基樁完整性類別判定方法探討

鄧小衛(wèi)

(中鐵五局測繪試驗(yàn)中心，貴陽 550008)

基樁完整性檢測作為基樁施工質(zhì)量驗(yàn)收中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在各工程中均有相應(yīng)檢測規(guī)范。以《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2019)為例，規(guī)范中同時(shí)提供了2種判定規(guī)則，一方面根據(jù)缺陷對基樁承載力的影響程度判定；另一方面根據(jù)具體檢測方法所獲得的波形參數(shù)判定。

樁身完整性類別如表1所示；低應(yīng)變反射波法樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表1 樁身完整性類別

表2 低應(yīng)變反射波法樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際工作中，應(yīng)將2種規(guī)定結(jié)合后綜合判定，但大多數(shù)檢測人員并未將兩者結(jié)合，相關(guān)規(guī)范中也未進(jìn)行明確說明，實(shí)際工作中會(huì)出現(xiàn)片面根據(jù)檢測數(shù)據(jù)將樁基判定為Ⅲ類或Ⅳ類的情況，很多委托單位也簡單地將Ⅲ類和Ⅳ類樁直接進(jìn)行報(bào)廢處理。從質(zhì)量控制角度考慮應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮該判定方式會(huì)造成較大資源浪費(fèi)。結(jié)合工程案例，對如何依據(jù)規(guī)范要求準(zhǔn)確判定基樁完整性提出思路并探討，以達(dá)到既保證工程質(zhì)量又不造成資源浪費(fèi)的目的。

1 規(guī)范中基樁完整性判定要求及應(yīng)用現(xiàn)狀

相關(guān)判定規(guī)范有《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2019)、《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T 3512—2020)和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2014)，這3個(gè)規(guī)范中關(guān)于基樁完整性分類的規(guī)定基本一致。以《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2019)為例，其在3.2.1條中規(guī)定樁身完整性分類應(yīng)符合表1和該規(guī)程中具體章節(jié)的有關(guān)規(guī)定。不同檢測方法對完整性的判定標(biāo)準(zhǔn)不同，但都是通過對儀器設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后判定。

根據(jù)規(guī)范條文中對基樁完整性檢測結(jié)果的判定，原則上應(yīng)先根據(jù)所采用的具體檢測方法對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步判定，再由表1的分類原則進(jìn)行最終判定[1]。但實(shí)際工作中大多數(shù)檢測人員只片面根據(jù)所采用的具體檢測方法對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定，并未針對檢測所發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行樁身承載力分析。

2 對缺陷的綜合判定

樁身存在缺陷對樁身承載力有無影響、有影響時(shí)影響程度有多大，這些均須有效識(shí)別缺陷所處位置、缺陷大小以及類型，并根據(jù)基樁的用途和地質(zhì)情況等綜合評(píng)判確定，這樣才能準(zhǔn)確判定樁身完整性類別。

2.1 缺陷位置和范圍大小的確定

目前常用的基樁完整性檢測方法有低應(yīng)變反射波法、聲波透射法和鉆芯法等。低應(yīng)變反射波法和聲波透射法在檢測中各有特點(diǎn)，都能準(zhǔn)確識(shí)別較大缺陷。低應(yīng)變反射波法在判定時(shí)受外部地質(zhì)條件和施工工藝等影響較大，而聲波透射法對聲測管內(nèi)側(cè)的缺陷識(shí)別較為直觀，卻不易識(shí)別聲測管外側(cè)的缺陷，鉆芯法對樁長、樁底持力層性狀的識(shí)別較為直觀。

采用低應(yīng)變反射波法檢測時(shí)，根據(jù)缺陷反射波的時(shí)間及經(jīng)驗(yàn)波速判定缺陷所處樁長范圍內(nèi)的位置，但不能識(shí)別相應(yīng)缺陷是在樁周還是在樁內(nèi)，還應(yīng)采用鉆芯法等其他方法進(jìn)行驗(yàn)證。

采用聲波透射法時(shí)，可以直觀獲得缺陷所處的具體位置，但如果只采用平測法進(jìn)行檢測，無法準(zhǔn)確識(shí)別缺陷大小。平測法便于操作，可減少現(xiàn)場工作量，是其他檢測形式的基礎(chǔ)，但單一采用平測法不便于識(shí)別缺陷的部位及嚴(yán)重程度，當(dāng)平測檢測發(fā)現(xiàn)存在缺陷時(shí)必須進(jìn)行斜測和扇形檢測等工作，以便綜合確定缺陷范圍。目前也有專門的樁身混凝土CT(電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)檢測設(shè)備，該設(shè)備集成了平測和斜測功能，并采用專用數(shù)據(jù)處理軟件，可較為便捷、準(zhǔn)確地判定缺陷范圍。

(1) 當(dāng)樁身局部存在縮徑缺陷即缺陷存在于樁周時(shí)，采用低應(yīng)變反射波法檢測。某缺陷樁低應(yīng)變反射波檢測實(shí)測數(shù)據(jù)及開挖驗(yàn)證實(shí)景如圖1所示。

(a) 實(shí)測數(shù)據(jù)

(b) 開挖驗(yàn)證實(shí)景圖1 某缺陷樁低應(yīng)變反射波檢測實(shí)測數(shù)據(jù)及開挖驗(yàn)證實(shí)景

由圖1可有效識(shí)別樁身存在的缺陷，根據(jù)樁底反射情況通常會(huì)判定為Ⅱ類或Ⅲ類樁。該樁由于缺陷位置較淺，現(xiàn)場采用開挖法進(jìn)行驗(yàn)證。從開挖的實(shí)際情況來看，樁頭部分存在局部縮徑和露筋現(xiàn)象，與判定結(jié)果基本一致。但如果采用鉆芯法驗(yàn)證，由于鉆芯法對鉆孔位置有具體規(guī)定，且鉆孔不能過于靠近樁邊緣，反而存在不能有效揭露缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。采用聲波透射法檢測時(shí)，超聲波特征值與收、發(fā)檢測管間連線兩邊窄帶區(qū)域(聲測剖面)的混凝土質(zhì)量密切相關(guān)[2]，而聲測管通常位于鋼筋籠內(nèi)部，須考慮聲測管埋設(shè)數(shù)量和間距等多種因素，確保能覆蓋樁徑范圍內(nèi)大部分混凝土。圖1中缺陷如果采用聲波透射法檢測，存在不能揭示該缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 當(dāng)缺陷在樁身內(nèi)部且缺陷較小時(shí)，采用低應(yīng)變反射波法檢測，當(dāng)波阻抗的變化較大時(shí)，能夠識(shí)別缺陷反射；采用聲波透射法檢測時(shí)，如果缺陷不在聲測剖面影響范圍內(nèi)則無法識(shí)別該缺陷，容易誤判為Ⅰ類樁(對于埋設(shè)3根聲測管的樁，存在不能發(fā)現(xiàn)樁中心位置缺陷的風(fēng)險(xiǎn))；如果缺陷正好在某根聲測管附近，與該聲測管相關(guān)的剖面均會(huì)存在異常數(shù)據(jù)，根據(jù)聲波透射法對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)判為Ⅲ類或Ⅳ類樁。樁內(nèi)部存在較小缺陷示意如圖2所示。

(a) 缺陷大小及所處位置

(b) 缺陷不在聲測剖面影響范圍內(nèi)

(c) 缺陷正好在某根聲測管附近圖2 樁內(nèi)部存在較小缺陷示意

(3) 當(dāng)缺陷在樁身內(nèi)部且范圍較大時(shí)，采用低應(yīng)變反射波法和聲波透射法均能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題。樁內(nèi)部存在較大缺陷示意如圖3所示。

(a) 缺陷大小及所處位置

(b) 缺陷在聲測剖面影響范圍內(nèi)

(c) 缺陷正好在某根聲測管附近圖3 樁內(nèi)部存在較大缺陷示意

(4) 采用鉆芯法檢測時(shí)，規(guī)范中規(guī)定的開孔位置為距樁中心0.25倍樁徑的位置，以110 mm的鉆頭為例，對于距樁中心(為0.25倍樁徑+55 mm)范圍外的缺陷不能準(zhǔn)確識(shí)別，即對于縮徑、露筋及其他樁身內(nèi)部較小缺陷，采用鉆芯法存在盲區(qū)，采用它來驗(yàn)證低應(yīng)變反射波法和聲波透射法時(shí)存在一定漏判概率。

2.2 缺陷嚴(yán)重程度的判定

缺陷嚴(yán)重程度通常涉及缺陷的大小及類型?；鶚锻暾缘娜毕萃ǔＳ袛嗔?、裂縫、縮徑、夾泥、離析、空洞、蜂窩和松散等，各種檢測方法能夠反映的缺陷有所區(qū)別，而各種缺陷對基樁承載力的影響程度也各不相同，須對缺陷嚴(yán)重程度進(jìn)行有效識(shí)別，才能準(zhǔn)確分析其對基樁使用性能的影響。

低應(yīng)變反射波法檢測時(shí)，主要通過缺陷反射波的幅值及后續(xù)多次反射波出現(xiàn)的情況進(jìn)行缺陷嚴(yán)重程度的判定，是定性而非定量識(shí)別缺陷。某缺陷樁低應(yīng)變反射波檢測波形圖及開挖驗(yàn)證實(shí)景如圖4所示，該波形在樁頂附近出現(xiàn)強(qiáng)反射，且后續(xù)出現(xiàn)多次同向反射波。從波形上看，在樁頂存在缺陷，但具體缺陷范圍并不明確，經(jīng)開挖驗(yàn)證，樁頂4 m范圍內(nèi)均存在露筋和夾泥現(xiàn)象，施工單位鑿除該缺陷段后對剩余部分進(jìn)行復(fù)測，未發(fā)現(xiàn)缺陷，接樁后可按合格樁驗(yàn)收。如果缺陷反射波出現(xiàn)在樁身下部，不具備開挖驗(yàn)證條件，采取鉆芯法驗(yàn)證時(shí)很難揭示該類缺陷。

(a) 波形圖

(b) 開挖驗(yàn)證實(shí)景圖4 某缺陷樁低應(yīng)變反射波檢測波形圖及開挖驗(yàn)證實(shí)景

聲波透射法檢測時(shí)，主要根據(jù)波形畸變的程度判定缺陷嚴(yán)重程度，嚴(yán)重畸變波形如圖5所示，相關(guān)情況對應(yīng)的混凝土缺陷通常比較嚴(yán)重，大部分為夾泥、離析和混凝土松散等。待復(fù)測的畸變波形如圖6所示，相關(guān)情況可能是聲測管缺水、樁頂靠近聲測管位置混凝土不密實(shí)、樁頂混凝土離析、聲測設(shè)備提升速度過快、探頭與聲測管發(fā)生碰撞等多種原因造成，在判定缺陷時(shí)須慎重考慮，盡量采取其他手段進(jìn)行復(fù)測確認(rèn)[3]。同時(shí)對于平測發(fā)現(xiàn)的缺陷，還應(yīng)采用斜測和扇形掃測等方式進(jìn)一步確認(rèn)缺陷大小和范圍[4]。比如圖2(c)和圖3(c)的平測檢測結(jié)果可能一致，但如果采用斜測等其他方法進(jìn)行綜合檢測，會(huì)發(fā)現(xiàn)圖2中的缺陷可判為Ⅱ類樁，而圖3中缺陷應(yīng)該判為Ⅲ類或Ⅳ類樁。

(a) 無法接收首波

(b) 首波不明顯，且嚴(yán)重畸變

(c) 波形跳動(dòng)且嚴(yán)重畸變

(d) 波形嚴(yán)重畸變圖5 嚴(yán)重畸變波形

(a) 有首波，但波形畸變

(b) 首波畸變，后續(xù)波形有一定周期性

(c) 首波畸變，后續(xù)波形無周期性圖6 待復(fù)測的畸變波形

3 評(píng)估缺陷對承載力的影響

在明確缺陷范圍及嚴(yán)重程度后，要評(píng)估缺陷對基樁承載力的影響，就必須了解基樁設(shè)計(jì)目的，清楚其受力形式是豎向受壓、水平受力還是豎向抗拔，只有明白其設(shè)計(jì)目的才能準(zhǔn)確評(píng)估缺陷對基樁的影響程度。

鐵路工程中橋梁基樁根據(jù)承載力的來源，大致分為摩擦樁和柱樁2類。以某摩擦樁為例，采用聲波透射法檢測，設(shè)計(jì)埋設(shè)3根聲測管，當(dāng)樁底連續(xù)2個(gè)測點(diǎn)和3個(gè)剖面均存在波形嚴(yán)重畸變時(shí)，根據(jù)《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2019)中表5.4.5相關(guān)內(nèi)容，該樁50%及以上檢測剖面在同一深度測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常，接收信號(hào)嚴(yán)重畸變，該樁完整性類別應(yīng)判定為Ⅳ類。假定檢測時(shí)測點(diǎn)間距為0.2 m，該數(shù)據(jù)也只表明該樁在距樁底0.2～0.4 m范圍內(nèi)存在缺陷，如果按Ⅳ類樁判定，該樁為不合格樁，一般不得繼續(xù)使用。但對于摩擦樁來說，該缺陷是否會(huì)影響樁的承載力值得進(jìn)一步研究。曾被檢測過的某鐵路橋梁鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁長為18 m、樁徑為1.5 m、容許承載力為8 671 kN，采用自平衡法進(jìn)行承載力試驗(yàn)，荷載箱布置在樁底以上2 m位置。從試驗(yàn)結(jié)果來看，荷載箱上部樁長范圍提供的承載力為8 700 kN，根據(jù)自平衡法試驗(yàn)原理，荷載箱上部樁長范圍提供的承載力其實(shí)就是樁側(cè)摩阻力[5]。從該試驗(yàn)結(jié)果可知，樁底一定范圍內(nèi)存在缺陷時(shí)，對于摩擦樁來說進(jìn)一步采取其他方法驗(yàn)證其承載力比簡單地按廢樁處理更為合適。而根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020),對摩擦樁采用鉆孔灌注樁時(shí)，樁底沉渣厚度根據(jù)樁徑和樁長要求控制在200 mm或300 mm 以內(nèi)，根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10752—2018)，摩擦樁孔底沉渣厚度不大于200 mm，這也間接說明樁底局部范圍的缺陷，對摩擦樁的樁身承載力影響并不大。但如果該樁為柱樁，根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10752—2018)的規(guī)定，柱樁樁底沉渣厚度不得大于50 mm，該樁就應(yīng)判為Ⅳ類樁。

同樣對于抗滑樁，可能更關(guān)注在巖(土)層滑動(dòng)面附近的缺陷情況，而對于樁頂和樁底的缺陷關(guān)注度相對較低。采用聲波透射法檢測過的某公路項(xiàng)目抗滑樁，共計(jì)6個(gè)檢測剖面，在距設(shè)計(jì)樁底0.6 m范圍內(nèi)存在3個(gè)剖面無波形的情況，單純從《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T 3512—2020)中相應(yīng)檢測方法對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)來看，該樁應(yīng)判為Ⅳ類樁，但根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，距設(shè)計(jì)樁底0.5 m范圍內(nèi)樁身承受的彎矩和剪力很小，該缺陷是否會(huì)對樁的抗滑穩(wěn)定性造成影響并不明確[6]，如果簡單判定為Ⅳ類樁，對工期及工程造價(jià)都會(huì)產(chǎn)生影響。

另外，低應(yīng)變反射波法和聲波透射法的波速所反映的樁身混凝土強(qiáng)度是一個(gè)相對概念，低應(yīng)變反射波法檢測得到的波速主要取決于樁底反射位置的選取，當(dāng)樁底反射明顯且能準(zhǔn)確選取時(shí)，波速的變化能反映樁長的變化，同時(shí)也能反映混凝土強(qiáng)度的變化，但波速也受混凝土所使用原材料的影響?；鶚对O(shè)計(jì)過程中，在選取樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，除了考慮承載力影響因素外，更多考慮的是對結(jié)構(gòu)耐久性的影響。尤其是豎向受壓的樁，樁身混凝土強(qiáng)度并不是承載力的決定因素。

最后還應(yīng)考慮樁身缺陷對樁身所配鋼筋的影響，如果是豎向受壓的樁，鋼筋布置主要為構(gòu)造配置，可能不用考慮在樁身一定范圍內(nèi)的缺陷對鋼筋造成的影響；如果是豎向抗拔和承受水平力作用的樁，鋼筋完全參與結(jié)構(gòu)受力，則應(yīng)考慮缺陷對鋼筋耐久性和樁身承載力的影響。

4 結(jié)語

低應(yīng)變反射波法及聲波透射法等無損檢測方法在基樁完整性檢測時(shí)操作比較快捷、簡單，但僅依據(jù)相應(yīng)檢測方法對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基樁完整性分類，可能存在判定過嚴(yán)的情況，造成工程資源浪費(fèi)?；鶚锻暾缘姆诸?，應(yīng)結(jié)合基樁設(shè)計(jì)目的，根據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷對其使用性能的影響程度進(jìn)行合理劃分。這要求檢測人員具備相應(yīng)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)⒕唧w的檢測方法和判定標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)規(guī)定有機(jī)結(jié)合，而相應(yīng)檢測方法中的分類標(biāo)準(zhǔn)也須進(jìn)一步細(xì)化完善。