公路橋墩樁基檢測新技術探討與應用

麥 珩

（上海永固檢測技術有限公司， 上海 201799）

0 引言

樁基檢測是一種古老而普通的基礎形式，在工民建、鐵路和公路橋梁、港口碼頭、電力等領域均有普遍使用。樁基工程屬于隱蔽工程，質量直接決定主體結構的安全性和使用性，而且因為樁基質量問題而出現事故，將嚴重影響國家財產及人民生命安全。經歷了幾十年的發(fā)展，我國樁基檢測的隊伍在不斷擴大，技術在不斷成熟，業(yè)務量在逐年提高，但是檢測方法、檢測設備等沒有明顯的提高與進展，與發(fā)達國家相比還有一定的差距。而現實工作中碰到的問題越來越多，越來越復雜，要求也越來越高，現有的檢測技術已經無法完全滿足這些情況，因此需要結合工程特點開拓和發(fā)展新技術、新方法與新設備時檢測行業(yè)的當務之急。

1 高速公路橋墩樁基檢測方法

1.1 聲波法（成孔質量檢測）

灌注樁是常用的樁基形式。灌注樁成孔作業(yè)由于是在地下、水下完成，質量控制難度大，容易產生塌孔、縮頸、樁孔偏斜、沉渣過厚等問題。而成孔檢測為過程檢測，對工程質量做到過程控制[1]。

聲波法成孔質量檢測是利用超聲波反射技術，將超聲波探頭沿充滿泥漿的，垂直于灌注樁孔的中心位置以勻速下放，在下放過程中，發(fā)射探頭對于所在斷面槽壁發(fā)射超聲波，而接收探頭將接收其反射波。孔壁出現縮徑時，超聲波傳播將時間短、反射強度較大；當槽壁擴徑時，相反超聲波傳播雙程時間變長、反射強度較小甚至沒有反射信號。通過從孔口至孔底得到的反射時間和強度，可分析出在不同深度處的孔徑及孔壁的情況，進而還可計算出孔深深、垂直度、孔底沉渣厚度等檢測參數。

1.2 基樁三維聲波CT 反演成像（完整性檢測）

基樁聲波CT 一般是將聲波探頭放入基樁預制的聲測管內，從下往上或者從上往下（一般操作方便是從下往上提）手拉電纜，基樁聲波CT 儀自動根據測管內的聲波探頭進行聲波透視CT。

為了對基樁內的缺陷位置進行準確定位，可以采用傳統聲波CT 探測方法。野外聲波CT 采集數據的方式是，首先保持一個探頭不動，例如保持發(fā)射探頭不動，然后向上提拉接收探頭的電纜。接著，將發(fā)射探頭向上移動一個位置，又將接收電纜從基樁底部向上提拉直到基樁頂部，如此反復。發(fā)射探頭從基樁底部一直提拉到基樁頂部為止，得到的完整射。將所有射線的時差進行反演成像（一般采用ART/SIRT 或其他方法），可以得到聲波速度的分布圖。從圖可以直觀地給出缺陷的深度分布和水平分布情況[2]。

聲波CT 方法優(yōu)點是測試數據多，成像精度高。

1.3 自平衡法

常規(guī)的樁基承載力荷載試驗方法一般有兩種：堆載法和錨樁法。這兩種方法的主要缺點是：堆載法使用的堆載壓塊堆放及運輸都耗費大量的場地及運輸成本，錨樁法要準備多根錨樁和反力梁，不僅費時費力，而且所需場地要求也較高。

自平衡測樁法作為新的檢測手段，選擇使用荷載箱在樁身平衡點位置安放，通過荷載箱在垂直方向施加力，可測得并分析得到荷載箱上部及下部承載力。自平衡測樁法使用的荷載箱是由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。把荷載箱焊接至鋼筋籠上共同放入灌注樁的孔底。試驗過程中，通過地面上油泵加壓，荷載箱將同時雙向發(fā)生變位，使得樁側阻力及樁端阻力同時發(fā)揮。因為裝置簡單，也使得具備多根樁同時試驗[3]。

自平衡測樁法與傳統測樁法相比具有三方面的優(yōu)點：①工期短 ②材料省 ③場地小。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

平申線航道(上海段)整治工程(一期)(橋梁部分)，全長946m?；A采用直徑2000mm 的鉆孔灌注樁，每個主墩下共18 根樁。過墩為雙柱式帶半幅蓋梁的混凝土結構，基礎采用直徑1.2m 的鉆孔灌注樁，每個過渡墩下共6 根0.8m的鉆孔灌注樁，砼設計標號為 C30。

2.2 超聲波成孔質量檢測

2.2.1 試驗設備及裝置：

ZBL-H9000 系列超聲波成孔質量檢測儀

2.3.2 成果分析

本工程主墩18-5 號樁設計孔徑=2000mm，設計孔深=88.0m。超聲波成孔檢測實測曲線及計算過程如下：

圖1 灌注樁成孔檢測實測曲線圖

（1）實測孔深及沉渣厚度判斷

如上圖1，根據實測曲線圖，實測孔深為88.450m＞88.000mm，沉渣厚度=100mm＜300mm；孔深及沉渣厚度滿足設計及規(guī)范要求.

（2）孔徑

孔口孔徑=2202mm＞2000mm；孔底孔徑=2016mm＞2000mm；經計算，孔身各截面孔徑均大于設計值，無縮徑，滿足設計及規(guī)范要求。

（3）傾斜度

根據孔口和孔底截面分析，孔位偏差=142mm ＜500mm，傾斜度=142/88450×100%=0.16%,滿足設計及規(guī)范要求。

（4）結果判定

根據上述結果，該孔各項指標均滿足設計及規(guī)范要求。

應用超聲波反射法進行成孔質量檢測對孔壁無傷害，是科學的、先進的鉆孔灌注樁無損檢測技術，可進行常規(guī)檢測應用。但在實際檢測過程中，應根據具體樁基及地質條件，綜合分析，并將干擾因素給予排除，才能獲得真實的數據。

2.3 基樁三維聲波CT 反演成像

2.3.1 試驗設備及裝置：RSM-SY8 基樁超聲波CT 成像測試儀。

2.3.2 測試過程及成果分析

在邊墩 16-2 號基樁進行常規(guī)超聲波對測法檢測過程中,發(fā)現在深度12.8～13.4m 處超聲波聲速較低,最低聲速為3705 m/ ms, 懷疑在12.8～13.4m 段混凝土存在松散；但常規(guī)方法對于該位置的缺陷無法準確定量,并且可能局部混凝土的密實度測得的情況更差。為了查明原因,且希望能準確判斷該缺陷的大小、范圍和性質。在疑似缺陷深度12.8～13.4m 范圍內實施CT 成像技術, 并以10cm 的測點間距加密進行交叉斜測,密集的超聲波射線也基本覆蓋了疑似缺陷位置,CT 成像以離散的密集網格呈現。

通過對實測數據進行CT 成像處理,疑似缺陷樁在12.8～13.4m 段波速值明顯偏低。在CT 成像圖上也能看出疑似段色譜異常。因此得出結論：該段混凝土強度明顯低于設計值。后經開挖驗證,該段內有輕度夾泥,厚度為16cm,由此情況判斷缺陷是由于混凝土澆注過程周末每個孔壁淤泥局部坍塌而造成。

圖2 樁基CT 成像圖

本項目將基樁三維聲波CT 反演成像應用于橋梁主墩樁身完整性檢測，經過實際使用表明，該方法的優(yōu)點是：CT 成像法精度高，反應混凝土密度及缺陷定位上具有比常規(guī)超聲波法更高準確性。缺點是：采集的數據量較多，工作量較大，成本較高，目前難以廣泛應用普工程樁基的全面檢測。

2.4 自平衡法

2.4.1 試驗設備及裝置：荷載箱、位移傳感器、自動采集系統。

2.4.2 測試過程

本場地的1 根試樁現場測試工作于2016年10月20日全部完成，測試過程中：過渡墩8-4 號試樁：荷載箱分級荷載按額定荷載4550kN 分成10 級加載，每級加載值455kN，首級為910kN,荷載箱加載至最大加載量4550kN，實測上段樁往上位移Q～S 曲線呈緩變型、δ～lgt 曲線平直，且位移量很小，說明上段樁側阻力良好且存在較大余量；下段樁往下位移Q～S 曲線呈緩變型、S～lgt 曲線平直。如下圖3 所示。

圖3 實測曲線圖

2.4.2 成果分析

試樁成果如下： 加載至最大試驗荷載時，下段樁荷載箱往下位移總量7.12mm，卸載后殘余位移量為5.85mm，回彈率為17.84%，而對應的荷載箱往上總位移量為8.62mm，殘余位移量為6.60mm，回彈率為23.43%。根據計算，該試樁單樁豎向抗壓極限承載力不小于4550kN，滿足設計及規(guī)范要求。

本項目對主墩進行了一根試裝，最大加載量為4550kN，與其余3 根試樁（錨樁法）比對，其結果基本一致。且工期控制較短，其占用場地也較小，但成本相對于錨樁法也較高。本方法可應用于大噸位或場地受限的灌注樁承載能力檢測。

3 結論

對于公路橋墩樁基檢測新技術、新方法的應用應該在不斷探索中前行，結合工程實際特點，不斷試驗、探索新技術的優(yōu)、缺點，并不斷改進?；鶚稒z測在于保證基樁工程質量，從而保證人民生命及國家財產的安全，新技術、新方法使得基樁檢測多一些保障，同時也能通過新技術、新方法的學習，提高檢測隊伍的實際問題的解決能力，更好的為生產實踐服務。