基于基樁完整性的多種檢測(cè)方法效果對(duì)比分析

錢芬芳

(1.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350108； 2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350108)

0 引言

基樁是隱蔽性的地下基礎(chǔ)工程，能夠很好地把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地下土層，在整個(gè)構(gòu)筑物受力中起到至關(guān)重要的作用。基此，基樁工程施工檢測(cè)十分重要。但在工程實(shí)踐中，往往某種獨(dú)立的檢測(cè)方法已經(jīng)無法滿足基樁檢測(cè)需求，甚至出現(xiàn)漏判、誤判等情況，以致影響整個(gè)工程質(zhì)量[1]。

具體工程中的實(shí)際檢測(cè)，應(yīng)用超聲波透射法、低應(yīng)變檢測(cè)法、配合鉆芯法，充分利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以對(duì)基樁存在的缺陷大小、缺陷位置作出更科學(xué)、合理、精確的判斷，提高檢測(cè)結(jié)果精確度。文章通過對(duì)比分析，闡述說明各項(xiàng)檢測(cè)方法的局限性，論證基樁檢測(cè)應(yīng)采取多種手段綜合判斷、全方位分析觀點(diǎn)。

1 基樁檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 超聲波透射法

當(dāng)超聲波通過樁身混凝土?xí)r，遇到密實(shí)度不同甚至是較差的情況，例如斷樁、擴(kuò)徑、離析、縮頸、空洞等缺陷，根據(jù)波的傳播理論，這些缺陷可視為聲波的參數(shù)(波幅、聲速、頻率)發(fā)生變化，聲波的傳播會(huì)產(chǎn)生反射、折射、透射、繞射現(xiàn)象。波的能量改變，聲波將攜帶缺陷信號(hào)接收回儀器中，并根據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化，如振幅減少、聲時(shí)增大、聲波脈沖畸變等物理信息，間接反映灌注樁的混凝土質(zhì)量情況。

1.2 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波法的使用，是當(dāng)前基樁檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛、效率最高、最為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。此種檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，檢測(cè)人員需要向樁頂施加瞬態(tài)擊振力，由此產(chǎn)生應(yīng)力波，并沿樁身以波速縱向傳播，滿足一維波動(dòng)理論，應(yīng)力波遇到彈性介質(zhì)變化的界面即波阻抗(如混凝土密度、 樁身截面面積、 應(yīng)力波波速)，一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播，另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播至樁端，在樁端處又產(chǎn)生反射。最后，通過樁頂安裝的傳感器對(duì)反射波信號(hào)進(jìn)行收集分析，顯示出速度時(shí)程曲線，工作人員通過這曲線狀態(tài)的變化、計(jì)算樁身波速以有效判斷出樁身的完整性或缺陷位置[2]。

1.3 鉆孔取芯法

鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)是一種有損檢測(cè)方法，特點(diǎn)是直接采用巖芯鉆探技術(shù)抽取樁身芯樣，檢測(cè)效率高、精確度高。此種方法一般適用于檢測(cè)樁徑≥800mm的混凝土灌注樁樁身強(qiáng)度、樁身長度和樁身完整性、樁端持力層性狀等方面的檢測(cè)。工作人員通過鉆取的砼芯樣膠結(jié)性狀、骨料的種類及均勻性和樁身底部土層的性狀的分析，通過芯樣切取試件在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合記錄和試驗(yàn)結(jié)果能夠有效判斷樁身是否完整。鉆芯法對(duì)大面積缺陷，例如空洞、夾泥、離析等研判效果顯著，而對(duì)橫向裂縫等小范圍缺陷有較大局限性。因此，鉆芯法一般只作為常規(guī)檢測(cè)的補(bǔ)充驗(yàn)證方法。

1.4 三種檢測(cè)方法的比較

聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆孔取芯法優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 三種檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)

2 三種檢測(cè)方法的工程應(yīng)用

2.1 實(shí)例1

該工程位于福建省某地，1#沖孔灌注樁樁長30.63m，樁徑1000mm，樁身混凝土強(qiáng)度為C30。 根據(jù)鉆孔揭露，樁周各巖土層自上而下分布有：①素填土、②粉質(zhì)粘土、③中砂、④卵石、⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑥中風(fēng)化花崗巖。

根據(jù)樁徑預(yù)埋3根聲測(cè)管[3]。1-2、1-3、2-3管間距分別為500mm、600mm、550mm。用聲波透射法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)樁頂下3個(gè)剖面均在29.7m～30.10m處有明顯砼缺陷，如圖1～圖2所示。分析得出，每一個(gè)檢測(cè)剖面上，連續(xù)的多個(gè)聲測(cè)點(diǎn)PSD畸變嚴(yán)重。據(jù)實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，若PSD超過臨界值6，且聲速、波幅明顯小于臨界值，可認(rèn)為此區(qū)域?yàn)楫惓^(qū)域。靠近樁底位置的聲學(xué)參數(shù)有突變，初步判斷樁底存在離析情況。

圖1 1#樁聲波透射法左為1-2右為1-3剖面

圖2 1#樁聲波透射法2-3剖面

圖3 1#樁低應(yīng)變反射波法

利用低應(yīng)變反射波法對(duì)1#樁補(bǔ)測(cè)，圖3為低應(yīng)變時(shí)域曲線，波速取3900m/s，可以分析出激振后在2L/c之前沒有缺陷反射信號(hào)，波形較完整平滑，波形光滑、規(guī)律，無樁底子波反射，整體波形有“往下走”的趨勢(shì)，可初判該樁受樁身土阻力影響較大。

兩種檢測(cè)方法結(jié)果的不一致，讓工作人員心生疑慮，考慮到該樁的重要性，進(jìn)一步分析兩種檢測(cè)手段的差異，鉆芯法具有直觀性，對(duì)1#樁作鉆芯取樣觀察。圖4為1#樁芯樣圖示，29.7m～30.1m附近芯樣上看很直觀，膠結(jié)物質(zhì)較少，但大部分呈碎塊狀，局部混凝土芯樣骨料分布不夠均勻，可確定該部位離析。

圖4 1#樁鉆芯法樣本

經(jīng)過詢問現(xiàn)場(chǎng)施工人員，發(fā)現(xiàn)該灌注樁在施工過程中，為趕工期進(jìn)度，拔管過快，導(dǎo)致混凝土骨料不均，密實(shí)度不足。在樁基較長的情況，聲波透射法容易發(fā)現(xiàn)樁底缺陷，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)，由于應(yīng)力波能量的衰減，且此樁由于土阻力的發(fā)揮，使得應(yīng)力波消減更為迅速，很難發(fā)現(xiàn)深部缺陷。此時(shí)，就需要結(jié)合多種方法進(jìn)行確定和驗(yàn)證。鉆芯法的直接性可以彌補(bǔ)這一短處。

2.2 實(shí)例2

同一項(xiàng)目43#樁，樁長30.80m，樁徑1000mm，低應(yīng)變反射波法波形如圖5所示，9.0m處有與入射波同向的反射信號(hào)，并伴有多次反射，第二峰甚至高過第一峰，而且反射周而復(fù)始，初步判定該樁有明顯缺陷，43#樁在9.0m附近有嚴(yán)重離析或者斷裂現(xiàn)象。

圖5 43#樁低應(yīng)變結(jié)果

但對(duì)該樁進(jìn)行聲波透射法復(fù)測(cè)，不論從曲線(圖6)1-2剖面所示，還是從所計(jì)算的數(shù)值，均在正常范圍內(nèi)，可認(rèn)為聲波透射法檢測(cè)結(jié)果較為良好。到底是什么原因造成兩種檢測(cè)結(jié)果截然不同？

圖6 43#樁聲波透射法1-2剖面

分析后得出，檢測(cè)人員在試驗(yàn)時(shí)未按規(guī)范[3]要求，每20cm設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，由于裂縫為橫向，范圍較小，聲波透射法對(duì)不敏感的橫向缺陷出現(xiàn)了漏檢現(xiàn)象。針對(duì)這一情況，檢測(cè)人員對(duì)該樁做鉆芯法查驗(yàn)。根據(jù)圖7鉆芯法檢測(cè)結(jié)果表明，芯樣9m處出現(xiàn)斷裂，斷口不吻合，斷裂處砼膠結(jié)較差。后聲波透射法加密檢測(cè)，5cm一個(gè)測(cè)點(diǎn)，確實(shí)出現(xiàn)異常信息，證實(shí)了鉆芯法的可靠性。

綜上可見，檢測(cè)人員如果簡(jiǎn)單地認(rèn)為一種檢測(cè)方法比另一種更為可靠，這是不合理也是不科學(xué)的。當(dāng)某種方法甚至兩種方法存有疑慮時(shí)，采取多種手段進(jìn)行驗(yàn)證，更客觀、公正地得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖7 43#樁鉆芯法樣本

3 結(jié)語

由以上兩個(gè)實(shí)例可看出，超過有效檢測(cè)長度范圍的長樁，尤其在樁身周圍土阻力的影響下，其測(cè)試信號(hào)不能明確反映樁身下部和樁端情況。聲波透射法能夠很好地發(fā)現(xiàn)樁身檢測(cè)范圍內(nèi)的各個(gè)缺陷，尤其是對(duì)縱向缺陷比較敏感，并且能夠和取芯結(jié)果很好地對(duì)應(yīng)起來，一般情形下不會(huì)產(chǎn)生誤判、漏判情況。但是，對(duì)于樁身橫向缺陷，聲波透射法容易忽略，也是此項(xiàng)檢測(cè)方法的弊端。低應(yīng)變法卻是截然相反，對(duì)橫向缺陷反應(yīng)敏銳，縱向缺陷反應(yīng)遲鈍，兩者相互取長補(bǔ)短。一般情形下，可采取低應(yīng)變法進(jìn)行普測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)配合以聲波透射法、鉆芯法佐以輔助驗(yàn)證，綜合檢測(cè)效果，定性缺陷類型，定量缺陷大小。

綜之，基樁工程綜合檢測(cè)技術(shù)具有非常必要的現(xiàn)實(shí)意義，聲波透射法、低應(yīng)變檢測(cè)方法以及鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)的配合應(yīng)用有助于提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度。