樁基檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用與難點(diǎn)

錢釗海

（清遠(yuǎn)市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量檢測站有限公司,廣東 清遠(yuǎn) 511518）

0 引言

廣東省的氣候特征導(dǎo)致其巖溶地區(qū)的巖石富水性和透水性極強(qiáng)，巖溶的發(fā)育相對來說較為成熟。其最為顯著的特點(diǎn)是如果遇到含有二氧化硫的流水侵蝕會(huì)造成溝槽或者溶洞等形態(tài)產(chǎn)生[1]。巖溶作用下，巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得巖溶地質(zhì)的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的復(fù)雜性，給工程項(xiàng)目的建設(shè)帶來很大的難度。巖溶地區(qū)的樁身完整性檢測方法有低應(yīng)變反射波法、聲波透射法和鉆孔取芯法等，每種檢測方法在適用范圍、測試條件，測試操作、檢測成本上也各有不同。巖溶地區(qū)的樁基質(zhì)量檢測的重點(diǎn)、難點(diǎn)主要有：低應(yīng)變反射波法難以對公路工程的超長樁、長徑比很大的樁做出準(zhǔn)確判定；聲波透射法容易造成聲測管堵管，樁身缺陷容易漏判、誤判；鉆孔取芯法外業(yè)作業(yè)時(shí)間長、儀器設(shè)備笨重等。

1 樁基檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用

1.1 樁基檢測技術(shù)

常用的鉆孔灌注樁樁基檢測方法有低應(yīng)變反射波法、聲波透射法和鉆孔取芯法。低應(yīng)變反射波法和聲波透射法均可檢測樁身完整性和缺陷位置及程度，判定樁身完整性類別，且都屬于無損檢測方法。這兩種檢測方法具有檢測儀器相對輕便、操作簡單、檢測成本低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)低應(yīng)變反射波法和聲波透射法兩種方法檢測后，對樁身缺陷仍存在疑問時(shí)，可用鉆孔取芯法對上述兩種測試方法的測試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。鉆孔取芯法所使用的設(shè)備笨重、工序耗時(shí)且復(fù)雜、檢測成本高，可以檢測樁身長度、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度，鑒別樁底巖土性狀，準(zhǔn)確地判定樁身完整性類別，檢測成果直觀可靠[2]。

1.2 低應(yīng)變反射波法檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用

反射波法的基本原理為：把樁視為一維彈性均質(zhì)桿件，在樁頂錘擊產(chǎn)生入射波，入射波沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面或樁身截面積發(fā)生變化時(shí)，向下傳播的入射波將產(chǎn)生反射波。經(jīng)儀器接收放大、濾波并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可快速有效地判斷樁的完整性和質(zhì)量，鑒定樁的缺陷性質(zhì)，確定缺陷位置[3]。

在巖溶地區(qū)的工程項(xiàng)目中，樁基的成型不一定完全符合一維桿件的模型，樁基礎(chǔ)是一種水泥混凝土、鋼筋等混合物的復(fù)合體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樁身—樁側(cè)土—樁底持力層又是構(gòu)成一個(gè)極其復(fù)雜的介質(zhì)體系，反射波產(chǎn)生疊加干擾，需準(zhǔn)確判斷并排除干擾波形，才能做出科學(xué)、合理的判斷[4]。

1.3 聲波透射法檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用

聲波透射法是公路工程項(xiàng)目中常用的樁基檢測方法，該測試方法能夠非常精確地檢測到樁身混凝土存在的缺陷及缺陷的位置、程度和范圍。聲波透射法的檢測結(jié)果是比較準(zhǔn)確和可靠的。當(dāng)前，鉆孔灌注樁方式在公路工程項(xiàng)目樁基工程中應(yīng)用較廣，聲波投射法對于鉆孔灌注樁容易出現(xiàn)的夾泥或者斷樁現(xiàn)象也能夠做出較為準(zhǔn)確的檢測，因此其在巖溶地區(qū)的樁身基礎(chǔ)完整性檢測中應(yīng)用非常廣泛。

1.4 鉆孔取芯法檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用

在對樁基施工中的單樁承載力檢測方面，一般采用鉆芯法為主要的檢測手段。鉆芯法可以對單樁的樁身質(zhì)量進(jìn)行全面、直觀的觀察分析，通過對樁身混凝土質(zhì)量、柱底沉渣的厚度以及樁底基巖完整性的進(jìn)一步檢測，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)對混凝土承載力的實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)證，最后綜合數(shù)據(jù)分析的結(jié)果對樁基承載力進(jìn)行綜合測量。

鉆孔取芯法中，鉆孔數(shù)量和位置需符合有關(guān)規(guī)范和文件的要求，并根據(jù)規(guī)范截取芯樣送試驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后確定樁身混凝土強(qiáng)度、持力層巖石強(qiáng)度和沉渣厚度等。在使用鉆機(jī)進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格控制鉆芯孔垂直度偏差，避免鉆井時(shí)對鋼筋造成嚴(yán)重?fù)p傷和對鉆頭造成嚴(yán)重磨損。在鉆芯作業(yè)完成后，還要注意整理整個(gè)鉆芯過程中涉及的參數(shù)，對芯樣、樁號、鉆芯孔號、孔深缺陷位置等進(jìn)行拍照，并認(rèn)真保存相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，為后期的樁基檢測提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

2 樁基檢測技術(shù)在巖溶地區(qū)應(yīng)用的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波法檢測一些超長樁或長徑比很大的樁，由于樁頂激振傳播和反射受樁身多種因素的影響，常測不到樁底反射信號或反射不明顯，此時(shí)反射波信號不能被準(zhǔn)確有效地識別，較難判別。當(dāng)樁身截面漸變或多變，且混凝土不均勻時(shí)，對于預(yù)制樁、嵌巖樁的反射信號多變，容易造成誤判等。在實(shí)際應(yīng)用中僅通過反射波的信號特征來判定樁身缺陷均有一定的難度，還需結(jié)合工程地質(zhì)條件和具體的施工過程資料來綜合分析評判。

2.2 聲波透射法

由于樁基礎(chǔ)為隱蔽工程，聲波透射法作為一種無損檢測方法檢測樁基混凝土澆筑質(zhì)量，不確定因素較多，容易出現(xiàn)誤判、漏判情況：

（1）樁底聲測管彎曲：在安裝鋼筋籠的搬運(yùn)和吊裝過程中，因操作難度大和工作的不嚴(yán)謹(jǐn)，鋼筋籠經(jīng)常發(fā)生碰撞或拖動(dòng)，聲測管容易發(fā)生彎曲變形。測試時(shí)聲測管彎曲區(qū)域聲速會(huì)異常偏高，波幅會(huì)降低，由于樁底是容易發(fā)生缺陷的部位，根據(jù)此類波形圖很難準(zhǔn)確判定樁底存在何種缺陷，很可能發(fā)生漏判、誤判的情況，給工程項(xiàng)目留下質(zhì)量安全隱患[5]。

（2）在預(yù)埋聲測管的樁基水下混凝土灌注過程中，由于往往是水下作業(yè)且聲測管綁扎或焊接不牢固等，容易造成聲測管傾斜，導(dǎo)致超聲波聲速超出混凝土正常聲速范圍，出現(xiàn)“聲速可疑”。但往往這種“可疑”會(huì)隨著聲波的傳播有一定的規(guī)律變化，如在某一深度范圍內(nèi)有規(guī)律的偏高或偏低，此項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)借助分析軟件反映在波形圖或波列圖中也可容易辨別出來（如圖1所示），在采用曲線擬合等方法進(jìn)行修正后，可重新計(jì)算聲速；但遇到測點(diǎn)的聲速在某一深度范圍內(nèi)“可疑”，但聲速變化無規(guī)律時(shí)，不能隨意進(jìn)行管斜修正，以免對缺陷造成誤判，要綜合考慮測試數(shù)據(jù)和施工記錄資料等方可對樁基進(jìn)行綜合評判[6]。

圖1 “可疑聲速”的有規(guī)律變化

（3）鉆孔取芯法中，樁身完整性評判依據(jù)有各孔芯樣的松散、破碎、夾泥等情況分析。鉆芯過程中應(yīng)對鉆孔、高程、芯樣、沉渣厚度、持力層等做詳細(xì)記錄。芯樣試件的取樣位置和加工也是直接影響樁基質(zhì)量評判的關(guān)鍵因素。垂直度偏差超過±2.0°時(shí)或平整度偏差超過±0.1 mm時(shí)，試件的實(shí)測強(qiáng)度可能比真實(shí)強(qiáng)度偏低，這也是鉆孔取芯法中的工作難點(diǎn)。

在樁基檢測工作中，當(dāng)采用單一檢測方法出現(xiàn)上述問題時(shí)，為更好地對樁質(zhì)量作出判定，應(yīng)首先采用低應(yīng)變反射波法—聲波透射法互為驗(yàn)證的方法對樁身和樁底是否存在缺陷進(jìn)行校核。仍有懷疑時(shí)，采用鉆孔取芯法進(jìn)一步驗(yàn)證，綜合評判。

以我市連山縣小三江鎮(zhèn)加田至立星大風(fēng)坑旅游景區(qū)段公路改建工程AK0+133大橋0-2樁樁基檢測為例：

該樁基經(jīng)聲波透射法檢測，發(fā)現(xiàn)樁身存在嚴(yán)重缺陷，經(jīng)判定為Ⅳ類樁，后經(jīng)建設(shè)單位要求，采用鉆孔取芯法對該樁進(jìn)行驗(yàn)證性檢測（鉆取芯樣見圖2）。鉆孔取芯并芯樣試件檢測后的基本情況如下：

圖2 0-2樁鉆芯全貌

0.00～28.33 m為樁身，混凝土芯呈長柱狀，節(jié)長一般0.02～1.58 m，最長1.58 m，芯樣表面較光滑，粗細(xì)骨料分布較均勻，混凝土膠結(jié)較好、密實(shí)，該段樁身連續(xù)性一般，斷口拼接基本吻合，其中0.00～2.0 m為樁頭鑿除部分、17.06～18.36 m處見破碎狀混凝土、18.36～18.61處見溝槽。采取率為95%。

在2.78～3.32 m、13.61～13.96 m、27.52～27.86 m取混凝土芯樣3組，其抗壓強(qiáng)度代表值分別為：33.1 MPa、46.3 MPa、47.1 MPa。

28.33～30.71 m為持力層，未能見持力層芯樣樣品，但抽取時(shí)見黃色泥水。

該樁經(jīng)鉆孔取芯法檢測結(jié)論如下（檢測結(jié)果及結(jié)論匯總見表1）：

表1 0-2鉆孔取芯法檢測結(jié)果及結(jié)論

（1）樁身完整性判定：該次檢測1#孔混凝土芯基本連續(xù)完整，斷口拼接基本吻合，粗細(xì)骨料分布較均勻，混凝土膠結(jié)較好、密實(shí)、其中0.00～2.0 m為樁頭鑿除部分、17.06～18.36 m處見破碎狀混凝土、18.36～18.61處見溝槽。綜合判定，樁身完整性類別為Ⅳ類。

（2）混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度評定：在樁身有代表性部位抽檢混凝土抗壓強(qiáng)度，樁身混凝土抗壓強(qiáng)度代表值為33.1 MPa，滿足強(qiáng)度C30的設(shè)計(jì)要求。

（3）樁底沉渣評定；未能見持力層芯樣樣品，對沉渣情況不做評定。

（4）樁長情況：該樁鉆孔檢測有效混凝土樁長實(shí)測為28.33 m（未鑿樁頭），與施工記錄有效樁長28.6 m基本相符。

（5）樁端持力層評定：無法抽取持力層芯樣上來。

3 結(jié)語

當(dāng)前我國基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)程的不斷加快對工程建設(shè)的質(zhì)量安全提出了更高的要求。樁基檢測技術(shù)是樁基質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，在對樁基進(jìn)行檢測時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，選擇低應(yīng)變反射波法—聲波透射法—鉆孔取芯法中的兩種或三種方法互為驗(yàn)證的檢測方法對樁基質(zhì)量進(jìn)行評判，加以驗(yàn)證。將上述三種方法有機(jī)結(jié)合，并考慮工程地質(zhì)條件、樁的設(shè)計(jì)資料、施工方法和記錄等因素進(jìn)行綜合分析，對樁基質(zhì)量作出評估，進(jìn)而為整個(gè)公路橋梁工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全提供可靠的保障。