內(nèi)河高樁碼頭嵌巖樁施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究

何歡翔 江西省水運(yùn)咨詢有限公司

曾斌華 江西省路港工程有限公司

案例高樁碼頭面對(duì)大流速、大水位差水域環(huán)境，以及大部分長度嵌入水下斜坡面的長嵌巖樁技術(shù)需求和設(shè)計(jì)，在工程施工過程中，嚴(yán)格加強(qiáng)嵌巖樁強(qiáng)度與完整性質(zhì)量檢測(cè)，為確保復(fù)雜環(huán)境下高樁碼頭建設(shè)質(zhì)量，提供了有效的施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)保障。這里闡述介紹該嵌巖樁施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，以為同類內(nèi)河高樁碼頭嵌巖樁施工質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用，提供研究和技術(shù)參考。

1.案例工程

案例是位處我國西南內(nèi)陸的一處內(nèi)水高樁碼頭，堆箱荷載均布30kPa，流動(dòng)拖掛車機(jī)荷載40t，岸測(cè)集裝箱起重機(jī)最大輪壓28t/輪，總輪數(shù)32個(gè)。所在水域河段，屬于低丘山區(qū)，河道較寬，水量充沛，具有季節(jié)性漲落、大流速、大水位差特點(diǎn)。碼頭采取框架樁基支撐梁板結(jié)構(gòu)，其中江側(cè)采用鋼筋混凝土Φ2300灌注嵌巖樁，其他則采用鋼筋混凝土Φ2000灌注嵌巖樁。碼頭前沿的鉆孔灌注樁長度在19.30m～34.80m之間，大部分處于水下斜坡面，是本工程的施工難點(diǎn)，其質(zhì)量不僅關(guān)系影響能否在一個(gè)枯水期順利完成樁基施工施工任務(wù)，而且也事關(guān)碼頭工程結(jié)構(gòu)的長期整體技術(shù)安全。

2.嵌巖樁強(qiáng)度與完整性檢測(cè)方法

2.1 樁體強(qiáng)度評(píng)估方法

對(duì)樁體載承力影響較大的技術(shù)要素，主要在于樁土摩擦力、樁體強(qiáng)度、樁端載承力。工程質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中，將筑樁混凝土強(qiáng)度級(jí)別，作為衡量混凝土樁體質(zhì)量關(guān)鍵表征指標(biāo)。通過澆筑過程中隨機(jī)提取混凝土，制作試塊，開展抗壓強(qiáng)度測(cè)量開展評(píng)估。試塊按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d齡期，開展抗壓強(qiáng)度測(cè)量的結(jié)果為準(zhǔn)。

（1）同強(qiáng)度試組n為2～4 組數(shù)時(shí)，可采用非統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法獲得混凝土強(qiáng)度，批次檢測(cè)驗(yàn)收值一定要同時(shí)符合如下公式關(guān)系：

公式中，mf為n組試塊抗壓強(qiáng)度的平均值；f為n組試塊抗壓強(qiáng)度的最小值；f為混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度值。

（2）同強(qiáng)度試組n≥5組時(shí)，可采用統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法獲得混凝土強(qiáng)度，其強(qiáng)度須同時(shí)符合如下公式關(guān)系：

公式中，Sf為n組試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，數(shù)值不低于σ-2；C為按表1獲得的計(jì)算系數(shù)；σ為按表2獲得的試塊抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差均值水平。

表1 系數(shù)C取值

表2 試塊抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差均值水平

2.2 樁體完整性評(píng)估方法

鉆孔灌注樁常見的質(zhì)量缺陷一般有兩種：①樁體完整性方面的病害，常見的有樁頂混凝土松散、混凝土離析、擴(kuò)徑、縮徑、斷裂和夾泥等；②樁端支撐條件方面的病害，通常為混凝土澆筑前，孔洞清理不徹底，孔底泥沙過厚，影響載承力。

混凝土基礎(chǔ)施工規(guī)范要求，工程樁體完成施工后，應(yīng)開展樁體質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)，徑值超過80cm的砼嵌巖樁，應(yīng)采取鉆芯法或超聲檢測(cè)法進(jìn)行檢驗(yàn)。取樣樁數(shù)不應(yīng)低于10%總樁數(shù)，承臺(tái)嵌巖樁取樣不應(yīng)少于1個(gè)。對(duì)于大徑值的灌注樁，通常應(yīng)用超聲檢測(cè)法檢測(cè)樁體的完整性。與其它質(zhì)量檢測(cè)方法相比，超聲檢測(cè)法是一種有效的樁體質(zhì)量檢測(cè)方法，能夠無傷檢測(cè)灌注樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，有效評(píng)估嵌巖樁體的完整性，因?yàn)樗粫?huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用功效，并且測(cè)試速度快，質(zhì)量檢測(cè)距離遠(yuǎn)，因此工程應(yīng)用比較多。

（1）超聲檢測(cè)原理。超聲檢測(cè)法又稱為聲波透射法。人耳能夠聽到20-20kHz頻率的聲波，超出這個(gè)范圍時(shí)，人耳便無法聽到，故這個(gè)頻率范圍的聲波被稱為超聲波。

超聲波檢測(cè)原理是利用聲波換能器發(fā)生人工激振，此激振發(fā)生的超聲波在樁體介質(zhì)中進(jìn)行傳輸，再通過收波感受器接收這些介質(zhì)傳輸?shù)牟ㄐ盘?hào)，并分析其傳輸速率、頻率和振幅等變化，進(jìn)而分析揭示樁體介質(zhì)的均勻性以及病害的性質(zhì)、大小以及位置等信息。激振發(fā)生的超聲波在樁體介質(zhì)中傳輸，其傳輸波態(tài)會(huì)受到樁體介質(zhì)特性調(diào)制影響，因此接收波較發(fā)射波會(huì)發(fā)生相關(guān)參數(shù)狀態(tài)變化，通過變化狀態(tài)模型反推，即可獲得樁體介質(zhì)的質(zhì)量狀態(tài)。

（2）聲測(cè)管設(shè)置。超聲波法僅能檢測(cè)到收、發(fā)聲測(cè)管的連接線兩側(cè)的窄帶部分的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當(dāng)樁徑增大時(shí)，每組測(cè)管間的超聲波檢測(cè)范圍占樁體橫斷面積比例相對(duì)就比較小，就無法充分反映出樁體整體質(zhì)量。所以，聲測(cè)管的數(shù)量和配置方式，影響決定檢測(cè)范圍。對(duì)于大徑值樁體，一定要適當(dāng)增加測(cè)管配置數(shù)量。通常說來，當(dāng)樁徑≤80cm時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩根管子。聲測(cè)管沿樁徑配置，構(gòu)成一個(gè)聲測(cè)截面；樁徑80-200cm時(shí)，聲管不可低于3根，并且應(yīng)均勻排列成等邊三角形；樁徑＞200cm時(shí)，聲管不可低于4根，且須均勻排列成方形，構(gòu)成六個(gè)聲測(cè)截面。案例樁基徑值分別為230cm與200cm，所以，根據(jù)要求，須設(shè)置4根聲測(cè)管。

測(cè)管材料多為金屬管或塑料管，因?yàn)榛炷林策^程中的的較大作用力、鋼筋籠的吊放以及混凝土所發(fā)生的水化熱作用影響，很容易導(dǎo)致聲測(cè)管形變甚至斷裂，使檢測(cè)無法開展。所以，案例聲測(cè)管采用高強(qiáng)度鋼管。為便于換能器在管內(nèi)移動(dòng)，測(cè)管內(nèi)徑一般比換能器外徑應(yīng)多出1-2cm。在混凝土施工過程中，聲管設(shè)置應(yīng)滿足如下要求：

①應(yīng)沿著樁斷面外側(cè)對(duì)稱配置聲管，盡可能等分樁體周長。

②聲管盡可能選擇相同材質(zhì)、徑值和尺寸鋼管。其內(nèi)徑應(yīng)在5-6cm。

③聲管封閉且埋入樁底，管口須比樁頂面高出10cm以上并覆蓋，以防止異物塞堵聲管。每個(gè)管口的高度應(yīng)一致。

④聲測(cè)管的連接處應(yīng)具備足夠強(qiáng)度，確保聲測(cè)管不會(huì)受力彎曲和脫落。連接位置應(yīng)密實(shí)無滲漏，以保證混凝土筑澆時(shí)，不發(fā)生砂漿滲漏。接頭應(yīng)使用套管、套筒螺紋連接或焊接，不允許對(duì)焊，以保證管內(nèi)不漏漿、不漏水、無焊渣。

⑤保持聲管平行。因?yàn)槁暅y(cè)管之間的距離隨深度而變化，因此每個(gè)深度的聲速僅能通過樁頂2根聲管之間的距離進(jìn)行計(jì)算。為降低誤差，把聲測(cè)管牢固扎綁或焊接于鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，相鄰聲管之間焊接水平撐桿，水平撐桿相同長度，以確保各聲管之間準(zhǔn)確定位和平行。

3.高樁碼頭嵌巖樁現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)

3.1 測(cè)前準(zhǔn)備

（1）聲測(cè)管采用清水沖洗，渾濁水會(huì)顯著影響聲波衰減，遲延傳輸時(shí)間，給聲波質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果帶來偏差。

（2）疏通聲測(cè)管，確保換能器在管內(nèi)上下平穩(wěn)移動(dòng)。

（3）相鄰聲管間距和聲管內(nèi)外徑要準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量精度±1mm。

（4）依據(jù)質(zhì)量檢測(cè)樁的技術(shù)指標(biāo)，匹配檢測(cè)器。

（5）樁體要符合混凝土齡期和強(qiáng)度要求。為確保質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的可靠性，通常要求樁體強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并且不低于15MP。14d齡期以后，混凝土超聲波速等特征參數(shù)的變化已基本趨于平緩，因此14d可作為檢測(cè)齡期的參考標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)

樁基現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)過程通常有兩個(gè)過程。首先，應(yīng)用水平測(cè)量法，從下到上對(duì)樁體各質(zhì)量檢測(cè)斷面開展逐一測(cè)量。進(jìn)而找到聲學(xué)表現(xiàn)異常的測(cè)量區(qū)域或測(cè)量點(diǎn)。然后通過加密平測(cè)、斜測(cè)或者扇形掃描測(cè)試，對(duì)異常點(diǎn)開展進(jìn)一步質(zhì)量檢測(cè)，不僅可以驗(yàn)證普查結(jié)果，還可以進(jìn)一步明確異常區(qū)域范圍分布，為樁體完整性檢測(cè)判斷提供可靠根據(jù)。

（1）平測(cè)。以同一標(biāo)高，同步升降換能器發(fā)送和收測(cè)聲波，稱作平測(cè)。

首先，將換能器放入某波面的2個(gè)聲測(cè)管內(nèi)，并將它們完全放至樁底，并保持相同的標(biāo)高。然后以相同步長從下向上提起，由于在水平方向上換能器收波具有一定的方向性，為確保測(cè)量點(diǎn)間，波場(chǎng)能夠充分覆蓋樁體混凝土，防止漏測(cè)，相鄰2個(gè)上下測(cè)量點(diǎn)的步長，不宜＞250mm。在質(zhì)量檢測(cè)過程中，提升1次則檢測(cè)1次，實(shí)時(shí)顯示并記錄波信號(hào)反應(yīng)時(shí)程曲線。首波的聲音和幅度讀取時(shí)，同時(shí)顯示閱讀頻譜曲線與主閾值。當(dāng)同一樁內(nèi)有4根及以上的聲測(cè)管時(shí)，則每2根管為1個(gè)測(cè)試波面，分別進(jìn)行檢測(cè)。

平測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)缺陷區(qū)域在垂向上的狀態(tài)、規(guī)格與嚴(yán)重程度，但是無法揭示病害在水平向上的狀態(tài)、規(guī)格與嚴(yán)重程度，所以在樁體病害檢測(cè)時(shí)，還要結(jié)合斜測(cè)或扇形掃測(cè)。

（2）斜測(cè)。以不同標(biāo)高，保持換能器固定高度差，但同步升降測(cè)量稱作斜測(cè)。

發(fā)現(xiàn)了異常測(cè)量點(diǎn)以后，可以先給予加密平測(cè)，驗(yàn)證異常點(diǎn)的異常狀態(tài)，進(jìn)而確定異常區(qū)域的縱向分布范圍。之后通過斜測(cè)方法，進(jìn)步檢測(cè)異常區(qū)域病害的嚴(yán)重狀態(tài)。斜測(cè)是使發(fā)射與接收換能器，在聲測(cè)管中，以不同標(biāo)高，保持換能器固定高度差，并以相同的步長，同步升降開展測(cè)試，而不是像平測(cè)那樣，始終保持發(fā)波和收波換能器的相同高度差。

斜測(cè)有1面斜測(cè)和2面斜測(cè)之分，工程檢測(cè)應(yīng)用通常多采用2面斜測(cè)，以便于互檢驗(yàn)證。2面斜測(cè)，是指第1次使射波換能器高于收波換能器，而第2次使射波換能器低于收波換能器，但是二者的絕對(duì)高度差值必須始終一致，否則測(cè)試結(jié)果將沒有可比性。斜測(cè)可以在水平方向上縮小缺陷定位認(rèn)識(shí)范圍。

斜測(cè)發(fā)波和收波換能器的高度差量差異越大，越利于在水平方向上縮小缺陷定位認(rèn)識(shí)范圍，但這個(gè)高度差量差異越大，干擾信號(hào)越強(qiáng)，所獲得的收波信號(hào)會(huì)變得越弱，越容易導(dǎo)致誤判。因此高度差量并非差值越大越好。只能在確保信號(hào)良好的前提下，可適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)置其差值。

（3）扇形掃測(cè)。換能器一個(gè)高度固定，另一個(gè)基于一定高度差上下移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，稱為扇形掃測(cè)。

作為輔助手段，當(dāng)樁頂或樁底的斜測(cè)量范圍有限時(shí)，或考慮降低換能器提升頻率時(shí)，即可采用扇形掃測(cè)。

4.案例高樁碼頭嵌巖樁施工質(zhì)量測(cè)量結(jié)果

4.1 混凝土樁體強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果

以案例高樁碼頭的大部分嵌入水下斜坡面的嵌巖樁為例，每樁取2組混凝土試件，進(jìn)行灌注嵌巖樁的樁體強(qiáng)度檢測(cè)。其混凝土強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

表3 嵌入水下斜坡面的嵌巖樁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)（Mpa）

通過試件檢測(cè)和計(jì)算分析，案例A1～A7大部分嵌入水下斜坡面的嵌巖樁混凝土強(qiáng)度，全部符合設(shè)計(jì)要求，評(píng)定為合格。

4.2 混凝土樁體完整性測(cè)量結(jié)果

案例高樁碼頭施工泊位存在混凝土灌注嵌巖樁共116根個(gè)。按照標(biāo)準(zhǔn)程序，采用超聲波檢測(cè)法，對(duì)樁體完整性一一給予檢測(cè)，施檢率達(dá)100%。結(jié)果為完整性屬于Ⅰ類樁的96個(gè)，屬于Ⅱ類樁的20個(gè)，不存在Ⅲ類和Ⅳ類樁。其中Ⅰ類和Ⅱ類樁可直接應(yīng)用。IV類樁則需要給予強(qiáng)化處理，并經(jīng)再次檢測(cè)確認(rèn)其載承力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可允許應(yīng)用。

5.結(jié)語

開展了內(nèi)河高樁碼頭嵌巖樁施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究。主要收獲：

闡述了嵌巖樁強(qiáng)度檢測(cè)方法。以樁體混凝土強(qiáng)度，作為衡量嵌巖樁強(qiáng)度質(zhì)量的關(guān)鍵表征指標(biāo)；澆筑過程中隨機(jī)提取混凝土，制作試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d齡期，開展抗壓強(qiáng)度測(cè)量。

闡述了嵌巖樁完整性檢測(cè)方法。大徑值的灌注樁，通常應(yīng)用超聲檢測(cè)法檢測(cè)樁體的完整性；超聲檢測(cè)原理；聲測(cè)管設(shè)置?，F(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)：測(cè)前準(zhǔn)備，平測(cè)，斜測(cè)，扇形掃測(cè)。

介紹了案例高樁碼頭嵌巖樁施工質(zhì)量超聲檢測(cè)結(jié)果。A1～A7嵌入水下斜坡面的嵌巖樁混凝土強(qiáng)度，全部符合設(shè)計(jì)要求；嵌巖樁完整性檢測(cè)結(jié)果為屬于Ⅰ類樁的96個(gè)，屬于Ⅱ類樁的20個(gè)，不存在Ⅲ類和Ⅳ類樁。