灌注樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)方法及注意事項(xiàng)

劉亞興

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006）

鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)是工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁工程中采用的主要基礎(chǔ)類型，目前約占全部工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的80%以上。作為重要承重結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)，其在結(jié)構(gòu)安全中的地位是至關(guān)重要的，但是它屬于地下隱蔽結(jié)構(gòu)物（特別是水下灌注樁），由于地質(zhì)的復(fù)雜性、意外事件的不確定性，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)各種缺陷的較大的可能性。資料表明，國內(nèi)外現(xiàn)場灌注樁施工中樁身出現(xiàn)缺陷的概率約為20%，因此對(duì)樁基礎(chǔ)的質(zhì)量控制和檢測(cè)檢驗(yàn)顯得至關(guān)重要。

樁基動(dòng)力檢測(cè)方法一般可分為兩大類，一種是大應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，一種是低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。大應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)主要用于樁基的承載力檢測(cè)，對(duì)樁基的工程整體質(zhì)量進(jìn)行推定。低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)主要用于樁基的完整性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，同時(shí)可以對(duì)樁長進(jìn)行核對(duì)，對(duì)樁身混凝土進(jìn)行估計(jì)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是方便、快捷，對(duì)樁身無損害，能夠比較直觀地反映出樁身的質(zhì)量。因此，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。本文主要結(jié)合本人的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)樁身的低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)的方法進(jìn)行闡述，對(duì)其在檢測(cè)準(zhǔn)備階段和檢測(cè)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

1 低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)的方法的分類

主要有反射波法、機(jī)械阻抗法、動(dòng)力參數(shù)法、聲波透射法。

2 各種檢測(cè)方法的適用范圍

2.1 反射波法

主要適用于檢測(cè)樁身混凝土的完整性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，同時(shí)可以對(duì)樁長進(jìn)行核對(duì)，對(duì)樁身混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)。

本法使用范圍廣，對(duì)樁徑和樁長的要求不高。

2.2 機(jī)械阻抗法

本法有穩(wěn)態(tài)激振和瞬態(tài)激振兩種方式。主要適用于檢測(cè)樁身混凝土的完整性、推定缺陷類別及其在樁身中的部位。有效測(cè)試范圍為樁長與樁徑之比小于30，根據(jù)本人多年的監(jiān)測(cè)樁基的實(shí)踐，機(jī)械阻抗法其測(cè)試范圍不僅要符合上述條件，一般還要滿足樁全長L＜35 m，如果達(dá)到35 m以上，其樁底的反射很不明顯，直接影響檢測(cè)結(jié)果。

2.3 動(dòng)力參數(shù)法

動(dòng)力參數(shù)法可分為初速法和頻率法兩種。頻率法應(yīng)用較多，其適用范圍限于摩擦樁，并應(yīng)有準(zhǔn)確的地質(zhì)勘探報(bào)告及土工試驗(yàn)資料作為計(jì)算依據(jù)。主要是要提供可靠的地質(zhì)剖面圖及各地層的內(nèi)摩擦角和重度，樁長范圍不大于40m，不小于5m。

因各方面的條件限制其應(yīng)用較少。

2.4 聲波透射法

本方法適用于檢測(cè)樁徑大于0.6 m的混凝土灌注樁的完整性，目前應(yīng)用最廣。

3 各種檢測(cè)方法數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量判定

3.1 反射波法

依據(jù)波列圖中入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達(dá)時(shí)間等特征，來推定單樁的完整性。

（1）樁身混凝土的反射波速可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：L：樁身全長；

tr：從入射波發(fā)出到反射波收到所經(jīng)歷的時(shí)間；

Vpm：同一工地多根合格樁的平均波速；

tr′：從入射波發(fā)出到從樁身缺陷處發(fā)射的波傳到接收器所經(jīng)歷的時(shí)間。

（3）反射波波形規(guī)則、波列清晰、樁底反射波明顯，容易讀取時(shí)間，波速較高的樁為完整性好的單樁。

（4）反射波到達(dá)時(shí)間小于樁底反射波到達(dá)時(shí)間，且波幅較大，出現(xiàn)多次反射，難以觀測(cè)到樁底反射波，則意味著該樁為斷樁。

（5）若波速較低，反射波幅減小、頻率降低，則初步可以判定該樁的砼在灌注時(shí)砼嚴(yán)重離析，砼的立方體抗壓強(qiáng)度偏低。

（6）在檢測(cè)過程中如果發(fā)現(xiàn)有異常波形，最好能夠采用多種辦法進(jìn)行對(duì)比應(yīng)證，包括鉆芯取樣。

3.2 機(jī)械阻抗法

（1）根據(jù)測(cè)試的機(jī)械導(dǎo)納曲線，初步確定各單樁中的完整樁，并計(jì)算波速和各完整樁的波速平均值。

（2）計(jì)算各單樁的測(cè)量樁長、導(dǎo)納幾何平均值、導(dǎo)納理論值、導(dǎo)納最大峰幅值等。

（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果參照規(guī)程中的經(jīng)驗(yàn)表格推定樁身砼的質(zhì)量。

3.3 動(dòng)力參數(shù)法

單樁豎向承載力的推算值，R按下式計(jì)算：

式中：h0：穿心錘的回彈高度；

H：穿心錘的落距；

V00：樁頭振動(dòng)的初速度；

R0：單樁豎向承載力的推算值，kN；

f0：樁-土體系的固有頻率，Hz；

W0：穿心錘的質(zhì)量；

ΒV：頻率-初速度的調(diào)整系數(shù)。

此公式比較復(fù)雜，相關(guān)參數(shù)較多，個(gè)別參數(shù)因測(cè)試者積累的資料數(shù)據(jù)和人為因素有關(guān)，其推定結(jié)果因人而異。因此，如果推定結(jié)果與設(shè)計(jì)要求很接近時(shí)，宜采用多種方法（包括大應(yīng)變動(dòng)載試驗(yàn)）進(jìn)行比對(duì)。

3.4 聲波透射法

（1）首先根據(jù)現(xiàn)場測(cè)定的數(shù)據(jù)繪制聲時(shí)—深度曲線和波幅—深度曲線，按下式計(jì)算：

式中：tc：砼中聲波傳播時(shí)間，μs；

t：聲時(shí)原始測(cè)定值，μs；

t0：聲波檢測(cè)儀發(fā)射到接收系統(tǒng)的延遲時(shí)間，μs；

t'：聲時(shí)修正值，μs；

I：兩個(gè)檢測(cè)管外壁之間的距離，mm；

vp：砼中的聲速，km/s。

（2）利用聲時(shí)平均值和聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差判斷樁身有無缺陷。

（3）利用聲時(shí)-深度曲線中相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率及其聲時(shí)差值作出缺陷判據(jù)。

（4）利用波幅（衰減量）判定缺陷。

（5）利用接收波形的形態(tài)，輔以多點(diǎn)發(fā)射、高差反射等措施，對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)判。

上述檢驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理均通過微機(jī)處理，本文不再列式重復(fù)。

4 各種檢測(cè)方法的注意事項(xiàng)

4.1 反射波法

由于不同工區(qū)樁的類型、樁徑大小、樁頭混凝土質(zhì)量、土層地質(zhì)情況等條件差異較大，檢測(cè)時(shí)，對(duì)激振和接收的最佳條件選擇，只能通過現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)比來確定，確定最佳接收條件，主要是指調(diào)節(jié)放大器增益，使波形不產(chǎn)生畸變。改變?yōu)V波頻率是為了提高分辨率和改善信（號(hào)）噪（聲）比。

4.2 機(jī)械阻抗法

（1）若使用電子管功率放大器，一般要預(yù)熱0.5 h左右。

（2）若使用模擬式儀器系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，必須選擇合理的掃頻速率，使樁的振動(dòng)接近穩(wěn)態(tài)。

4.3 動(dòng)力參數(shù)法

（1）傳感器要盡可能遠(yuǎn)離沖擊點(diǎn)及樁頭外露的鋼筋，以減少雜波干擾。

（2）要利用沖擊振動(dòng)波形的振幅進(jìn)行監(jiān)視，以便調(diào)整合適的沖擊能量。

4.4 聲波透射法

（1）不適用樁徑大小的樁基，一般要在樁徑1 m以上（含1 m）才使用。

（2）聲測(cè)管必須相互平行，如果不平行必然導(dǎo)致距離不同，根據(jù)前述公式（5）知，將嚴(yán)重影響檢測(cè)速度，從而影響檢測(cè)的結(jié)果。

（3）聲測(cè)管中必須灌入清水。有些施工單位不太重視這一點(diǎn)，經(jīng)常將溝渠中渾濁的污水灌進(jìn)去，里邊很多情況下都混有泥砂等雜物，將嚴(yán)重影響樁身混凝土的反射速度。本人曾在西北某高速公路橋梁樁基檢測(cè)中，因聲測(cè)管中注入溝渠水，導(dǎo)致誤判為該樁混凝土強(qiáng)度偏低，后將污水抽干后重檢合格。

（4）聲測(cè)管必須插入樁底，且?guī)赘暅y(cè)管的底標(biāo)高要一致，否則對(duì)樁長可能引起誤判，特別是有的樁基底部采用素混凝土?xí)r更要注意。

（5）聲測(cè)管底部必須封閉牢固，不能漏漿、漏水，頂部要加蓋，防止砼或其他異物落入孔中，中間接頭部分必須焊嚴(yán)或采用橡膠套圈封水。本人曾見到某工地在聲測(cè)管中不慎落入一個(gè)鐵榔頭卡在中間部位，影響檢測(cè)結(jié)果，只得鉆芯認(rèn)證。

總之，各種檢測(cè)方法都有其適用范圍和局限性，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)必須采用合適的檢驗(yàn)方法，并且最好使用兩種以上的檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比認(rèn)證。