多種方法檢測橋梁樁樁身質(zhì)量方案

楊筆將

（上海匯谷巖土工程技術有限公司，上海市 201108）

0 引 言

基樁作為承擔建設工程（工業(yè)與民用建筑工程、橋梁工程等）上部荷載的主要構(gòu)件，其質(zhì)量直接影響到整體的安全和使用功能。

樁身承載力和完整性[1]檢測是檢驗樁身質(zhì)量是否達到設計要求的重要技術指標，目前檢測樁身承載力的主要檢測方法有單樁豎向抗壓靜載荷試驗[1]、高應變法[1]。檢測樁身完整性的主要方法有低應變法[1]、高應變法、聲波透射法[1]和其他輔助驗證方法（例如鉆芯法[1]、孔內(nèi)攝像法[2]、磁測井法[2]、開挖直接觀察法等）綜合判定。

上述檢測方法各自具有一定的優(yōu)勢，同時又各自存在局部盲區(qū)。對于橋梁樁工程中樁數(shù)較少且單樁質(zhì)量要求高的特點，在實際運用中既要顧及工期時效和經(jīng)濟效益，也要達到較全面掌握樁身質(zhì)量情況的目的，有必要在施工前制定多種檢測手段綜合判定的方案，避免誤判或漏判。

1 各檢測方法的優(yōu)勢及盲區(qū)

低應變法具有儀器設備相較其他檢測方法小巧輕便、操作簡便快速的特點，適合大范圍、多數(shù)量快速檢測工作的需要。但遇樁側(cè)土阻及阻尼耦合等以及非不利缺陷（即不影響承載力和耐久性的缺陷）的樁身截面尺寸變化（如鉆孔灌注樁擴徑），會不同程度影響采集數(shù)據(jù)。另外存在有效檢測范圍，根據(jù)各地地基差異統(tǒng)計長徑比30～50、樁長30～50 m[1]不等。諸如前述影響因素易造成誤判或漏判。

聲波透射法通常用于樁長大于40 m、樁徑大于0.8 m的樁的檢測，可全樁身段檢測，但前提是與埋設的聲測管通順，遇堵管或儀器探頭被卡亦或嚴重管斜則將無法檢測。另外由于聲測管埋設于鋼筋籠內(nèi)側(cè)，故對樁身截面以外區(qū)域探測敏感度降低，也會造成誤判或漏判。

鉆芯法通過可芯樣狀態(tài)和截取芯樣測試抗壓強度，直接了解樁身混凝土及澆筑效果。但由于樁身成樁施工中的垂直度與鉆機取芯時的垂直度之間的夾角，造成取芯過程中偏出樁身外，以至未能鉆取整根樁長芯樣的情況。另外，鉆頭取芯面積相對于樁截面面積仍然顯得不足，若樁身內(nèi)的缺陷只位于局部而存在于非整斷面處時，則往往取芯不一定取到缺陷處的混凝土，有“一斑窺豹”的局限性。

高應變在試驗場地要求、選擇試樁位置、測試時長等相對于靜載荷試驗更方便，即可通過勘察報告提供各土層參數(shù)計算出被檢樁的承載力，也可測得樁身的完整性。但在計算承載力時數(shù)值允許調(diào)整，故受計算人員經(jīng)驗及工程認知因素影響較多。另外因受高應變應力波長影響，對淺部的輕微缺陷敏感度有所降低，也會造成一定的誤判或漏判。

靜載荷試驗可直接測試到單樁承載力。其試驗裝置較大，安裝工藝及工序復雜，試驗周期較長，試樁位置對場地要求較多，且缺陷位于樁身深度難以判斷。

2 工程概況

上海市某區(qū)城市河道整改工程涉及越河橋梁若干座。其中兩座橋梁參考城市支路設計，人機非混行，不設置梯道?？拐鹪O防類別D類，主橋按照C類驗算，但不控制設計。主線橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土變截面連續(xù)梁，單箱單室斷面。主橋下部結(jié)構(gòu)主墩為矩形斷面，混凝土承臺下接樁基礎；邊墩為雙柱斷面，混凝土承臺，下接樁基礎。主線橋引橋上部結(jié)構(gòu)采用標準跨徑的預應力先張法大鉸縫空心板。主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩為預應力蓋梁，矩形獨柱，混凝土承臺，下接鉆孔灌注樁或PHC樁[5]基礎；橋臺為輕型橋臺，下接鉆孔灌注樁基礎。鉆孔灌注樁采用C30水下混凝土，PHC樁為C80混凝土。

主橋主墩單樁荷載較大，靜載荷試驗推薦采用錨樁法[1]或堆錨聯(lián)合法[1]。主橋邊墩及引橋單樁荷載較小，推薦采用堆載法。主橋鉆孔灌注樁試樁均要求完成樁端壓漿后再進行靜載荷試驗，且聲測管[2]兼作壓漿管。

3 樁身質(zhì)量檢測方案

3.1 檢測技術方案編制原則

鑒于橋梁樁涉及單樁承載力高、每個橋墩下承臺設計布樁數(shù)量少、單樁樁身質(zhì)量要求高的特點，預防某一檢測條件不具備可操作要求出現(xiàn)的空缺，針對樁身完整性、承載力檢測成果覆蓋范圍及技術閉合的需求，并為設計提供工藝性依據(jù)以及以設計要求的原則編制檢測技術方案。本文受篇幅和主要觀點的限制，故僅選取針對該工程特點的部分，通用技術要求不做列舉。

3.2 成孔檢測[2]

為了解鉆孔灌注樁是否達到設計要求，指導成孔施工工藝，每個單位項目的鉆孔灌注樁的每種樁徑在施工前，應選擇代表性地質(zhì)區(qū)域進行第一例試成孔試驗（非工程樁），若不滿足需調(diào)整施工參數(shù)重做直至滿足為止，檢測完成后需立即回填。第一例試成孔檢測周期根據(jù)成樁周期、地質(zhì)條件、商業(yè)混凝土供應情況綜合確定，可檢測至孔壁明顯變形（孔徑指標低于設計要求）時或至少不低于24 h，檢測時間間隔為3 h。

若第一例試成孔試驗已滿足要求，則再在同樁徑的靜載荷試驗的錨樁（第一根工程樁）上進行第二例試成孔試驗。檢測周期不低于18 h（檢測期間若遇孔徑指標低于設計要求時，應終止檢測并立即開始掃孔、清孔，復檢達到設計要求后進而轉(zhuǎn)入下籠灌注作業(yè)），檢測時間間隔為3 h。試成孔在同一條件下不少于2孔（同時區(qū)分不同地質(zhì)、兼顧不同設計規(guī)格及施工班組）。第一例試成孔試驗檢測24 h（間隔時間為3 h）為9孔·次，第二例試成孔試驗檢測18 h（間隔時間為3 h）為7孔·次；共16孔，檢測128孔·次。

之后正式進入工程樁施工階段，對所有鉆孔灌注樁均需進行成孔質(zhì)量檢測。

3.3 樁身完整性檢測

3.3.1 聲波透射法檢測

對于樁長不小于45 m的鉆孔灌注樁采用聲波透射法檢測其完整性。在鋼筋籠下放時同步安裝聲測管，聲測管采用 ?50鋼管，聲測管的采購、驗收與安裝必須符合《混凝土灌注樁用鋼薄壁聲測管及使用要求》（JT/T 705—2007）中的相關要求，同時滿足壓漿管專用工業(yè)產(chǎn)品要求（聲測管兼作壓漿管使用），其壁厚不小于3.5 mm。聲測管具體要求如下：

（1）管身不得有破損，管內(nèi)不得有異物。

（2）接頭處具有足夠的水密性，在較高的靜水壓力下不漏漿。

（3）內(nèi)壁保持平整通暢，不應有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨礙探頭的上下移動。

（4）聲測管應一直埋到樁底，聲測管底部應密封，以保證不漏漿造成管道不通暢為原則；如果受檢樁不是通長配筋，則在無鋼筋籠處的聲測管間應設加強箍，以保證聲測管的平行度。

（5）聲測管的上端應用螺紋蓋或木塞封口，以免落入異物，阻塞管道。

（6）檢測前將樁頂破至設計標高，再將伸出樁頂?shù)穆暅y管切割到統(tǒng)一標高，聲測管管口高出試樁樁頂500 mm，向管內(nèi)注滿清水。

（7）聲測管平面布置按設計要求，每樁不少于三管等分布置。

每根被檢樁完成聲波透射法檢測才可以進行樁底壓漿施工。鉆孔灌注樁樁身完整性檢測時，混凝土強度不應低于設計強度的70%，且不應低于15 MPa[1]。

當超聲波透射法檢測前出現(xiàn)堵管時，應采取如下措施：

（1）疏通聲測管。

（2）確實無法疏通后，對于樁長不大于45 m的樁，可以采用低應變法作為完整性補充檢測手段；其他樁則采用高應變法作為完整性補充檢測手段。

（3）對樁身完整性有疑問時，可視具體情況采用開挖驗證（淺部缺陷）、鉆孔取芯（中部及以淺全截面缺陷）、高應變（疑似樁底沉渣過厚等缺陷）等檢測手段進一步驗證。

3.3.2 低應變法檢測

對于所有樁長不大于45 m，同時樁徑不大于1.2 m的鉆孔灌注樁采用低應變法檢測樁身完整性；另外該工程所有PHC樁均不大于45 m，且樁徑均不大于0.6 m，故也采用低應變法檢測樁身完整性。

（1）灌注樁要求受檢樁樁頂標高在設計樁頂標高位置，且樁頭的材質(zhì)、截面尺寸與樁基本相同；受檢樁做好樁頭處理，鑿去樁上部疏松的混凝土，露出密實混凝土，并鑿平。在樁頂布置的測區(qū)，即激振點和傳感器安裝處需要用便攜式砂輪機磨平?50 mm的平面，激振點布置在樁中心，測點沿樁中心呈均勻分布，距樁中心2/3樁半徑處[1]，為免對信號產(chǎn)生干擾應避開鋼筋籠的主筋。測區(qū)示意如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁低應變法測區(qū)示意圖

（2）PHC樁應保持端板的完整且全部暴露，并清理干凈無積水、無水泥土等雜物覆蓋；若截樁應采用專用截樁設備施工（截樁高按設計要求），并保持截樁斷面的平整且無積水。作為測區(qū)的激振點和傳感器安裝位置呈90°方向，并位于1/2壁厚處[1]。測區(qū)示意如圖2所示。

圖2 PHC樁低應變法測區(qū)示意圖

3.4 單樁承載力檢測

單樁承載力采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗和高應變法（即動、靜對比）聯(lián)合驗收，地面橋采用高應變法進行單樁承載力驗收。

3.4.1 靜載荷檢測數(shù)量

主橋邊墩?1.0 m鉆孔灌注樁為2根，引橋?0.8 m鉆孔灌注樁為4根，中墩因不滿足試驗場地條件將采用高應變。

（1）靜載荷反力裝置根據(jù)試樁場地具體情況，可采用堆載法或錨樁法（通用方法不再列舉）。

（2）因試驗時樁頂荷載承載量最大，故所有灌注樁靜載試樁均需要制作樁帽[2]，防止樁頂試驗過程中破損，造成返工影響工期。具體如下：

a.先鑿除樁頂?shù)蛷姸然炷粱蚋{，且至少鑿至樁身澆筑停止面以下50 cm處。

b.接長主筋至樁頂保護層下，保護層厚度50 mm，在近樁頂部位設置加強鋼筋網(wǎng)片（見圖3）。

圖3 靜載荷試驗試樁樁帽制作示意圖

3.4.2 高應變檢測數(shù)量

當聯(lián)合驗收時，高應變法檢測抽檢數(shù)量不少于相應規(guī)格樁基總數(shù)的3%，且不少于5根；當采用高應變法進行單樁承載力獨立驗收時，抽檢數(shù)量不少于相應規(guī)格樁基總數(shù)的5%，且不少于5根。

3.4.3 單樁承載力檢測間隔時間

進行單樁承載力檢測時，樁基施工結(jié)束到進行試驗的間隔時間應滿足樁身混凝土及樁端水泥漿的養(yǎng)護所需要的時間及樁周土體強度恢復所需要的時間。

3.4.4 高應變試驗要求

（1）高應變用于承載力驗收檢測及完整性檢測，被測樁均需單獨開挖試驗坑（見圖4）。

圖4 高應變試驗樁開挖坑示意圖（單位：mm）

（2）因安裝傳感器必須緊貼樁身，故開挖后需清除安裝傳感器高度（1.5～2.0倍樁徑范圍內(nèi)）雜物，鉆孔灌注樁鑿出作業(yè)時應采用沖擊力較小的施工方法避免損壞樁身，PHC樁試樁樁頂無須加固。

（3）鉆孔灌注樁在樁身混凝土澆筑終凝后需立即開始試樁樁帽[2]制作（見圖5）。

圖5 高應變樁帽制作示意圖（單位：mm）

（4）當樁長大于45 m且聲測管不能疏通致使聲波透射法無法進行檢測時，采用高應變法確定單樁樁身結(jié)構(gòu)完整性。

3.5 樁身完整性補充檢測方法

（1）開挖驗證。對于疑似淺部缺陷并具備開挖條件時，開挖后將樁側(cè)的淤泥、污物洗凈，可使用手摸、工具戳鏟等，檢查是否有夾泥或低強度物體或斷樁裂縫等缺陷，若存在缺陷清除至堅實混凝土面，直接觀測測量缺陷尺寸，并留視頻或影像資料記錄，以作為該樁完整性判定的依據(jù)使用。

（2）鉆芯法。灌注樁在低應變法、高應變法、聲波透射法檢測中出現(xiàn)疑似中淺部缺陷時，為樁身完整性進行綜合評價，采用鉆孔抽芯法補充檢測。取芯具體技術為通用方法不再列舉。

（3）孔內(nèi)攝像法。由于PHC樁具有樁孔可作為通道，調(diào)查樁孔內(nèi)缺陷位置、缺陷程度及缺陷性質(zhì)，以實現(xiàn)對該樁進行綜合評價。若樁孔內(nèi)有堵塞物，需將堵塞物清除至疑似缺陷以下的接樁處。孔內(nèi)攝像法具體技術為通用方法不再列舉。

（4）高應變法。對于被檢樁疑似缺陷位于樁身深部，無法采用鉆孔取芯法或孔內(nèi)攝像法時，將通過高應變法對該樁進行綜合評價。

4 實施效果

4.1 成孔成果

成孔檢測分別采用三種設備測量。成孔儀數(shù)字測井探頭測量所得孔徑、孔深，專用測斜儀測量成孔垂直度，水文測錘測量孔內(nèi)成渣厚度。

（1）試成孔為施工工藝做指導依據(jù)，單獨成孔不做工程樁使用，共有2孔，每孔每間隔3 h測量一次，24 h內(nèi)共測量9次。

a.S1#孔設計孔深67.52 m，設計孔徑1 m。第一次測量各參數(shù)均合格，第二至第九次測量成渣厚度均大于10 cm，第二至第九次測量實測孔深均小于設計孔深，第七至第九次實測孔徑最小直徑小于1 m。

b.S2#孔設計孔深42 m，設計孔徑0.8 m。第一次測量各參數(shù)均合格，第二至第九次測量成渣厚度均大于10 cm，第五至第九次測量實測孔深均小于設計孔深，第六至第九次實測孔徑最小直徑小于0.8 m。

該兩孔經(jīng)過重新掃孔清孔后復測，各參數(shù)均滿足設計和檢測要求。從實測數(shù)據(jù)中得出12 h內(nèi)孔壁穩(wěn)定性良好，沉渣結(jié)果反映出需要盡量縮短清孔與澆筑混凝土的間隔時間。

（2）工程樁試成孔施工做指導依據(jù)，成孔做工程樁使用，共有2孔，每孔每間隔3 h測量一次，18 h內(nèi)共測量7次。

a.14-4#樁孔設計孔深67.03 m，設計孔徑1 m。第一次測量各參數(shù)均合格，第二至第七次測量成渣厚度均大于10 cm，第三至第七次測量實測孔深均小于設計孔深，第七次實測孔徑最小直徑小于1 m。

b.3-3#樁孔設計孔深40.24 m，設計孔徑0.8 m。第一次測量各參數(shù)均合格，第二至第七次測量成渣厚度均大于10 cm，第六至第七次測量實測孔深均小于設計孔深，第七次實測孔徑最小直徑小于0.8 m。

該兩孔經(jīng)過重新掃孔清孔后復測，各參數(shù)均滿足設計和檢測要求。從實測數(shù)據(jù)中得出15 h內(nèi)孔壁穩(wěn)定性良好，沉渣結(jié)果反映出需要盡量縮短清孔與澆筑混凝土的間隔時間。

（3）成孔檢測小結(jié)。經(jīng)過試成孔和工程樁試成孔測試，對該工程地質(zhì)條件下成孔施工有指導性意義，為工程樁施工起到了重要的幫助。

4.2 聲波透射法檢測

該工程鉆孔灌注樁樁身完整性采用聲波透射法、高應變法、低應變法，其中聲波透射法檢測共148根。初測結(jié)果為Ⅰ類樁138根，占93.2%；Ⅱ類樁8根，占5.4%；Ⅲ類樁2根，占1.4%；無Ⅳ類樁。之后針對2根初測為Ⅲ類樁的樁端進行注漿加固后的高應變法補充檢測，結(jié)合超聲波檢測結(jié)果，對樁身完整性綜合分析判定均為Ⅰ類樁，單樁承載力均滿足設計要求。

（1）聲波透射法初測Ⅲ類樁情況。12-4#樁設計樁徑 ?0.8 m，有效樁長34.0 m，樁身強度C30，布置三根聲測管，檢測三個剖面，31.0～34.0 m明顯缺陷；16-2#樁（動、靜對比試樁）設計樁徑?1 m，有效樁長50 m，樁身強度C30，布置三根聲測管，檢測三個剖面，49.0～51.5 m明顯缺陷。聲波透射法成果曲線如圖6～圖8所示。

圖6 12-4#樁聲學參數(shù)曲線圖

圖7 16-2#樁聲學參數(shù)曲線圖

圖8 12-4#樁高應變成果曲線

12-4#樁經(jīng)樁底注漿后進行高應變法檢測，實測貫入度2.55 mm，擬合系數(shù)為3.10，樁身完整性為合格（Ⅰ類）；單樁豎向抗壓承載力3 828 kN，滿足設計3 230 kN要求。16-2#樁為動、靜對比試樁，經(jīng)樁底注漿后分別進行靜載荷、高應變法檢測，其結(jié)果在下一節(jié)詳細說明。

（2）聲波透射法檢測小結(jié)。該工程通過聲波透射法、高應變法、低應變法綜合檢測手段，多方面檢測方法覆蓋了各自為戰(zhàn)的盲區(qū)，準確掌握了樁身質(zhì)量，有效避免了漏判或誤判。

4.3 單樁承載力檢測

通過單樁豎向靜載荷抗壓試驗和高應變法的動、靜對比取得了很好的效果，能夠充分體現(xiàn)試樁承載力滿足設計要求。列舉兩根試樁的實施情況，設計參數(shù)及檢測參數(shù)見表1，試驗、測試成果對比見表2，靜載荷試驗曲線及高應變分析圖對比見表3。

表1 設計及檢測參數(shù)表

表2 單樁靜載荷試驗和高應變法的動、靜對比成果表

單樁承載力檢測小結(jié)：該工程通過靜載荷試驗、高應變法綜合檢測手段，利用了高應變周期短、可同時測得承載力和完整性的特點，又結(jié)合了靜載荷試驗對試樁承載力直接且準確的優(yōu)勢，準確地掌握了該工程樁身的承載力情況。

表3 靜載荷試驗曲線及高應變分析圖對比表

4.4 低應變法檢測樁身完整性

該工程采用低應變法檢測均為非機動車道坡道與人行道梯道下的PHC樁，以及河道護堤樁（均為單節(jié)樁），整個檢測過程中未發(fā)現(xiàn)不合格樁，故未涉及鉆孔抽芯法或孔內(nèi)攝像法等補充檢測，不再列舉實例。

低應變反射波法具有儀器設備相較其他檢測方法小巧輕便、操作簡便快速的特點，適合大范圍、多數(shù)量快速檢測工作的需要。低應變反射波法檢測建立理論的一維波動方程模型，通過計算單位截面樁身材料力學阻抗[5]變化得出，阻抗理論計算方程為Z=EA/c（即樁身材料力學阻抗=樁身材料彈性模量×樁身橫截面面積÷樁身縱向應力波的傳播速度）[5]。

對樁身完整性只能定性，對于橫截面面積較為一致的預制類樁比較符合該模型，但是遇樁土耦合作用下往往會影響到曲線。另外鉆孔灌注樁由于受地質(zhì)土層變化、鉆孔方法、施工機具、施工操作等因素影響，通常會出現(xiàn)樁身截面變化的情況，有時截面變化非常大，這種缺陷未影響到樁的承載力和耐久性，屬于非不利缺陷。

筆者在《預應力管樁多種檢測方法判定樁身完整性》以及《多種檢測及驗證方法判定灌注樁樁身完整性》兩篇論文中有詳細的實例分析。在工程實際運用中采用該方法檢測時，作為檢測人員需要仔細研究數(shù)據(jù)并及時分析原因，必要時需采取多種檢測手段及驗證方法輔助判別，在特殊地質(zhì)條件下的項目需特別注意。對于預應力管樁、預應力空心方樁、預應力混凝土異形預制樁等具有樁孔的特點，利用樁孔進行孔內(nèi)攝像法也可作為樁身完整性判定的依據(jù)之一。綜上所述，若所測曲線有疑問，且與地質(zhì)資料、施工資料不能解釋成因時，切勿僅僅依靠低應變反射波法的成果進行判定，避免誤判或漏判。

5 結(jié) 語

編制方案時充分分析該工程的技術特點，針對實際特點，在顧及工期時效和經(jīng)濟效益的同時，較全面掌握樁身質(zhì)量情況的目標為出發(fā)點，編制適合該工程的基樁檢測方案。從實施效果分析，該方案檢測覆蓋范圍以及技術邏輯閉合均達到預期目的，為工程質(zhì)量的評定起到關鍵的作用。