基于基樁完整性的多種檢測方法效果對比分析

錢芬芳

(1.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350108； 2.福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室 福建福州 350108)

0 引言

基樁是隱蔽性的地下基礎(chǔ)工程，能夠很好地把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地下土層，在整個構(gòu)筑物受力中起到至關(guān)重要的作用。基此，基樁工程施工檢測十分重要。但在工程實踐中，往往某種獨立的檢測方法已經(jīng)無法滿足基樁檢測需求，甚至出現(xiàn)漏判、誤判等情況，以致影響整個工程質(zhì)量[1]。

具體工程中的實際檢測，應(yīng)用超聲波透射法、低應(yīng)變檢測法、配合鉆芯法，充分利用實測數(shù)據(jù)對比分析，可以對基樁存在的缺陷大小、缺陷位置作出更科學(xué)、合理、精確的判斷，提高檢測結(jié)果精確度。文章通過對比分析，闡述說明各項檢測方法的局限性，論證基樁檢測應(yīng)采取多種手段綜合判斷、全方位分析觀點。

1 基樁檢測技術(shù)簡介

1.1 超聲波透射法

當(dāng)超聲波通過樁身混凝土?xí)r，遇到密實度不同甚至是較差的情況，例如斷樁、擴(kuò)徑、離析、縮頸、空洞等缺陷，根據(jù)波的傳播理論，這些缺陷可視為聲波的參數(shù)(波幅、聲速、頻率)發(fā)生變化，聲波的傳播會產(chǎn)生反射、折射、透射、繞射現(xiàn)象。波的能量改變，聲波將攜帶缺陷信號接收回儀器中，并根據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化，如振幅減少、聲時增大、聲波脈沖畸變等物理信息，間接反映灌注樁的混凝土質(zhì)量情況。

1.2 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波法的使用，是當(dāng)前基樁檢測中應(yīng)用最廣泛、效率最高、最為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。此種檢測技術(shù)應(yīng)用中，檢測人員需要向樁頂施加瞬態(tài)擊振力，由此產(chǎn)生應(yīng)力波，并沿樁身以波速縱向傳播，滿足一維波動理論，應(yīng)力波遇到彈性介質(zhì)變化的界面即波阻抗(如混凝土密度、 樁身截面面積、 應(yīng)力波波速)，一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播，另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播至樁端，在樁端處又產(chǎn)生反射。最后，通過樁頂安裝的傳感器對反射波信號進(jìn)行收集分析，顯示出速度時程曲線，工作人員通過這曲線狀態(tài)的變化、計算樁身波速以有效判斷出樁身的完整性或缺陷位置[2]。

1.3 鉆孔取芯法

鉆孔取芯檢測技術(shù)是一種有損檢測方法，特點是直接采用巖芯鉆探技術(shù)抽取樁身芯樣，檢測效率高、精確度高。此種方法一般適用于檢測樁徑≥800mm的混凝土灌注樁樁身強(qiáng)度、樁身長度和樁身完整性、樁端持力層性狀等方面的檢測。工作人員通過鉆取的砼芯樣膠結(jié)性狀、骨料的種類及均勻性和樁身底部土層的性狀的分析，通過芯樣切取試件在抗壓強(qiáng)度試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合記錄和試驗結(jié)果能夠有效判斷樁身是否完整。鉆芯法對大面積缺陷，例如空洞、夾泥、離析等研判效果顯著，而對橫向裂縫等小范圍缺陷有較大局限性。因此，鉆芯法一般只作為常規(guī)檢測的補(bǔ)充驗證方法。

1.4 三種檢測方法的比較

聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆孔取芯法優(yōu)缺點如表1所示。

表1 三種檢測方法優(yōu)缺點

2 三種檢測方法的工程應(yīng)用

2.1 實例1

該工程位于福建省某地，1#沖孔灌注樁樁長30.63m，樁徑1000mm，樁身混凝土強(qiáng)度為C30。 根據(jù)鉆孔揭露，樁周各巖土層自上而下分布有：①素填土、②粉質(zhì)粘土、③中砂、④卵石、⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑥中風(fēng)化花崗巖。

根據(jù)樁徑預(yù)埋3根聲測管[3]。1-2、1-3、2-3管間距分別為500mm、600mm、550mm。用聲波透射法檢測發(fā)現(xiàn)樁頂下3個剖面均在29.7m～30.10m處有明顯砼缺陷，如圖1～圖2所示。分析得出，每一個檢測剖面上，連續(xù)的多個聲測點PSD畸變嚴(yán)重。據(jù)實際的操作經(jīng)驗，若PSD超過臨界值6，且聲速、波幅明顯小于臨界值，可認(rèn)為此區(qū)域為異常區(qū)域?？拷鼧兜孜恢玫穆晫W(xué)參數(shù)有突變，初步判斷樁底存在離析情況。

圖1 1#樁聲波透射法左為1-2右為1-3剖面

圖2 1#樁聲波透射法2-3剖面

圖3 1#樁低應(yīng)變反射波法

利用低應(yīng)變反射波法對1#樁補(bǔ)測，圖3為低應(yīng)變時域曲線，波速取3900m/s，可以分析出激振后在2L/c之前沒有缺陷反射信號，波形較完整平滑，波形光滑、規(guī)律，無樁底子波反射，整體波形有“往下走”的趨勢，可初判該樁受樁身土阻力影響較大。

兩種檢測方法結(jié)果的不一致，讓工作人員心生疑慮，考慮到該樁的重要性，進(jìn)一步分析兩種檢測手段的差異，鉆芯法具有直觀性，對1#樁作鉆芯取樣觀察。圖4為1#樁芯樣圖示，29.7m～30.1m附近芯樣上看很直觀，膠結(jié)物質(zhì)較少，但大部分呈碎塊狀，局部混凝土芯樣骨料分布不夠均勻，可確定該部位離析。

圖4 1#樁鉆芯法樣本

經(jīng)過詢問現(xiàn)場施工人員，發(fā)現(xiàn)該灌注樁在施工過程中，為趕工期進(jìn)度，拔管過快，導(dǎo)致混凝土骨料不均，密實度不足。在樁基較長的情況，聲波透射法容易發(fā)現(xiàn)樁底缺陷，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法檢測，由于應(yīng)力波能量的衰減，且此樁由于土阻力的發(fā)揮，使得應(yīng)力波消減更為迅速，很難發(fā)現(xiàn)深部缺陷。此時，就需要結(jié)合多種方法進(jìn)行確定和驗證。鉆芯法的直接性可以彌補(bǔ)這一短處。

2.2 實例2

同一項目43#樁，樁長30.80m，樁徑1000mm，低應(yīng)變反射波法波形如圖5所示，9.0m處有與入射波同向的反射信號，并伴有多次反射，第二峰甚至高過第一峰，而且反射周而復(fù)始，初步判定該樁有明顯缺陷，43#樁在9.0m附近有嚴(yán)重離析或者斷裂現(xiàn)象。

圖5 43#樁低應(yīng)變結(jié)果

但對該樁進(jìn)行聲波透射法復(fù)測，不論從曲線(圖6)1-2剖面所示，還是從所計算的數(shù)值，均在正常范圍內(nèi)，可認(rèn)為聲波透射法檢測結(jié)果較為良好。到底是什么原因造成兩種檢測結(jié)果截然不同？

圖6 43#樁聲波透射法1-2剖面

分析后得出，檢測人員在試驗時未按規(guī)范[3]要求，每20cm設(shè)置一個測點，由于裂縫為橫向，范圍較小，聲波透射法對不敏感的橫向缺陷出現(xiàn)了漏檢現(xiàn)象。針對這一情況，檢測人員對該樁做鉆芯法查驗。根據(jù)圖7鉆芯法檢測結(jié)果表明，芯樣9m處出現(xiàn)斷裂，斷口不吻合，斷裂處砼膠結(jié)較差。后聲波透射法加密檢測，5cm一個測點，確實出現(xiàn)異常信息，證實了鉆芯法的可靠性。

綜上可見，檢測人員如果簡單地認(rèn)為一種檢測方法比另一種更為可靠，這是不合理也是不科學(xué)的。當(dāng)某種方法甚至兩種方法存有疑慮時，采取多種手段進(jìn)行驗證，更客觀、公正地得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖7 43#樁鉆芯法樣本

3 結(jié)語

由以上兩個實例可看出，超過有效檢測長度范圍的長樁，尤其在樁身周圍土阻力的影響下，其測試信號不能明確反映樁身下部和樁端情況。聲波透射法能夠很好地發(fā)現(xiàn)樁身檢測范圍內(nèi)的各個缺陷，尤其是對縱向缺陷比較敏感，并且能夠和取芯結(jié)果很好地對應(yīng)起來，一般情形下不會產(chǎn)生誤判、漏判情況。但是，對于樁身橫向缺陷，聲波透射法容易忽略，也是此項檢測方法的弊端。低應(yīng)變法卻是截然相反，對橫向缺陷反應(yīng)敏銳，縱向缺陷反應(yīng)遲鈍，兩者相互取長補(bǔ)短。一般情形下，可采取低應(yīng)變法進(jìn)行普測，并根據(jù)檢測結(jié)果適當(dāng)配合以聲波透射法、鉆芯法佐以輔助驗證，綜合檢測效果，定性缺陷類型，定量缺陷大小。

綜之，基樁工程綜合檢測技術(shù)具有非常必要的現(xiàn)實意義，聲波透射法、低應(yīng)變檢測方法以及鉆孔取芯檢測技術(shù)的配合應(yīng)用有助于提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確度。