 孤 石

孤石是影響嵌巖樁成樁質(zhì)量的重要因素。①低應(yīng)變檢測法:低應(yīng)變檢測法檢測孤石和對樁端沉渣的檢測是一致的，區(qū)別在于孤石面的端反射較樁端位置深，在反射波時域曲線出現(xiàn)的是明顯的同向反射。②聲波透射法:孤石不在聲測管的安裝范圍內(nèi)，因此聲波透射法無法檢測孤石。③鉆芯法:正常情況下，鉆芯法也無法確定孤石的存在，只有在低應(yīng)變檢測法存疑時，通過鉆芯獲得確認(rèn)。

孤石是檢測工作中易被忽視的部分，但發(fā)現(xiàn)孤石并不難，通過研究工程地質(zhì)報(bào)告，了解基巖走向，在基樁檢測過程中發(fā)現(xiàn)1根或幾根基樁較周邊基樁明顯偏短，就可以確定孤石的存在，并采取合適的檢測手段予以確定。

3 結(jié) 語

（1）任何一種檢測方法，都有其局限性，在實(shí)際工作中宜采用合適的方法對基樁進(jìn)行檢測。

（2）當(dāng)出現(xiàn)疑問樁時，應(yīng)采取2種及2種以上方法對缺陷類型進(jìn)行判定。

（3）相關(guān)地質(zhì)報(bào)告是基樁檢測的重要資料，能夠幫助確定基樁的缺陷類型。