影響 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測(cè)系統(tǒng)精度的因素及改進(jìn)措施

胡朝彬，片 磊，高承成，崔立強(qiáng)，宋冠樟

（1.天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300170；2.天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 300170；3.天津華勘基礎(chǔ)工程檢測(cè)有限公司，天津 300170）

0 引言

成孔質(zhì)量直接影響成樁質(zhì)量［1］，成孔質(zhì)量檢測(cè)作為樁基檢測(cè)中的一個(gè)重要部分，已越來(lái)越被各建設(shè)部門(mén)所重視，在灌注樁施工過(guò)程中采用接觸式儀器組合法 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)是重要的手段之一［2，3］。JJC-1E 型灌注樁成孔檢測(cè)系統(tǒng)在成孔檢測(cè)時(shí)也有其自身的缺陷［4，5］，本文對(duì)其存在精度、穩(wěn)定性等問(wèn)題給出了一些技術(shù)研究的建議，以期與同行探討。

1 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測(cè)儀檢測(cè)原理

JJC-1E 型灌注樁檢測(cè)系統(tǒng)屬接觸式傘形成孔質(zhì)量檢測(cè)儀，由 JJC-1E 型地面控制箱、JJY-6 型井徑/井斜測(cè)量探管、JNC-2 型沉渣/井斜測(cè)量探管、JC-100 型自動(dòng)排纜絞車(chē)及井口滑輪等部分組合而成。

孔深測(cè)量是通過(guò)電纜繞過(guò)滑輪的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)量的。光電脈沖發(fā)生器與滑輪組裝在一起且隨著滑輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)時(shí)下放和上拉電纜均應(yīng)緊貼滑輪，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)三圈計(jì)量電纜移動(dòng) 1 m。

孔徑是通過(guò)井徑儀探頭從孔底向孔口提升過(guò)程進(jìn)行測(cè)量。提升過(guò)程需井徑儀測(cè)量腿完全張開(kāi)且緊貼孔壁，4 條測(cè)量腿根部連著 4 支由滑動(dòng)變阻器組成的傳感器，兩組對(duì)稱方向的測(cè)量腿傳感器可測(cè)量出對(duì)應(yīng)的電壓值，再經(jīng)過(guò)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換放大，換算出孔徑均值。隨著井徑儀沿著孔壁上升，二維平面上以設(shè)計(jì)孔徑值為軸線上自下而上模擬形成孔徑的變化曲線。孔徑值與傳感器信號(hào)的微電壓值之和成線性關(guān)系。

式中：D 為所測(cè)孔徑；D0為設(shè)計(jì)孔徑（常數(shù)）；K0為由標(biāo)定得出的儀器常數(shù)；ΔVn為每個(gè)滑動(dòng)變阻器電荷集中產(chǎn)生的微電壓；ΔV 為 4 個(gè)滑動(dòng)變阻器微電壓之和。

垂直度（K）與傳感器傾斜的角度呈線性關(guān)系，垂直度檢測(cè)儀內(nèi)裝有 2 支正交的二維重力加速度計(jì)傳感器，這種傳感器通過(guò)線性角度液體擺完成頂角（α）測(cè)量。相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：X，Y 為2 只傳感器信號(hào)；X0，Y0為儀器常數(shù)（在測(cè)斜儀校正臺(tái)上標(biāo)定后確定，當(dāng)儀器維修后或受撞擊誤差大于 0.1°時(shí)均需重新標(biāo)定）；E 為偏心距，m；L 為實(shí)測(cè)孔深，m；d 為孔徑，m；φ 為測(cè)斜扶正器外徑，m；hi為第 i 段測(cè)點(diǎn)距，m；αi、αi-1為第 i、i-1測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)頂角，°。

垂直度測(cè)量采用點(diǎn)測(cè)，每 5～8 m 采樣一次（樁長(zhǎng)短于 40 m 時(shí)，宜采用低值）。

沉渣厚度測(cè)量采用電阻率法。在泥漿中由沉渣探頭產(chǎn)生一個(gè)不受土層影響的交變電場(chǎng)來(lái)測(cè)量泥漿電阻率，因均勻泥漿電阻率為恒定值，沉渣電阻率與均勻泥漿電阻率有較大差別，沉渣界面的選取是通過(guò)電阻率跳變曲線的拐點(diǎn)來(lái)確定的。

2 影響檢測(cè)精度的因素和改進(jìn)措施

2.1 孔深與孔徑測(cè)量

孔深的測(cè)量是在井徑儀探頭下放過(guò)程中進(jìn)行，探頭的測(cè)量腿置于開(kāi)腿盤(pán)中被束縛住勻速下放，下放速度應(yīng)不大于 10 m/min，下放直至連接電纜變松弛，在變松弛后，馬上控制住滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄此時(shí)的深度，即為實(shí)測(cè)孔深。

為進(jìn)一步提高深度的檢測(cè)精度，應(yīng)首先復(fù)核測(cè)量電纜上深度起算面特殊標(biāo)志與探頭最底部的距離是否為預(yù)置值 5.00 m，使探頭下放的速度放慢至 6 m/min，在探頭即將達(dá)到設(shè)計(jì)孔深 3 m 處，進(jìn)一步放慢下探速度，在電纜變松的瞬間控制住滑輪記錄深度。如有必要還需對(duì)深度顯示值進(jìn)行修正。受限于探頭的尖銳程度，探頭并不能完全穿過(guò)沉渣，到達(dá)孔底，此時(shí)測(cè)量的深度并不準(zhǔn)確。

孔徑測(cè)量前，井徑儀要先在井徑標(biāo)定架上進(jìn)行標(biāo)定，確保測(cè)量腿有彈力。檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能將井口滑輪置于鉆孔中心并固定，則檢測(cè)出兩個(gè)正交方向的孔徑值更為精確。檢測(cè)后，注意清洗測(cè)量探管四條測(cè)量腿關(guān)節(jié)處，清除污垢后上油。

在測(cè)量完孔深后，進(jìn)行孔徑測(cè)量。此時(shí)需從滑輪上取下并松弛電纜 1～2 m，用力快速上提，使測(cè)量腿擺脫開(kāi)腿盤(pán)在彈簧的作用下完全彈開(kāi)至井壁。把電纜再次攀附至滑輪上并收緊，此時(shí)需用鋼卷尺丈量出儀器的深度變化（修正開(kāi)脫束縛裝置后儀器深度的變化，確定起測(cè)深度）。之后測(cè)量腿隨電纜提升而沿井壁作向上運(yùn)動(dòng)至孔口，同時(shí)描繪出孔徑-深度曲線。

通過(guò)對(duì)大量實(shí)例進(jìn)行分析，受測(cè)量腿長(zhǎng)度及探管四條測(cè)量腿關(guān)節(jié)處彈簧彈力的限制，孔徑的測(cè)量范圍一般不超過(guò) 2.5 m。針對(duì)大直徑灌注樁孔徑檢測(cè)誤差較大，尤其對(duì)支盤(pán)樁支盤(pán)處的孔徑檢測(cè)誤差更大，因?yàn)橹ПP(pán)處孔徑的測(cè)量還受限于測(cè)量腿與支盤(pán)處角度的耦合程度，部分文獻(xiàn)提到采用測(cè)量腿加長(zhǎng)腿方法進(jìn)行支盤(pán)樁盤(pán)徑的檢測(cè)，但是此方法需克服諸多限制，要根據(jù)相應(yīng)的支盤(pán)設(shè)備調(diào)整測(cè)量腿與加長(zhǎng)腿之間的角度，要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，不僅需要選擇恰當(dāng)?shù)倪B接點(diǎn)，而且安裝時(shí)要力求四條加長(zhǎng)腿完全對(duì)稱，否則檢測(cè)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)較大誤差。對(duì)大直徑灌注樁塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重或支盤(pán)樁，嚴(yán)格來(lái)講觸探式 JJC-1E 測(cè)試儀并不適用［6］，如使用加長(zhǎng)腿，宜采用人工控制井徑儀的上拉速度，及時(shí)感知上拉時(shí)力量的大小，防止加長(zhǎng)腿被形成的塌孔或支盤(pán)掛住，使得井徑儀加長(zhǎng)腿不能保證正交對(duì)稱甚至扭曲變形，檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大。

2.2 垂直度測(cè)量

根據(jù)規(guī)范［7］規(guī)定，垂直度一般要求不大于 1 %，個(gè)別高層建筑、市政工程及其他有特殊設(shè)計(jì)說(shuō)明的要求垂直度不大于 0.5 %。綜合很多工程實(shí)例，對(duì)垂直度測(cè)量精度造成影響的因素。

1）錯(cuò)誤選擇扶正器。未結(jié)合具體要求選擇恰當(dāng)?shù)姆稣?，不能獲得準(zhǔn)確的垂直度測(cè)量數(shù)據(jù)，精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；

2）通用密封接頭出現(xiàn)進(jìn)水情況；

3）操作儀器時(shí)未能針對(duì)扶正器外徑數(shù)值進(jìn)行及時(shí)修正；

4）垂直度點(diǎn)測(cè)間距過(guò)大。

為提高垂直度測(cè)量精度，首先應(yīng)選擇恰當(dāng)直徑的扶正器，且測(cè)量時(shí)在應(yīng)用軟件上及時(shí)對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。扶正器直徑應(yīng)參考設(shè)計(jì)孔深與孔徑兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行合理選擇。運(yùn)用樁孔偏心距 E 的簡(jiǎn)化公式E=d/2-φ/2，那么垂直度 K 可通過(guò) K=［（d/2-φ/2）/L］×100% 簡(jiǎn)單計(jì)算儀器的固定垂直度，即最大精度垂直度［8］。如果設(shè)計(jì)要求垂直度小于 1/100，那么扶正器外徑φ可采用φ＞d-2L/100 進(jìn)行判定扶正器外徑選擇是否準(zhǔn)確。同樣如果設(shè)計(jì)要求垂直度小于 1/200，那么扶正器外徑φ可采用φ＞d-2L/200 進(jìn)行判定。當(dāng)某項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)給定了孔深、孔徑及要求的最大垂直度偏差，選定不同外徑的扶正器決定了樁孔垂直度檢測(cè)的最大精度值。例如，孔深為 45 m，孔徑為 700 mm，選用外徑為 200 mm 的扶正器，則垂直度最大精度為 0.625 %?；趦x器扶正器外徑類(lèi)型選擇的限制，為提高大直徑樁的垂直度檢測(cè)精度，可采用分方位多次測(cè)量法進(jìn)行檢測(cè)［9］。

在測(cè)量實(shí)踐中，針對(duì)容易出現(xiàn)忘記修改測(cè)量?jī)x器默認(rèn)值的情況，要加強(qiáng)操作員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和職業(yè)修養(yǎng)，強(qiáng)化細(xì)節(jié)管理，還可讓另一名檢測(cè)員進(jìn)行復(fù)核相關(guān)參數(shù)，待確認(rèn)數(shù)值正確后再實(shí)施測(cè)量行為。要嚴(yán)格落實(shí)檢測(cè)操作規(guī)程，在測(cè)量過(guò)程中運(yùn)用點(diǎn)測(cè)方式，點(diǎn)距不宜過(guò)大，宜每隔 8 m 實(shí)施采樣一次操作（可根據(jù)具體孔深做調(diào)整），如測(cè)量效果不理想，可適當(dāng)縮短點(diǎn)測(cè)間距后重新采樣。

2.3 沉渣測(cè)量

造成沉渣較厚的因素有多個(gè)：①泥漿本身黏稠度和含砂量及施工工藝。②打鉆時(shí)未充分絞碎的土塊大量沉淀孔底。③成孔后與混凝土灌注間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大量厚重泥漿沉積且累加發(fā)生塌孔的墜土。④澆鑄成樁前，未通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行充分沖孔。

沉渣測(cè)量開(kāi)啟時(shí)，確保沉渣儀處在水中位置。測(cè)量探管至孔底以上 2 m 左右時(shí)，調(diào)整絞車(chē)，將絞車(chē)置于手搖狀態(tài)，采用松開(kāi)剎車(chē)把手方法讓測(cè)量探管自由下落，在重力作用下穿透沉渣層達(dá)到原土層。然后緩慢搖動(dòng)絞車(chē)（約 1 m/min）提升電纜，開(kāi)始上測(cè)，儀器軟件將自動(dòng)記錄泥漿視電阻率-深度關(guān)系曲線。因每個(gè)人所選取的沉渣曲線拐點(diǎn)不盡相同，導(dǎo)致估算所得沉渣厚度有差異。為避免人為因素誤差，可選擇多人電腦數(shù)值讀取分別計(jì)算手段，充分確保測(cè)量精度。就施工工藝而言，樁基施工反循環(huán)比正循環(huán)技術(shù)在沉渣厚度控制方面有更大優(yōu)勢(shì)，建議對(duì)沉渣要求極其嚴(yán)格的工程，應(yīng)首選反循環(huán)施工工藝。

有條件時(shí)，可在使用沉渣探頭開(kāi)始測(cè)量前，采用測(cè)錘法進(jìn)行初測(cè)，具體方法如下：測(cè)錘頂端系上測(cè)繩，測(cè)錘沉入孔內(nèi)相當(dāng)距離后，當(dāng)感覺(jué)測(cè)錘已具有一定的支持力，此時(shí)可估計(jì)為沉渣頂面位置，此時(shí)記錄測(cè)繩深度 h，則沉渣厚度值為實(shí)鉆孔深深度 H 減去測(cè)繩深度 h。采用沉渣的初測(cè)值與沉渣儀拐點(diǎn)法估算的沉渣厚度綜合確定沉渣厚度。

對(duì)沉渣厚度要求嚴(yán)格控制的工程，沉渣厚度檢測(cè)需進(jìn)行多次，分別在鉆孔完成二次清孔結(jié)束后，混凝土澆筑前等多次測(cè)定以保證其工程質(zhì)量。一般認(rèn)為混凝土澆筑前的沉渣厚度才是真正意義上的，它是決定工程質(zhì)量好壞的主要因素，此時(shí)如果測(cè)量探管放在導(dǎo)管和鋼筋籠之間進(jìn)行測(cè)量，鋼筋籠極易對(duì)測(cè)量探管造成損傷，不宜采用。通過(guò)大量檢測(cè)實(shí)例，沉渣測(cè)量較為穩(wěn)妥的辦法是把測(cè)量探管放在導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)偏小，這種情況比較理想，也比較符合實(shí)際，因?yàn)榇藭r(shí)剛剛大量的清泥漿通過(guò)導(dǎo)管下壓至孔底，把孔底大部分的沉渣通過(guò)漿液上涌頂出孔口。在沉渣測(cè)量完畢后，成孔檢測(cè)所有工作完成，應(yīng)及時(shí)灌注成樁。

3 儀器標(biāo)定及養(yǎng)護(hù)

由于 JJC-1E 成孔質(zhì)量檢測(cè)儀器所處的檢測(cè)環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常浸泡在鹽堿質(zhì)泥漿中，非常有必要對(duì)儀器進(jìn)行定期修正、保養(yǎng)、標(biāo)定、養(yǎng)護(hù)等。

1）對(duì)深度顯示值的修正。光脈沖記錄電纜線長(zhǎng)度時(shí)靈敏性較高，當(dāng)纜線上粘有泥漿或長(zhǎng)期的拉伸與風(fēng)化，會(huì)影響光脈沖測(cè)量的精確度。修正方法為：用鋼卷尺量取電纜記號(hào)到深度標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的距離，若 50 m 深度記號(hào)在深度標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)近絞車(chē)一方 1.05 m 處，則孔深即為 48.95 m。若孔深顯示值為49.30m，表明電纜與滑輪配合有偏差，用電纜丈量值除以測(cè)量顯示值應(yīng)計(jì)算出孔深測(cè)量修正系數(shù) K=0.993。

2）受限于儀器本身，在多次測(cè)量后，使四條正交測(cè)量腿發(fā)生變形，導(dǎo)致孔徑值整體偏大或偏小，表明此時(shí)測(cè)量精度較低，應(yīng)重新標(biāo)定。孔徑標(biāo)定：將儀器置于標(biāo)定架上，輸入當(dāng)前測(cè)量腿在井徑標(biāo)定器上的尺寸，待電壓值窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定后按回車(chē)鍵保存數(shù)據(jù)。依次按從最大尺寸逐漸到最小尺寸，然后再?gòu)淖钚〕叽缰饾u到最大尺寸的規(guī)則重復(fù)以上過(guò)程。標(biāo)定過(guò)程中可剔除錯(cuò)誤的不合理數(shù)值，標(biāo)定完成存儲(chǔ)相關(guān)參數(shù)后，可隨機(jī)抽取幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔徑值進(jìn)行驗(yàn)證，若在標(biāo)定中發(fā)現(xiàn)不精確問(wèn)題，則可基于系數(shù)修正措施實(shí)施合理修訂［10］。

3）由于沉渣測(cè)量探管經(jīng)常在測(cè)量時(shí)讓其在泥漿中自由下落 1～2 m，穿透沉渣層，若樁端持力層為中、微風(fēng)化巖層，此時(shí)沉渣測(cè)量探管受到的撞擊比持力層為粉砂層時(shí)要大得多，對(duì)測(cè)量探管損傷較大。這嚴(yán)重影響了沉渣測(cè)量探管的精度，工程實(shí)例證明，3～5 次測(cè)量后應(yīng)重新返廠標(biāo)定。

4）做好通用密封接頭、測(cè)量腿關(guān)節(jié)等關(guān)鍵部位平時(shí)的保養(yǎng)與定期檢查。長(zhǎng)期頻繁的測(cè)量，容易損壞通用密封接頭，平時(shí)應(yīng)保持密封接頭潔凈并抹黃油，一旦發(fā)現(xiàn)密封圈有損壞，應(yīng)及時(shí)更換。注意采用壓力噴壺對(duì)測(cè)量腿關(guān)鍵部位的清洗，始終保持測(cè)量腿的彈力，清洗后應(yīng)涂抹釘子油，既能保持潤(rùn)滑起到保養(yǎng)的作用，又能在再次測(cè)量的時(shí)候少粘附泥漿。以上這些保養(yǎng)使用細(xì)節(jié)，能避免實(shí)際測(cè)量精度受到消極影響。長(zhǎng)期的施工實(shí)踐總結(jié)，基本每隔半月或檢測(cè)孔數(shù)超出 30 個(gè)后要展開(kāi)定期集中保養(yǎng)、檢查、養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆孔灌注樁整個(gè)施工過(guò)程擁有較強(qiáng)隱蔽性，采用 JJC－1E 型鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，雖有許多方面需要完善，但是經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐總結(jié)后可克服大部分缺陷影響。針對(duì) JJC-1E 成孔質(zhì)量檢測(cè)儀器所處的檢測(cè)環(huán)境及其本身固有屬性，強(qiáng)調(diào)了對(duì)儀器進(jìn)行定期修正、保養(yǎng)、標(biāo)定、養(yǎng)護(hù)的重要性。通過(guò)對(duì)不同地質(zhì)條件、不同的施工器械及施工工藝所成樁孔的大量檢測(cè)成果進(jìn)行分析、總結(jié)，可對(duì)孔徑、垂直度、沉渣等參數(shù)有針對(duì)性地進(jìn)行檢測(cè)，能夠及時(shí)改善施工方法、起到及時(shí)糾正施工過(guò)程中存在的問(wèn)題與隱患的作用。