多種檢測方法在判斷樁身缺陷過程中的綜合應用

李鵬，劉勇，劉振發(fā)，許國慶，邵鋮

(1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266033； 2.青島巖土工程技術研究中心，山東 青島 266033；3.青島海泊爾建設工程檢測有限公司，山東 青島 266033)

1 引 言

在工程建設中，樁基礎由于具有較好的荷載傳遞性能，適應較復雜地質條件及具有較高承載能力的優(yōu)點，近年來得到越來越廣泛的應用。而隨之而來的是基樁施工過程中縮頸、斷裂、夾泥、沉渣、擴頸等質量問題的增多，因此基樁的質量檢測對于及時發(fā)現(xiàn)問題并采取必要的工程措施以確保樁基礎的施工質量具有十分重要的意義。

2 檢測原理

2.1 鉆芯法

鉆芯法檢測是采用金剛石巖芯鉆探技術和操作工藝，對灌注樁樁身和持力層鉆取芯樣，根據(jù)芯樣表觀質量以及芯樣試件抗壓強度試驗結果來綜合評定成樁質量的一種檢測方法。具體檢測以下內容：

(1)檢測灌注樁的樁長；

(2)通過鉆進速度和提取的芯樣特征，定性檢測基樁成樁質量，判定樁身完整性；

(3)檢測樁身砼強度；

(4)檢測樁底沉渣厚度；

(5)判定和鑒別樁端持力層巖土性狀。

2.2 聲波透射法

聲波透射法檢測樁身結構完整性的基本原理是：由超聲脈沖發(fā)射源在砼內激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在砼內傳播過程中表現(xiàn)的波動特征；當砼內存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當砼內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區(qū)范圍內砼的密實度參數(shù)。測試記錄不同側面、不同高度上的超聲波動特征，經過處理分析就能判別測區(qū)內砼的參考強度和內部存在缺陷的性質、大小及空間位置。

在基樁施工前，根據(jù)樁直徑的大小預埋一定數(shù)量的聲測管，作為換能器的通道。測試時每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中的換能器發(fā)射出去，在另一根聲測管中的聲測管接收信號，超聲儀測定有關參數(shù)并采集記錄儲存。換能器由樁底同時往上依次檢測，遍及各個截面。測試原理示意圖如圖1所示：

圖1 聲波透射法原理示意圖

2.3 全孔壁數(shù)字成像

全孔壁數(shù)字成像是一種能直觀顯示地下孔壁圖像的檢測設備。它以視覺獲取地下信息，具有直觀性、真實性、便捷性等優(yōu)點，它已應用于地質勘探和工程檢測中。

用它可以準確地劃分巖性，查明地質構造，確定軟弱泥化夾層，檢測斷層、裂隙、破碎帶，觀察地下水活動狀況等。在工程建設中，全孔壁數(shù)字成像設備可用于檢查砼澆筑質量、檢查灌漿處理效果，協(xié)助地質力學試驗及地質災害的監(jiān)測、檢測，指導地下儀器設備的安裝埋設，地下管道的檢查探測，隧洞開挖的超前探測等。全孔壁數(shù)字成像設備以其視頻信號的直觀、真實、準確等特點，相較于傳統(tǒng)間接的檢測方法具有無可比擬的優(yōu)勢，應用前景廣闊。

通常全孔壁數(shù)字成像技術是采用高清全景魚眼攝像頭凹形反射圖像法拍攝，光學探頭中的信號源發(fā)射的光信號經井壁反射后，被攝像頭接受，并形成一個像點，攝像頭旋轉一周采集到環(huán)狀的井壁圖像。拉升探頭在鉆孔內連續(xù)進行拍攝，便可拍攝到一系列的圖像環(huán)，系統(tǒng)將這一系列的圖像環(huán)按順序拼接后，得到鉆孔孔壁的連續(xù)圖像。

3 檢測實例

某工程建筑物結構形式為框架核心筒結構，地下3層，地上35層。采用沖孔灌注樁基礎，第17層變粒巖中等風化帶及第18層細?；◢弾r微風化帶為樁端持力層，設計單樁豎向承載力特征值 5 500 kN，設計樁身直徑 1 200 mm，設計樁身混凝土強度等級為C30。由于現(xiàn)場場地條件限制無法進行大噸位靜載試驗，經與建設單位、設計單位溝通，根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》3.3.7要求，驗收檢測采用鉆芯法進行持力層核驗，鉆芯法每根基樁正常情況下鉆2個孔；同時采用低應變法進行樁身完整性檢測。

在現(xiàn)場基樁驗收檢測過程中，采用鉆芯法檢測發(fā)現(xiàn)部分基樁存在離析、夾泥等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題后采用全孔壁數(shù)字成像技術及聲波透射法檢測對問題樁進行驗證檢測，多種方法綜合運用對問題樁的缺陷位置、程度進行進一步判定。

3.1 35#樁檢測成果

35#樁進行鉆芯法檢測，35-1#孔揭露 5.00 m～ 6.00 m芯樣表面多見連續(xù)溝槽(圖2)。該溝槽多分布在芯樣的一側，此時鉆芯法結果未能確定溝槽在鉆芯法鉆孔內的方位，根據(jù)規(guī)范要求在樁中心對稱位置進行鉆孔2鉆芯法檢測，該孔在鉆孔1缺陷深度處取芯完整。

圖2 35#樁鉆孔1缺陷芯樣照片

采用全孔壁數(shù)字成像設備對35-1#鉆孔進行測試，該設備在拍攝孔內直觀照片的同時，采用電子羅盤對照片方位進行校準，從成像照片中可以看出溝槽的表觀缺陷程度以及其在鉆孔中的方位(圖3)，溝槽方位大約為西偏北3.5°。

圖3 35#樁鉆孔1全孔壁數(shù)字成像成果 圖4 35#樁鉆孔3全孔壁數(shù)字成像成果

確定溝槽缺陷在鉆孔中方位后，為驗證缺陷程度及分布情況，根據(jù)其方位在距該鉆孔約 50 cm的樁上增加第三個鉆芯法鉆孔測試，該鉆孔揭露芯樣在 5.00 m～ 6.00 m深度處存在大量溝槽蜂窩，且在樁芯樣橫截面局部呈橫向貫穿狀，缺陷表觀程度較35-1#孔嚴重，局部約 20 cm芯樣破碎(如圖4、圖5所示)。

圖5 35#樁鉆孔3缺陷芯樣照片

鉆芯法檢測結束后，為驗證該樁的缺陷情況，在鉆孔內進行聲波透射法測試來檢測每兩個鉆孔之間的混凝土質量。由于《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014中規(guī)定的標準的聲波透射法測試是在樁基灌注施工時預埋的聲測管中進行的，而本方案是在兩個鉆孔中進行，比較兩者之間的差異，本方案中孔徑變大且去除了聲測管，變化之后對采集儀零聲時的修正產生了影響，在聲測管中進行聲波透射法時，聲測管及耦合水層聲時修正值公式如下：

(1)

其中：d1—聲測管外徑(mm)；

d2—聲測管內徑(mm)；

d′—換能器外徑(mm)；

vt—聲測管材料聲速(km/s)；

vw—水的聲速(km/s)；

t′—聲測管及耦合水層聲時修正值(μs)。

本方案中聲時修正值采用如下公式：

(2)

其中：d3—鉆孔直徑(mm)；

d′—換能器外徑(mm)；

vw—水的聲速(km/s)；

t′—聲測管及耦合水層聲時修正值(μs)。

根據(jù)式(2)對聲波透射法成果進行修正，測試成果表如表1所示，從表中可以看出在 4.9 m～6.1 m深度范圍內，35-1～35-3鉆孔之間測得的波幅和聲速值明顯偏低，表明 4.9 m～6.1 m深度范圍內兩個鉆孔之間的混凝土質量較差；35-1～35-2鉆孔之間測得的波幅和聲速值正常，表明兩個鉆孔之間混凝土質量正常；35-2～35-3鉆孔之間測得的波幅和聲速值稍差，表明兩個鉆孔之間混凝土大部分正常，根據(jù)鉆芯法結果推測靠近35-3鉆孔附近局部混凝土質量較差(圖6)。

35#樁聲波透射法測試成果表 表1

圖6 35#樁平面鉆孔位置、推測缺陷范圍示意圖

在該樁三個鉆孔缺陷深度位置取芯樣試件進行抗壓強度檢測，抗壓強度檢測值為 31.0 MPa(表2)，滿足設計砼強度C30。

35#樁缺陷處芯樣試件抗壓強度檢測成果表 表2

3.2 39#樁檢測成果

39#樁進行鉆芯法檢測，鉆孔39-1鉆至 6.9 m～7.3 m處時，進尺速度增快，取芯呈碎塊狀，夾泥沙。鉆探結束后對該孔采用清水洗孔后進行全孔壁數(shù)字成像測試。從測試成果照片(圖7)來看，在 6.9 m～7.3 m處有一明顯空洞，推測該處樁身夾泥，在測試前洗孔時泥沙被沖走形成了空洞。該空洞方位為北偏東20.2°～東偏南42.7°，在鉆孔內呈扇形展布。推測夾泥缺陷范圍如圖8所示。在鉆孔39-1樁中心對稱位置進行鉆孔39-2鉆芯法檢測時，在該深度處樁身完整，未發(fā)現(xiàn)夾泥等缺陷。對兩鉆孔之間進行聲波透射法檢測，波幅和聲速值均在正常值范圍內，表明鉆孔39-1空洞缺陷深度范圍內鉆孔39-1、39-2之間混凝土質量良好。由此推測該樁夾泥缺陷的范圍如圖8所示。

圖7 39#樁鉆孔全孔壁數(shù)字成像成果

圖8 39#樁平面鉆孔位置、推測缺陷范圍示意圖

3.3 檢測結論

通過以上兩個工程實例的檢測成果對兩根基樁作出如下檢測結論：

(1)35#樁結合鉆芯法、全孔壁數(shù)字成像、聲波透射法成果及試件抗壓強度檢測成果綜合分析，根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014表7.6.3，判定該樁為Ⅲ類樁；

(2)39#樁樁身夾泥，根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014表7.6.3，判定該樁為Ⅳ類樁。

發(fā)現(xiàn)以上不合格基樁后，我方與建設單位、設計單位等相關方進行溝通，為驗證其余未檢測基樁是否存在施工質量問題，確認繼續(xù)采用鉆芯法進行擴大檢測，檢測數(shù)量為原正常抽檢數(shù)量的2倍。經檢測，擴大檢測所測基樁樁身完整，混凝土強度滿足設計強度要求，均為Ⅰ類樁。

4 結 論

通過上述的工程實例可初步得出如下結論：

(1)在鉆芯法檢測發(fā)現(xiàn)樁身缺陷之后，如缺陷分布在柱體芯樣的一側，根據(jù)芯樣無法判斷缺陷方位，可以采用全孔壁數(shù)字成像技術對缺陷方位進行進一步確認，為后續(xù)檢測工作提供依據(jù)。否則如上述35#樁僅根據(jù)35-1、35-2鉆孔取芯情況判別該樁Ⅱ類樁，將造成誤判；

(2)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》中規(guī)定，進行聲波透射法檢測時，需在樁基施工時預埋聲測管，測試在聲測管中進行。本文對該方法進行引申，鉆芯法兩個鉆孔之間也可采用聲波透射法檢測，判定兩個鉆孔之間的混凝土質量，聲波透射法可測出兩個鉆孔間鉆孔內未揭露的樁身缺陷，為樁身完整性判定提供進一步的依據(jù)。需要注意此時應根據(jù)鉆孔直徑對零聲時進行修正；

(3)采用全孔壁數(shù)字成像技術結合鉆芯法對缺陷方位進行進一步確認后，可對缺陷范圍進行推測，為下一步缺陷樁的工程處理方案提供指導。