不同樁身缺陷檢測(cè)方法對(duì)比分析

王志宣

(鄭州新開(kāi)元路橋工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450016)

1 檢測(cè)原理及現(xiàn)場(chǎng)操作

1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法的理論依據(jù)是一維桿波動(dòng)理論，將樁等價(jià)于一維桿，當(dāng)在樁頂施加一瞬時(shí)垂直沖擊力后，就有彈性波沿樁身向下傳播，遇有波阻抗(波阻抗Z=ρcA，ρ為密度，c為波速，A樁身截面積)變化界面處時(shí)，彈性波會(huì)發(fā)生反射。通過(guò)對(duì)反射信號(hào)的相位、振幅、頻率等特征進(jìn)行分析后即可對(duì)樁身缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于低應(yīng)變法物理意義明確、測(cè)試設(shè)備輕便簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前普遍應(yīng)用于基樁檢測(cè)。《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，低應(yīng)變法適用于檢測(cè)混凝土樁的樁身缺陷，判定樁身缺陷的程度及位置。由于低應(yīng)變法波形曲線上僅顯示樁身阻抗變化的相關(guān)信息，而樁身阻抗Z=ρcA是一個(gè)綜合指標(biāo)，該指標(biāo)不僅與介質(zhì)質(zhì)量狀況有關(guān)，還與介質(zhì)尺寸變化等因素有關(guān)，所以低應(yīng)變法還不能對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確分辨，缺陷橫向尺寸的變化及其在樁截面橫向上的位置也無(wú)法準(zhǔn)確給出，對(duì)缺陷程度只是一種定性評(píng)判，還不能做出定量分析。對(duì)缺陷豎向位置也只是依據(jù)樁身平均波速進(jìn)行的一種計(jì)算，由于有其他因素影響故有一定誤差。由于受樁周土、樁身材料阻尼、樁身截面變化、激振能量等因素的影響，應(yīng)力波的傳播過(guò)程為能量和幅值衰減的過(guò)程，如果樁過(guò)長(zhǎng)，或樁截面阻抗多變或變幅較大，則應(yīng)力波不能傳回樁頂。另外當(dāng)樁端土層的波阻抗與樁身波阻抗相同或相近時(shí)，不能測(cè)到樁底的反射信號(hào)，所以其測(cè)試深度有一定限制，但沒(méi)有具體數(shù)值，只能在各具體工程中進(jìn)行試驗(yàn)確定用該方法檢測(cè)樁身缺陷是否可行。此外，由于低應(yīng)變法在實(shí)際應(yīng)用于檢測(cè)樁身缺陷過(guò)程中，其影響因素比較多而且比較復(fù)雜，所以有時(shí)會(huì)得到一條無(wú)法進(jìn)行分析解釋的波形曲線，此時(shí)低應(yīng)變法不再適用，需通過(guò)其他檢測(cè)方法對(duì)樁身缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 聲波透射法

該法依據(jù)彈性波理論，利用超聲波在彈性介質(zhì)中的傳播特性對(duì)介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其評(píng)價(jià)所用聲學(xué)參數(shù)主要有波速、波幅、波頻、波形等。與低應(yīng)變法相比較，其原理和理論依據(jù)相同，不同的是低應(yīng)變法沖擊脈沖主頻在幾百赫茲，而聲波脈沖主頻高達(dá)幾萬(wàn)赫茲。現(xiàn)場(chǎng)操作也不相同，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)依據(jù)換能器間高程的不同可有水平同步法、高差同步法及扇面測(cè)試法等測(cè)試方式。《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，聲波透射法適用于已預(yù)埋聲測(cè)管的混凝土灌注樁樁身缺陷檢測(cè)，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。與低應(yīng)變法比較，聲波透射法也無(wú)法對(duì)缺陷性質(zhì)做出準(zhǔn)確分辨，對(duì)缺陷在樁截面橫向上位置的判斷較低應(yīng)變法強(qiáng)，缺陷在豎向上的位置及范圍能做出準(zhǔn)確判斷，但對(duì)緊貼聲測(cè)管的微小缺陷有可能造成誤判，對(duì)超出兩聲測(cè)管組成的剖面之外的樁身缺陷則無(wú)能為力。同時(shí)聲波透射法宜檢測(cè)樁徑大于0.6m混凝土灌注樁的完整性，因?yàn)闃稄捷^小時(shí)，聲波換能器與檢測(cè)管的聲耦合會(huì)引起較大的相對(duì)測(cè)試誤差。由于需要預(yù)埋聲測(cè)管，抽樣的隨機(jī)性較差，檢測(cè)成本也相對(duì)較高。盡管如此，與其他方法相比，聲波透射法仍具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)檢測(cè)全面、細(xì)致，檢測(cè)范圍可覆蓋整個(gè)樁長(zhǎng)的各個(gè)斷面，無(wú)檢測(cè)“盲區(qū)”:(2)檢測(cè)較為快捷、方便。因此，該方法目前已成為大直徑、長(zhǎng)樁長(zhǎng)的混凝土灌注樁完整性檢測(cè)的重要手段。《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JTG/T F81-01-2004)也專門規(guī)定“對(duì)重要工程的鉆孔灌注樁，采用超聲波透射法檢測(cè)的樁數(shù)不應(yīng)少于50%”。

1.3 鉆芯法

與前兩種方法相比，鉆芯法檢測(cè)樁身缺陷屬于一種直接的方法。由于鉆芯法是鉆芯機(jī)直接從樁身上鉆取混凝土芯樣，以測(cè)定樁身混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度，檢查樁底沉渣和持力層情況，并測(cè)定樁長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)樁身缺陷做評(píng)價(jià)。鉆芯法具有科學(xué)、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，正因?yàn)檫@種優(yōu)點(diǎn)，使得目前基樁完整性檢測(cè)時(shí)，當(dāng)其他檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果需要驗(yàn)證時(shí)一般采用鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證。與其他方法相比，鉆芯法的缺點(diǎn)是設(shè)備笨重、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、檢測(cè)成本高等，其檢測(cè)能力的限制條件主要受樁的長(zhǎng)徑比制約，也不能對(duì)預(yù)制樁和鋼樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。此外，由鉆孔在樁截面上的布設(shè)也可以看出:鉆芯法實(shí)質(zhì)上是由鉆芯孔的范圍內(nèi)的樁身質(zhì)量情況來(lái)代替整個(gè)樁身的質(zhì)量情況，相對(duì)于大直徑樁而言，這種代表性會(huì)很差，對(duì)一些縮徑或其他沒(méi)有靠近鉆孔位置的缺陷來(lái)說(shuō)，鉆芯法也無(wú)能為力。其更適用于檢測(cè)樁長(zhǎng)、樁底沉渣及持力層巖性、樁身混凝土強(qiáng)度，在缺陷程度較大時(shí)(如缺陷橫向規(guī)模占到樁截面的80%或更大時(shí))驗(yàn)證更合適。需要明確的一點(diǎn)是，鉆芯法所得到的混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度不同于標(biāo)養(yǎng)28天試塊抗壓強(qiáng)度，也不同于同條件試塊抗壓強(qiáng)度。

2 工程實(shí)例及分析

低應(yīng)變法與鉆芯法對(duì)比

該樁為旋挖鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁，樁型為摩擦樁，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)47m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。地層為黏土、粉質(zhì)黏土和粉土互層，局部有細(xì)砂夾層。低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線反映樁頂以下19.0m處有一明顯同相反射波，有二次反射波，樁底反射不明顯。地質(zhì)資料顯示，在樁頂以下19.0～20.5m范圍內(nèi)有一細(xì)砂夾層。施工中未發(fā)現(xiàn)特殊情況。由以上資料分析該處缺陷性質(zhì)有可能是夾砂，是縮徑造成的夾砂還是樁身空洞填充砂還不能確定。該缺陷比較明顯，其豎向位置大概在19.0～21.0m，在樁橫截面上的位置則無(wú)法確定，因此不能對(duì)鉆孔位置的選取提供切實(shí)可行的指導(dǎo)。按規(guī)范要求隨機(jī)選了第一個(gè)位置進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)，結(jié)果顯示在19.7～20.0m之間夾砂，后分別在該孔兩側(cè)30cm處各布設(shè)一個(gè)鉆孔，左側(cè)鉆孔在19.8～20.0m之間夾砂，右側(cè)鉆孔芯樣連續(xù)、完整、表面光滑。通過(guò)對(duì)夾砂孔進(jìn)行反復(fù)清孔，然后高壓注漿，水泥用量達(dá)到2.1t。

從本實(shí)例可以看出，不僅僅是縮徑，任何一種缺陷(如本例中的夾砂，不包括擴(kuò)徑類良性缺陷)在低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線上的反應(yīng)都是與入射波同相位，其幅度與缺陷程度及其所處位置等因素有關(guān)，但其性質(zhì)只能結(jié)合其他情況進(jìn)行大概分析還不能確定，缺陷豎向位置的判定有一定誤差，而在樁截面橫向上的位置則無(wú)法判定，無(wú)法對(duì)鉆孔選位提供指導(dǎo)，而鉆孔直徑一般為100mm，《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，樁徑小于1.2m的樁鉆1孔，樁徑為1.2～1.6m的樁鉆2孔，樁徑大于1.6m的樁鉆3孔，按鉆孔最大直徑計(jì)算，其占整個(gè)樁截面的比例最大也僅為19%，由此對(duì)整個(gè)樁身進(jìn)行評(píng)價(jià)代表性不是很強(qiáng)。如果第一個(gè)鉆孔正好取到芯樣連續(xù)的位置，那么兩種方法之間就存在了極大的不一致性。這種不一致性也好理解，但如何避免，如何對(duì)樁身缺陷做出客觀的評(píng)價(jià)才是關(guān)鍵。可以推斷的是，相對(duì)與整個(gè)樁身截面而言，缺陷程度越大，鉆芯驗(yàn)證的效果就越好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)比分析及在工程實(shí)踐中所遇到的實(shí)際情況可以得出以下結(jié)論:

(1)低應(yīng)變法具有簡(jiǎn)便、快速、成本低的特點(diǎn)，是基樁質(zhì)量普查的良好手段:聲波透射法具有全面、細(xì)致、不受樁長(zhǎng)限制等優(yōu)點(diǎn)，是重要工程基樁質(zhì)量檢測(cè)的重要保證:鉆芯法具有直接性，其特長(zhǎng)在于檢測(cè)樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁端持力層狀況等。作為直接的檢測(cè)方法，鉆芯法也可作為低應(yīng)變法和聲波透射法檢測(cè)的驗(yàn)證方法，但對(duì)驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)能夠具體分析，最終對(duì)樁身缺陷做出客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)。具體應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)工程重要性等級(jí)、基樁施工水平的穩(wěn)定性、場(chǎng)地工程地質(zhì)情況等因素，從各方法本身特長(zhǎng)出發(fā)綜合選用。

(2)由于各樁身缺陷檢測(cè)方法的理論依據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)操作，各方法的優(yōu)缺點(diǎn)均不相同，實(shí)際工作中出現(xiàn)對(duì)同一根樁身缺陷評(píng)價(jià)不一致的現(xiàn)象屬于正常現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)能從各方法本身及工程實(shí)際出發(fā)，找出合理解釋，對(duì)基樁樁身缺陷做出客觀的評(píng)價(jià)。

［1］錢大高.橋梁鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制分析［J］.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，(05):122-123，126

［2］朱德良.人工挖孔灌注排樁在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究［J］.武夷學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，(02):68-72