灌注樁成孔質量測試技術應用研究綜述

孫雪峰，張八芳，陳鷺琳，張勇

(廈門市工程檢測中心有限公司 福建廈門361004)

引 言

灌注樁在建筑、橋梁、港口、交通等領域有著廣泛的應用。灌注樁施工屬于地下隱蔽工程，復雜地質條件或施工失誤都可能產生塌孔、縮徑、樁孔偏斜、沉渣過厚等質量問題，成孔質量的好壞直接影響到混凝土澆注后的成樁質量。從樁基的施工工序來看，灌注樁的施工分為成孔和成樁兩部分，基樁測試相應分為成孔后測試和成樁后測試兩大部分。若未對成孔進行測試，僅在成樁后再對工程樁進行測試，一旦出現測試結果不滿足設計要求，將需要很大精力和物力來進行工程處理。

在我國，基樁測試技術的發展特點是成樁測試技術優于成孔測試技術［1］，隨著行業管理力度的加大、監管制度的推廣和完善，成孔質量測試作為基樁工程測試中的一個重要部分，已越來越被各建設部門所重視。國家和一些地方先后制定了灌注樁成孔質量檢驗標準，使得灌注樁成孔質量測試有章可循。混凝土灌注樁成孔施工分為干作業法和濕作業法，由于干作業成孔后人或探測設備可接近孔壁和孔底，對成孔質量進行直觀的檢查，相比，濕作業成孔質量控制難度大，基樁質量問題更不易被發現。本文針對濕作業灌注樁成孔質量測試技術的應用研究現狀，對成孔質量測試檢驗標準、測試技術及其存在問題作了綜述，并給出了一些技術研究的建議，以期與同行探討。

1 成孔質量測試檢驗標準

成孔質量測試檢驗內容包括樁的孔位、孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度、泥漿指標等。

國家標準《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB 50202)對灌注樁成孔質量的檢查內容、檢驗標準及檢查方法都進行了相關規定和要求，并給出了樁位、孔深、樁徑、垂直度以及沉渣厚度的允許偏差或允許值。

在行業標準中，《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041)和《建筑樁基技術規范》(JGJ 94)也對灌注樁成孔的樁位、孔深、樁徑、垂直度、沉渣厚度等作出了明確的允許偏差要求。

隨著地方對成孔質量測試的重視和發展，上海市地方標準《地基基礎設計規范》(DGJ08－11)首次提出，在施工前進行試樁成孔外，尚應在工程樁中均勻隨機抽查孔徑，抽查數量不得少于總數的10%，并在《建筑基樁檢測技術規范》(DGJ08－218)中給出了成孔檢測測試的項目及允許偏差。天津、江蘇、廣東、陜西等一些地區也先后編制了成孔質量檢驗方面的地方標準，對檢測項目、檢測數量、檢測標準及儀器設備方面作了規定和要求。

此外，電力、鐵路、港口等領域均對成孔質量檢驗也作了要求，尤其在公路水運資質標準里面，明確規定綜合甲級試驗檢測機構需具備對基樁進行成孔質量檢測測試的技術和設備能力。

2 成孔質量測試技術

根據規范規定，成孔質量符合規范要求后方可進行下一工序施工。樁位可通過經緯儀或全站儀測得，泥漿指標可通過泥漿比重儀測定，以上指標測定較為簡單。對于孔徑和垂直度測定，傳統測試多是采用自制的探孔器探測，其中鋼筋籠式是簡易法測試中使用較廣泛的一種檢孔器具，其設備制作簡單，但該類探孔器由于尺寸固定只能定性的探測孔徑是否小于設計孔徑或傾斜，對測試人員的經驗能力要求較高，結果帶有很大的估計性，且易破壞孔壁和卡孔，對于擴孔、塌孔、傾斜度、孔底沉渣等指標均無法測定［2］。特別是對于變直徑樁或擴底樁，探孔器不能適用，更不能直觀地判斷成孔質量的好壞，一些公路工程施工中已禁止使用該種檢孔方法。對于孔深測試，工地上常用下端系測錘的測繩進行孔深測量，普通測繩測量時遇水后易出現收縮現象，陳葉剛等人［3］發現一條測繩的最大收縮率竟達1.5%，另外，測繩使用次數過多、時間過長，測繩上數字看不清或發生滑移，均會導致測深偏差。

圖1 孔徑儀示意圖

圖2 觸探式測試儀的樁身成孔測試曲線示意圖

圖3 測斜儀示意圖

綜上，傳統的成孔檢測方法已無法滿足精確測量的要求。在多年的泥漿護壁灌注樁施工和測試中，逐漸研究出現了兩種具有代表性的先進儀器設備:觸探式測試儀和超聲波法測試儀。這兩種儀器設備的測試原理、數據處理方式均不相同，在實際應用中各具優勢和局限性，下面將具體介紹這兩種成孔質量測試技術。

2.1 觸探式測試儀

觸探式測試儀一般是由多種儀器共同組成的測試系統，分為孔徑儀、測斜儀及沉渣測試儀系統，孔深測試一般與孔徑測試同時進行。用于孔徑測試的測頭前端有四條測腿，如(圖1)所示，測腿可在彈簧和外力作用下自動張開、合攏，測頭放入孔底后，張開的測腿以一定的壓力與孔壁接觸，測腿的張開角度隨著孔徑的變化而變化。傘形孔徑儀通過在測頭上安裝的電路將孔徑值轉化為電信號，由電纜將電信號送傳到地面，根據接收、記錄的電信號值計算或直接繪出孔徑，觸探式測試儀的樁身成孔測試曲線如(圖2)所示。另有專用的測斜儀探頭利用鉛垂原理測量成孔的垂直度，測斜儀如(圖3)所示。

目前沉渣測試的方法大致有測錘法、電阻率法、電容法、聲測法等。觸探式測試儀系統的沉渣測試采用電阻率法，沉渣測試儀如(圖4)所示。不同介質的導電性不同，沉渣測試儀通過測量介質的電阻值變化判斷沉渣厚度。測試時，將探頭在距離孔底一定高度使其下落，在重力的作用下，插入孔底原狀土層中，然后絞車慢慢提升電纜，通過自動記錄儀記錄探頭自原狀土到孔底沉渣再到孔內泥漿的電阻率變化曲線。通過分析該曲線的變化特征，確定孔底沉渣厚度，沉渣電阻率測試曲線如(圖5)所示。

圖4 沉渣測試儀示意圖

圖5 沉渣電阻率測試曲線示意圖

基于觸探式的成孔質量測試技術在應用中存在以下幾個方面的問題:

1)受觸探測腿長度的限制，孔徑的測量范圍一般不超過3m，過長的機械測腿除太重不便安裝運輸外，測量數據的線性度也難以保證［4］。

2)測定的樁孔直徑為4個探頭測試結果的平均值，不能真正直觀的反映周邊孔壁的變化情況，對于非軸對稱孔徑變化的樁孔測試存在一定誤差。

3)當成孔地質比較復雜、塌孔現象較嚴重或孔徑突變段，觸探式測試儀不能適用。

2.2 超聲波法測試儀

隨著測試技術的提高，非接觸式超聲波成孔質量測試技術得到了迅速發速。超聲波的成孔測試技術是利用超聲波測距原理，通過超聲波傳感器，向孔壁四周發射超聲波脈沖，脈沖到達孔壁后被反射，再回到發射位置，通過測量從發射到收到回波的時間間隔，計算得出孔徑大小，實際垂直度則利用孔壁曲線的偏移值計算得出。超聲波法測試如(圖6)所示，測試的樁身成孔曲線如(圖7)所示，從實測的曲線可清晰的看出成樁的孔徑和垂直度情況。

圖6 超聲波示意圖

圖7 超聲波法測試儀的樁身成孔測試曲線示意圖

與觸探式測試儀相比，超聲波成孔測試技術具有應用范圍廣、適應更大孔徑等優點，有的儀器可測試8m以上的孔徑，還可直觀地給出孔壁坍塌等現象，通過分析孔壁對超聲波的反射強度，給出不同深度處地層的軟硬度判斷;對于支盤樁和地下連續墻的成槽過程測試，只能使用超聲波法。

基于超聲波原理的成孔質量測試技術在應用中依然具有一定的局限性:

1)測試孔內的泥漿性能指標和粗顆粒含量應滿足儀器的使用要求［5］，若泥漿比重較高，或泥漿中懸浮泥沙顆粒較多，超聲波在到達孔壁之前因顆粒形成漫射波，造成超聲波能量在傳輸過程中大幅衰減，即使通過儀器的增益調節后仍然明顯;還可能因為泥漿比重過高，泥漿將探頭完全封閉，造成沒有測試信號的現象。

2)當孔壁較松散、塌孔或擴徑時，發收時間較長，信號較弱甚至接收不到發射信號，致使測試失敗。

3)在深長樁孔測試中，上部泥漿長時間持續沉淀不斷堆積在孔壁上，使得越向下顯示的孔徑測試值越小的縮徑假象［6］。

4)測距存在盲區，為超聲波探頭發射面外側約20cm距離，對于小直徑灌注樁或因樁孔偏斜較大時，成孔測試出現探頭距孔壁太近，導致探頭進入盲區而無法接收信號。

5)吊放傳感器的纜繩自轉引起傳感器中心的偏移，導致測量的垂直度方位數據產生偏差。

3 建議

隨著建設規模越來越大，灌注樁的孔徑和深度越來越大，對孔徑、垂直度等指標的要求更為精確，對測試技術和方法也提出了更高要求。對于灌注樁成孔質量測試技術的研發應用建議如下:

(1)根據兩種測試方法的特點，充分發揮各自不同情況下的成孔質量測試中的優越性，值得進一步研究和探討。

(2)在確保孔壁安全的前提下，適當增加新泥漿的比例，采取措施減少泥漿中的懸浮顆粒或泥砂含量，成孔質量測試可獲得更好的效果。

(3)深入研究泥漿中高含砂量的聲學性能，改善提高超聲波法對高含砂泥漿的適應性，擴大超聲波的量程，以適應更大孔徑的成孔測試需求。

(4)理論上沉渣的聲學屬性和上部泥漿及下部樁端巖土的聲學屬性存在差異，研究這種差異增加聲學測試沉渣功能，對于指導施工更具有意義。

4 結語

(1)觸探式和超聲波法是目前成孔質量測試中精度較高、技術較為成熟的測試方法，成孔質量測試對大直徑和高承載力的超長灌注樁施工具有重要指導價值。

(2)現場施工應依靠科技進步，利用必要的先進測試設備，測試灌注樁的成孔參數，為改進施工工藝提供依據，有助于保證樁基施工質量、優化設計和控制成本。

(3)灌注樁成孔孔壁很少是垂直和對稱的，測試灌注樁樁身的成孔曲線、垂直度、成孔體積及孔壁特性，有助于研究基樁承載力性能和合理評估基樁承載力。

(4)成孔質量的好壞直接影響到混凝土澆注后的成樁質量，成孔質量檢測能起到提前預控作用，無論從工程技術角度還是經濟效益來看都是非常有益的。

［1］馬芹永.鉆孔灌注樁質量檢測標準及檢測方法［J］.西安科技學院學報，2002，22(1):28～32.

［2］李興旺.長大直徑鉆孔樁成孔質量檢測技術［J］.粉煤灰綜合利用，2012(1):34～37.

［3］陳葉剛，徐建國.鉆孔樁成孔質量檢測綜述［J］.中國水運，2009，9(1):247～248.

［4］王潤田，陳晶晶，任飛，等.用超聲波檢測成孔成槽質量的若干問題［J］.測試技術學報，2012，26(6):475～482.

［5］譚睿，何鳳，原力智.兩種大直徑鉆孔灌注樁成孔質量檢測方法［J］.資源環境與工程，2012，26(2):123～127，137.

［6］張樹風，謝曉鋒.灌注樁成孔質量檢測技術及若干問題探討［J］.廣東土木與建筑，2011(8):63～64，26.