超長灌注樁質量檢測技術分析與應用

葛愛兵　李飛　陶俊

摘? 要：介紹了目前超長灌注樁樁身質量檢測的常規技術檢測方法，分析各方法的優缺點，并在此基礎上重點分析了聲波透射法檢測樁基完整性的檢測技術與實施注意事項，論證了該方法與常規檢測方法的優缺點。結合某經濟產業區內航道橋梁工程灌注樁樁長92m、樁徑φ1200mm和φ1800mm的樁身完整性檢測，并介紹樁基完整性判別的方法，并對實際應用考慮因素進行總結。

關鍵詞：超長灌注樁? 聲波透射法? 質量檢測? 樁身完整性

中圖分類號：TU473.1 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0058-02

近年來，隨著我國高層建筑、高速公路及高速鐵路等建筑設施的發展，對地基基礎的基樁承載力要求越來越高，超長鉆孔灌注樁也得到大力推廣和應用。因此，如何檢測超長灌注樁質量就成為重要的技術問題。傳統的柱身質量檢測方法多種多樣，該文首先分析各種常規技術，并在此基礎上分析超聲波投射法的優勢和特點。

1? 常規柱身質量檢測法

基樁樁身的質量檢測，常規方法主要有高應變、低應變、鉆孔取芯等。鉆孔取芯從樁頂沿著樁身在樁端取芯，觀察樣本混凝土有無存在空洞、離析等問題。這種方法對樁身結構造成一定的破壞，尤其是對于超長樁，如果鉆孔垂直度不夠，容易斷鋼筋，偏離樁身，由此可見，鉆孔取芯的方法對灌注樁的長度有一定要求。

低應變法檢測技術的理論相對成熟，造價低廉，設備要求不高，因此應用較為廣泛，主要采用傳感器、激振設備和信號分析儀器等即可。低應變法包括反射波法、水電效應法、動力參數法、機械阻抗法等，通常所說的低應變法指的是反射波法。但是低應變反射波法不適用超長樁，檢測深度也要受到場地，如樁側土的剛度比、樁周土剛度比等各種要素的影響[1]。

高應變法主要是用重錘錘擊樁頂，讓樁周土產生明顯的塑形變形，檢測樁頂和其附近的力、速度取向，結合應力波理論分析樁頂的力度承載極限以及樁身的完整性。這種方法是采用計算機模型計算承載力，需要借助先進的信號接收器、處理器等設備，費用低，精準度較高。但是現場需要專業的技術人員輔助，并且計算復雜，如果對超長樁的錘擊偏心，則有可能影響分析結果。對于大直徑超長灌注樁，Q-s曲線具有緩變型特征，不宜采用高應變法進行檢測。

超聲波透射法檢測超長灌注樁質量的工作原理是：將2根或者2根以上的聲測管埋設在檢測通道里，位置是互相平行，聲測管可以采用塑料管、鋼管和鋼紋管等。聲-波轉換器發射超聲脈沖，聲波穿過混凝土介質，接收器再接收到經過轉換器之后的聲波，并對所接收的聲波進行分析，判讀其波幅、波頻和聲時等參數。脈沖超聲信號在經過混凝土介質時發生的折射、反射和繞射等，會引起信號在波形、幅度和聲時上的參數變化，因此通過判讀參數變化分析聲波所穿透的混凝土介質的質量、完整程度、缺陷情況、整體均勻性等。超聲波透射法[2]可以從微觀角度分析混凝土介質的結構、聲學性質，檢測儀器輕便，結果準確，樁頭不用進行特殊處理，而且不受樁長的限制，對樁身缺陷能夠精準定位，檢測缺陷的象限和深度。

2? 聲波透射法的實施檢測

2.1 聲測管的選擇和埋設

聲波透射法需要聲測管作為聲-波換能器的通道，聲測管的選擇、性質、數量以及埋設工作是檢測能否完整的前提，對于超長灌注樁質量檢測，優先選用鋼管。聲測管的埋設要能保證聲-波換能器在聲測管中能自由通常地發射和接收聲波，具體埋設過程要處理好聲測管的各個節間的連接問題，防止施工中聲測管出現變形或者端頭被封等問題。為保證兩個聲測管處在平行位置，可以用鐵絲或者電焊的方式將聲測管牢牢地固定在鋼筋籠的主筋上。超長灌注樁的質量檢測，應當在樁端灌注前或者基坑開挖前進行，超長灌注樁樁徑在800～1600mm之間的，可以埋設3根聲測管，樁徑超過1600mm的可以埋設4根聲測管[3]。

2.2 現場檢測

現場檢測要在成樁后的28d內，超長灌注樁的質量檢測要在樁端注漿之后，可以將時間提前在成樁后的14d后。由于聲測管中聲-波換能器主要是依靠自身在重力的作用下下放到管的底部，超長灌注樁的質量檢測過程中，一般情況換能器的電纜線長度要超過100m長，如果檢測時依靠人力將換能器進行提升，電纜線比較重的情況下可能導致換能器不斷變化位置，從而處在不用的深度截面，因此，現場的工作人員要注意聲波、波形的變化，確保換能器處在同一深度截面，否則不同深度截面的聲波檢測可能導致檢測結果出現假性缺陷[4，5]。

3? 工程實例分析

實例：某市經濟產業區內航道橋梁工程，灌注樁最大樁長達92m，樁徑為φ1200mm和φ1800mm。該工程主要檢測超長灌注樁的樁身位置、缺陷，判定超長樁的完整性，該案例采用聲波透射法，經濟成本低、檢測樁身質量精準度高。

3.1 檢測環境

該項目在檢測前對檢測的環境條件進行了分析判斷，主要檢測環境為室外常溫，周圍無強振動和無強磁場干擾。

3.2 檢測方法、原理

該次檢測主要采用ZBL-U5型非金屬超聲檢測分析儀，該儀器具有測試精度高、自動化功能強等特點，可以檢測混凝土結構的空洞、裂縫及其他缺陷并可具體定位。考慮到灌注樁樁徑大小，在檢測每根樁時埋設3根、4根鋼管聲測管，鋼管外徑d1=60mm，內徑d2=54mm，確保聲測管處在平行位置，每2根檢測管為一個剖面進行測試，測點間距為10cm。徑向聲-波換能器直徑為20mm，經計算聲測管及耦合水層聲時修正值t′為24.0μs。

超長樁內埋設2根聲測管，假設測點間距20cm，互相平行，聲波透射如圖1所示。

圖1中，H0為樁身第一測點的相對標高（m）;Ln為測點間距;L′為測管外壁間的最小間距：即超聲波測距（m）。

3.3 檢測聲參數

（1）聲時t，超聲脈沖在混凝土介質間距的傳播時間（μs）。

（2）波幅A，接收器的聲波接受首波波幅（dB）。

（3）計算公式如下。

tci=ti-to-t′ ? ? ? ? （1）

vi= ? ? ? ?（2）

Api=20lg（） ? ? ? ?（3）

式（1）（2）（3）中，tci為第i測點聲時（us）;vi為第i測點聲速（km/s）;ti為第i測點聲時測量值（μs）;to為儀器系統延遲時間（us）;t′為聲測管及藕合水層聲時修正值（μs）;Api為第i測點波幅值（dB）;ai為第i測點信號首波波峰值（V）;ao為零分貝信號幅值（V）。

3.4 聲波參數的判讀和分析

（1）聲速測量值（頻率、幅值）數據分析參量。

①平均值：。

②標準差：。

③離差系數：。

（2）樁身完整性及缺陷判據。

①聲速異常判定值：V0=Vm-λSX。

②波幅異常判定值：Api

③PSD異常判定值：PSD=K·△t。

（4）

△t=tci-tci-1 ? ? ? ?（5）

3.5 檢測結果

根據以上數據分析，并綜合考慮影響波形變化以及主頻漂移的各種外界因素，分析灌注樁的質量性質，對不同質量情況的灌注樁進行分類，結合聲波透射檢測結果、場地地質條件及基樁施工工藝進行綜合分析，此次所檢測68根樁的波速C（超聲波在樁體中傳播的速度）在3.956～4.679km/s范圍內，其平均值為4.262km/s。所測試的68根樁，其中Ⅰ類樁66根，占所測樁數的97.1%，Ⅱ類樁2根。

4? 結語

根據理論分析和案例實踐分析，聲波透射法相比其他常規檢測法更能有效檢測超長灌注樁的質量，并且經濟性高，工程工期適用性較高，儀器簡便。對于整體建筑規模龐大，使用灌注樁較多的工程，聲波透射法目前是較為普遍采用的一種檢測方法。

參考文獻

[1] 高鳳山.超長鉆孔灌注樁超聲波法成孔質量檢測及其影響因素分析[J].江西建材，2017（8）：194-195.

[2] 申軍華，劉華慶，楊宇.大直徑超長鉆孔灌注樁成孔質量檢測[J].公路交通科技：應用技術版，2015（11）：167-169.

[3] JGJ 106-2014，建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[4] 唐亮.超聲波透射法檢測超長灌注樁質量[J].山西建筑，2011，37（20）：70-72.

[5] 鄭文南.超聲波透射法在鉆孔灌注樁完整性檢測中的應用探討[J].四川水泥，2018（8）：280-282，328.