基樁質量檢測方法的綜合研究及案例分析

胡靜

（廣東省有色工業(yè)建筑質量檢測站有限公司）

0 前言

建筑工程基樁質量檢測，常見的檢測分為完整性與承載力檢測。其中完整性檢測方法有：低應變法、聲波透射法、鉆芯法、高應變法，承載力檢測有：單樁抗壓靜載試驗、單樁抗拔靜載試驗、水平靜載試驗、高應變法。本文運用上述幾種檢測方法，針對檢測數(shù)據(jù)存疑情況進行驗證，確實存在質量問題情況經設計制訂處理方案后進行樁身復驗，對后期工程施工及驗收提供重要依據(jù)。

基樁完整性檢測方面，學者也做了很多研究。王建文[1]對聲測法檢測混凝土灌注樁基本原理進行了介紹,并結合工程檢測數(shù)據(jù)實例的分析,對聲測法檢測樁基中聲學參數(shù)的分析方法及注意事項進行了討論；劉慶生[2]針對聲波透射法檢測過程精細化控制，以達到最終數(shù)據(jù)準確性判斷，對聲波透射法具體實施細則做了詳細介紹；賴劉保[3]分析了三種樁身完整性檢測方法的原理，識別常見樁身缺陷的經驗，結合工程中典型的淺部斷樁、樁底沉渣、中部離析等缺陷說明低應變法、聲波透射法和鉆芯法的綜合應用。上述學者都相應分析了幾種樁身完整性檢測方法的適用性，其中賴劉保也對三種方法進行了綜合應用。

本文將分別針對四種完整性檢測的優(yōu)缺點及局限性進行闡明，用典型工程案例進行分析，本文只對完整性檢測有疑問的基樁進行加固處理后的復驗工作進行介紹?？紤]靜載試驗的成本問題，復驗方法主要包括高應變法和鉆芯法。在此基礎上總結相關經驗，結合實際地質條件，對質量檢測幾種方法的運用與工程檢測分析提供參考。

1 基本原理及局限性

1.1 低應變法

本方法是通過在樁頂施加一定能量的激振信號產生應力波，該應力波沿樁身傳播過程中，遇到突變不連續(xù)的界面（如縮徑、夾泥、離析、松散等缺陷）和樁底面時，將產生反射波，檢測分析反射波的傳播時間、幅值和波形特征，綜合分析來判斷樁的完整性。

缺陷的程度根據(jù)缺陷反射的幅值定性確定，缺陷位置根據(jù)反射波的時間tx由下式確定：

低應變法的優(yōu)點包括可操作性強，檢測方便快捷。但因其原理，局限性主要反應在以下幾個方面：

⑴針對豎向裂縫或缺陷等敏感性較弱或不敏感；

⑵地質條件復雜，樁周土對應力波的削弱，長徑比較大時，激振能量較小，往往很難反應出樁長及樁底情況；

⑶對漸變性、彎曲、微小缺陷不能判別，只能對嵌巖效果做評判，不能判斷是否為沉渣影響。

1.2 高應變法

本方法是運用重錘沖擊樁頂，產生一定數(shù)量級能量激振信號，使樁—土產生足夠的相對位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側的力和加速度傳感器接收樁的應力波信號，應用應力波理論分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身質量完整性。

原理同理于低應變法，因此，其樁身應力應變關系可寫為：

假設土阻力是由靜阻力和動阻力兩部分組成：

R=Rs+Rd

推導可得樁的一維波動方程：

分析方法采用Case法和實測曲線擬合法：

記沖擊速度峰對應時間為t1，t2=t1+ 2L/C為樁底反射對應時間，根據(jù)實測的力、速度曲線F(t)、V(t)推導可得Case法判定樁的承載力的計算公式為：

實測曲線擬合法采用了較復雜的樁－土力學模型，選擇實測力、速度或上行波作為邊界條件進行擬合，擬合完成時計算曲線應與實測曲線基本吻合，樁側土摩阻力應與地質資料基本相符，貫入度的計算值應與實測值基本吻合，從而獲得樁的豎向承載力和樁身完整性。

高應變法檢測原理與低應變法基本一致，主要是樁身激振能量數(shù)量級的不同，達到的應變量級的差異。因此，高應變不僅能進行完整性判別，還能通過力學模型擬合，獲得樁的豎向承載力。其完整性判別的局限性與低應變類似，此處不作贅述。

1.3 聲波透射法

由超聲波脈沖發(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)記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現(xiàn)的波動特征；當混凝土內存在不連續(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)。測試記錄不同剖面、樁身高度內的超聲波動特征，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。

聲波透射法類似于醫(yī)學CT，對樁長范圍內按照一定間距進行掃描，對范圍性缺陷非常敏感，且準確度高。其局限性是對橫向缺陷，如斷樁、裂縫等不敏感，在聲時、波幅及PSD 曲線上都不會發(fā)生明顯的變化。另外，本方法只能對樁身聲測管埋設范圍內完整性進行判定，樁底沉渣及豎向承載力無法進行判斷。

1.4 鉆芯法

本方法是根據(jù)鉆取芯樣，確定樁長（墻深）、樁（墻）底沉渣厚度，鑒別巖石地基性狀、樁（墻）持力層巖土性狀，并通過芯樣特征、芯樣單軸抗壓強度判斷混凝土灌注樁、地下連續(xù)墻、復合地基增強體、水泥土墻的施工質量的檢測方法。能對其他檢測方法的檢測結果進行驗證檢測。

鉆芯法通過芯樣特征對樁身完整性分類，芯樣的表觀缺陷主要劃分為分層、水平裂縫，氣孔、蜂窩麻面、溝槽、破碎、松散和夾泥。因此，具有比高低應變及聲波透射法更直觀的一面，也有“一孔之見”代表性差的一面，特別是針對樁底入巖情況與沉渣厚度判斷有很大的參考性。

2 工程案例分析

⑴樁A 為嵌巖樁，持力層為中風化砂巖，樁徑1000mm，設計樁長11.00m，混凝土強度C40。進行低應變法檢測，嵌巖樁樁底同向反射（圖1），初步判斷樁底存在沉渣或者離析破碎，導致入巖效果不佳。根據(jù)規(guī)范要求，對該根樁進行鉆芯驗證。結果顯示樁底10.75m至11.20m 為離析破碎狀（如圖2）。據(jù)現(xiàn)場調查及查閱地勘資料，該工程地下水豐富，樁底部分被地下水侵蝕。針對此類質量問題，常見處理方式：一是由設計方重新制訂樁基方案，進行補樁處理；二是在原有基樁進行補強處理。從經濟與安全方面考慮，可優(yōu)先補強處理，通過高壓注漿后再進行復驗。因此復驗方式可選擇高應變法或鉆芯法，檢驗補強效果，依此來判定處理效果。

圖1 樁A低應變法曲線

圖2 樁A鉆芯示意圖

⑵樁B 為嵌巖樁，持力層為中風化砂巖，樁徑1000mm，設計樁長9.40m，混凝土強度C40。檢測方案選定此根樁進行聲波透射法檢測，檢測結果顯示：距樁頂8.90m 至9.10m 范圍，兩個剖面存在波幅與波速均劇烈下降，PSD 曲線發(fā)生突變，如圖3 所示，初步判定為樁身局部缺陷。

圖3 樁B聲波波列圖曲線

擬分別采用低應變法與鉆芯法進行驗證，結果顯示：低應變對小型局部缺陷不敏感（如圖4），鉆芯法所顯示缺陷為夾泥約3cm、輕微離析合計約15cm（如圖5）。此樁情況與樁A 類似，只是缺陷類型不一樣，檢測出來的方法反應方式也不一樣，間接證明了不同方法適用性與局限性。

圖4 樁B低應變法曲線

圖5 樁B鉆芯示意圖

⑶某橋樁C 為沖孔摩擦樁，樁徑1400mm，設計樁長33.40m，混凝土強度C35。進行低應變法檢測，距樁頂7.70m 左右存在輕微缺陷（如圖6）；進行聲波透射法檢測，在靠河流一側的剖面距樁頂7.50m 至7.90m 范圍存在缺陷，其余兩剖面完好（如圖7）。查驗地勘資料得知，在該范圍內存在砂土層。

圖6 樁C低應變法曲線

圖7 樁C聲波波列圖曲線

此案例反應針對范圍性缺陷，低應變與聲波透射法均能很準確做出判斷；針對此類情況，按照規(guī)范相關條款，完整性類別可判定為II 類樁。對缺陷產生原因做初步分析，地質條件對樁身質量影響較大，澆筑過程中砂土易受水滲透侵蝕，砂土流失后會對樁身混凝土密實度有一定影響，在檢測數(shù)據(jù)上就可能定性為缺陷。

3 建議

⑴嚴格按照相關規(guī)范及設計文件制訂地基基礎檢測方案，檢測順序宜優(yōu)先完整性檢測，再進行承載力檢測。針對完整性檢測中存疑或完整性類別為III 與IV樁進行復驗、擴大檢測與驗證檢測，提出合理化意見供設計參考，做出下一步的規(guī)劃。

⑵無論完整性檢測或承載力檢測，都需提前做好相關準備，盡可能排除一切能干擾到檢測結果的外部因素。如低應變法應打磨樁頭，鑿除浮漿；聲波透射法應清理聲測管內部泥漿或雜物，確保耦合劑為清水；鉆芯法應搭建好鉆孔平臺，防止傾斜、搖擺，導致偏出樁外；高應變法應對灌注樁按照標準做好樁帽，確保樁帽上部平整及其強度滿足要求；單樁抗壓靜載試驗應確保地基承載力滿足堆載要求，合理根據(jù)現(xiàn)場情況預設堆載形式與組裝順序，安裝安全警示牌，設置安全警戒區(qū)。

⑶驗證單樁承載力時，靜載試驗成本較高，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況與設計要求綜合考慮。所以進行承載力檢測時，可選取存疑或需驗證的樁進行，避免先進行承載力檢測后，為驗證檢測增加工程成本。

⑷在對待樁身質量問題時，運用低應變法的快速普查效果與聲波透射法對缺陷的高敏感性特點，結合鉆芯法進行驗證，根據(jù)地勘資料的地質環(huán)境，確定工程質量問題原因，為后期補強或補樁等措施提供依據(jù)。

⑸基樁質量關乎整體工程項目質量的好壞，施工單位應提升施工工藝與水平，針對特殊地質情況或施工環(huán)境應具有較高適應性；檢測單位作為工程質量標尺，應嚴守道德底線，嚴格依據(jù)規(guī)范要求，為工程質量保駕護航。

4 總結

建筑工程中，樁基礎質量決定工程的整體質量。復雜的地質條件與不合格的施工技術往往是工程質量的絆腳石。要熟悉地質條件對工程檢測的影響，用以甄別各類質量問題。因此，實施檢測過程中，應既規(guī)范，也應熟練運用各類檢測方法，結合現(xiàn)場地質條件，對檢測數(shù)據(jù)做出合理判斷，為施工改進或驗收提供保證，在普查、復驗與驗證各個環(huán)節(jié)，做出準確的判定并提出合理合規(guī)的建議。這樣才能保證工程進度，也能便于高質量施工管理，減少不必要的經濟損失。