超聲設(shè)備在超長(zhǎng)灌注樁成孔質(zhì)量控制及工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

劉望奇

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞523710）

0 引言

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的高速發(fā)展，橋梁樁基施工工藝得到不斷創(chuàng)新和提高，大直徑、超長(zhǎng)鉆孔灌注樁［1］在橋梁施工中已較為普遍。但對(duì)于超長(zhǎng)鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量合格性的檢查［2］，在很多工程實(shí)施過(guò)程中仍采用傳統(tǒng)的的檢測(cè)方法。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法精度差、隨意性大及需要依賴測(cè)量人員經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，具有很大的局限性，無(wú)法準(zhǔn)確反映樁成孔質(zhì)量情況，尤其超長(zhǎng)樁的孔徑、垂直度和沉渣情況檢查精度無(wú)法滿足實(shí)際需要，檢測(cè)結(jié)果對(duì)后續(xù)施工不具有指導(dǎo)性。而超聲成孔成槽檢測(cè)儀可將孔口至孔底全斷面成圖（精度可達(dá)mm 級(jí)），如發(fā)生孔徑及孔中心偏差均能準(zhǔn)確測(cè)量所發(fā)生的位置，對(duì)孔底沉渣可進(jìn)行有效判定，保證了樁成孔質(zhì)量的同時(shí)還可為鉆孔施工工藝改進(jìn)提供有力數(shù)據(jù)支持。本文以廣東揭陽(yáng)市區(qū)進(jìn)賢門(mén)大道延伸段榕江跨河景觀大橋項(xiàng)目為例展開(kāi)相關(guān)介紹。

1 超聲成孔成槽檢測(cè)儀設(shè)備簡(jiǎn)介

⑴TS-K100DC（B）輕便多功能型超聲成孔成槽檢測(cè)儀如圖1 所示，從左至右依次為主機(jī)控制箱、數(shù)控絞車(chē)和電纜多功能型探頭，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)照片如圖2 所示。

圖1 超聲成孔成槽檢測(cè)儀設(shè)備照片F(xiàn)ig.1 Photographs of Equipment of Ultrasonic Hole-forming Grooving Tester

⑵主要用途為：鉆孔灌注樁成孔孔徑、垂直度、垮塌擴(kuò)縮徑位置和傾斜方位檢測(cè)；地下連續(xù)墻槽寬、垂直度、垮塌擴(kuò)縮徑位置和傾斜方位檢測(cè)；沉渣厚度檢測(cè)。

⑶工作原理為：采用超聲波發(fā)射測(cè)距法，測(cè)量成孔成槽孔徑及垂直度；采用探針壓力測(cè)試法，測(cè)量孔底沉渣厚度。檢測(cè)范圍：適用孔徑檢測(cè)范圍450～7 200 mm，檢測(cè)環(huán)境最大泥漿比重可達(dá)1.3。

⑷檢測(cè)孔壁成圖原理為：通過(guò)探頭在X 與Y 方向發(fā)射超聲波，通過(guò)超聲波測(cè)距體現(xiàn)孔壁相對(duì)距離，從而體現(xiàn)孔的直徑、垂直度，一次測(cè)程即完成“十”字形的4個(gè)方向，2個(gè)剖面，孔斜及孔徑數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的位置可通過(guò)儀器成圖中直接讀取，如圖3 所示。

圖2 超聲成孔成槽檢測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)照片F(xiàn)ig.2 On-site Photographs of Ultrasound Grooving Tester

圖3 超聲成孔成槽檢測(cè)儀探測(cè)成圖方式為X、Y 方向十字形探測(cè)Fig.3 The Detection and Mapping Mode of Ultrasonic Grooving Detector is X and Y Direction Cross Detection

2 工程實(shí)例及檢測(cè)結(jié)果分析

2.1 工程實(shí)例

揭陽(yáng)市區(qū)進(jìn)賢門(mén)大道延伸段榕江跨河景觀大橋項(xiàng)目引橋樁基直徑為1.8 m，主橋樁基直徑分2.0 m 和2.5 m 兩種，部分樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)超過(guò)95 m，平均樁長(zhǎng)約70 m（樁基數(shù)量為188 根，大部分為嵌巖樁）。橋址位于三條地震斷裂帶交匯處，地質(zhì)情況復(fù)雜［3］，施工作業(yè)面地下為10 多米厚淤泥軟基層。灌注樁的質(zhì)量控制是項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一［4］，特別是施工過(guò)程中超長(zhǎng)樁成孔質(zhì)量控制是關(guān)鍵。其中在地層地質(zhì)變化交界處孔的垂直度的情況、下放鋼筋籠前成孔垂直度的情況、清孔后的孔底沉渣情況，通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量方法無(wú)法獲得有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目采用泵吸反循環(huán)鉆機(jī)成孔，使用超聲成孔成槽檢測(cè)儀對(duì)大橋基礎(chǔ)灌注樁成孔孔徑、垂直度及沉渣進(jìn)行施工過(guò)程測(cè)量［5］，測(cè)量精度可達(dá)mm 級(jí)，對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行了有效測(cè)量和控制，保證了灌注樁施工質(zhì)量。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

本項(xiàng)目對(duì)成孔質(zhì)量的檢測(cè)最初選擇在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)多數(shù)成孔在地層地質(zhì)變化段出現(xiàn)孔斜（約60～80 m 左右），所測(cè)的3個(gè)孔中，最大孔中心偏差超過(guò)68.4 cm，深度位置為79.77 m，超出規(guī)范偏差50 cm的允許范圍［2］，如表1 所示。

表1 成孔（成槽）檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Test Results of Hole Formation（Grooving）

根據(jù)表1 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)可知該灌注樁成孔在56～79.8 m 孔深位置發(fā)生孔斜需要修正，施工現(xiàn)場(chǎng)采取回填砂性土至50 m 孔深位置，靜置一天后，重新下鉆頭、同時(shí)鉆機(jī)支腿增設(shè)鋼板墊塊，在接近56 m 孔深深度范圍時(shí)采取慢速鉆進(jìn)、反復(fù)提升與下鉆進(jìn)行掃孔，掃孔完成后再次進(jìn)行超聲成孔測(cè)量如表2 所示，實(shí)測(cè)最大孔中心偏差15.8 cm，滿足規(guī)范要求。

3 超聲檢測(cè)設(shè)備在施工質(zhì)量控制及鉆孔工藝優(yōu)化方面的作用

3.1 總結(jié)出成孔鉆進(jìn)時(shí)更換鉆頭的時(shí)機(jī)，保證成孔垂直度及施工效率

進(jìn)賢門(mén)項(xiàng)目通過(guò)對(duì)地質(zhì)變化處成孔垂直度測(cè)量，總結(jié)了該項(xiàng)目采用的泵吸反循環(huán)鉆機(jī)在鉆至60 m 孔深左右時(shí)（為全風(fēng)化花崗巖與強(qiáng)風(fēng)化花崗巖交界面），如繼續(xù)采用三翼鉆頭鉆進(jìn)，則容易發(fā)生孔斜（實(shí)測(cè)的三根灌注樁鉆進(jìn)過(guò)程中，孔中心偏差最大值達(dá)約70 cm，超過(guò)規(guī)范50 cm 限制，后進(jìn)行回填掃孔處理），因此在進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)需及時(shí)將三翼鉆頭更換為合金牙輪鉆頭，保證成孔垂直度及施工效率。

表2 成孔（成槽）檢測(cè)結(jié)果（掃孔修正后）Tab.2 Test Results of Hole Formation（Grooving）（after Correction of Sweeping Hole）

3.2 避免因成孔質(zhì)量問(wèn)題，造成鋼筋籠或灌注用導(dǎo)管下放不到位需重新拔出鋼筋籠后再掃孔現(xiàn)象的發(fā)生

傳統(tǒng)的成孔垂直度、孔徑檢查為檢查鉆桿垂直度和采用“探籠”，但因?qū)嶋H操作時(shí)局限性很大，無(wú)法準(zhǔn)確反映孔徑和垂直度情況，尤其超長(zhǎng)灌注樁成孔中下段出現(xiàn)縮頸、蛇形孔情況時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確探明。而超聲成孔成槽檢測(cè)儀可將孔口至孔底全斷面成圖［6］（精度達(dá)mm級(jí)），如發(fā)生孔徑及孔中心偏差均能準(zhǔn)確測(cè)量所發(fā)生的位置。在鋼筋籠下放前即可先行掃孔［7］，避免造成成孔后鋼筋籠、灌注導(dǎo)管無(wú)法下放或中途被卡的情況［8］，避免重新拔出鋼筋籠重新掃孔的損失，確保施工質(zhì)量和控制施工成本。

3.3 有效測(cè)量孔底沉渣，保證灌注樁質(zhì)量

傳統(tǒng)的孔底沉渣測(cè)量為測(cè)錘測(cè)量，孔底沉渣依賴測(cè)量人員經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，隨意性大，精度差。超聲成孔成槽檢測(cè)儀采用探針壓力測(cè)試法，精度可達(dá)mm 級(jí)，對(duì)孔底沉渣［9］進(jìn)行有效判定，保證了樁底質(zhì)量滿足規(guī)范要求［10］。

3.4 為優(yōu)化改進(jìn)鉆機(jī)設(shè)備及施工工藝提供數(shù)據(jù)支持，使得成孔更高質(zhì)高效

超聲成孔成槽檢測(cè)儀對(duì)成孔數(shù)據(jù)的測(cè)量精度高，為鉆機(jī)設(shè)備尤其鉆頭的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化提供了高精度的數(shù)據(jù)支持，該設(shè)備在進(jìn)賢門(mén)大橋灌注樁樁施工中的應(yīng)用，有效促進(jìn)了鉆機(jī)鉆頭結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，如在原有鉆頭上增加導(dǎo)向圈如圖4 所示，減少鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭偏斜；優(yōu)化牙輪鉆合金鉆頭布置位置等，為成孔高效、高質(zhì)提供了保障。

圖4 增設(shè)導(dǎo)向圈后的鉆頭Fig.4 Drill Bit after Adding Guide Ring

4 結(jié)語(yǔ)

超聲成孔成槽檢測(cè)儀可對(duì)成孔成槽的孔徑（槽寬）、垂直度及沉渣進(jìn)行測(cè)量，精度達(dá)到mm 級(jí)。對(duì)應(yīng)孔徑檢測(cè)范圍為450～7 200 mm，測(cè)量環(huán)境最大泥漿比重可達(dá)1.3，適合幾乎所有工程成孔成槽的檢測(cè)。通過(guò)高精度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為工程成孔成槽施工過(guò)程質(zhì)量檢查、施工工藝優(yōu)化提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，有力的促進(jìn)了超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究，可在同類工程中推廣使用。