多種方法檢測橋梁樁樁身質量方案

楊筆將

（上海匯谷巖土工程技術有限公司，上海市 201108）

0 引 言

基樁作為承擔建設工程（工業與民用建筑工程、橋梁工程等）上部荷載的主要構件，其質量直接影響到整體的安全和使用功能。

樁身承載力和完整性[1]檢測是檢驗樁身質量是否達到設計要求的重要技術指標，目前檢測樁身承載力的主要檢測方法有單樁豎向抗壓靜載荷試驗[1]、高應變法[1]。檢測樁身完整性的主要方法有低應變法[1]、高應變法、聲波透射法[1]和其他輔助驗證方法（例如鉆芯法[1]、孔內攝像法[2]、磁測井法[2]、開挖直接觀察法等）綜合判定。

上述檢測方法各自具有一定的優勢，同時又各自存在局部盲區。對于橋梁樁工程中樁數較少且單樁質量要求高的特點，在實際運用中既要顧及工期時效和經濟效益，也要達到較全面掌握樁身質量情況的目的，有必要在施工前制定多種檢測手段綜合判定的方案，避免誤判或漏判。

1 各檢測方法的優勢及盲區

低應變法具有儀器設備相較其他檢測方法小巧輕便、操作簡便快速的特點，適合大范圍、多數量快速檢測工作的需要。但遇樁側土阻及阻尼耦合等以及非不利缺陷（即不影響承載力和耐久性的缺陷）的樁身截面尺寸變化（如鉆孔灌注樁擴徑），會不同程度影響采集數據。另外存在有效檢測范圍，根據各地地基差異統計長徑比30～50、樁長30～50 m[1]不等。諸如前述影響因素易造成誤判或漏判。

聲波透射法通常用于樁長大于40 m、樁徑大于0.8 m的樁的檢測，可全樁身段檢測，但前提是與埋設的聲測管通順，遇堵管或儀器探頭被卡亦或嚴重管斜則將無法檢測。另外由于聲測管埋設于鋼筋籠內側，故對樁身截面以外區域探測敏感度降低，也會造成誤判或漏判。

鉆芯法通過可芯樣狀態和截取芯樣測試抗壓強度，直接了解樁身混凝土及澆筑效果。但由于樁身成樁施工中的垂直度與鉆機取芯時的垂直度之間的夾角，造成取芯過程中偏出樁身外，以至未能鉆取整根樁長芯樣的情況。另外，鉆頭取芯面積相對于樁截面面積仍然顯得不足，若樁身內的缺陷只位于局部而存在于非整斷面處時，則往往取芯不一定取到缺陷處的混凝土，有“一斑窺豹”的局限性。

高應變在試驗場地要求、選擇試樁位置、測試時長等相對于靜載荷試驗更方便，即可通過勘察報告提供各土層參數計算出被檢樁的承載力，也可測得樁身的完整性。但在計算承載力時數值允許調整，故受計算人員經驗及工程認知因素影響較多。另外因受高應變應力波長影響，對淺部的輕微缺陷敏感度有所降低，也會造成一定的誤判或漏判。

靜載荷試驗可直接測試到單樁承載力。其試驗裝置較大，安裝工藝及工序復雜，試驗周期較長，試樁位置對場地要求較多，且缺陷位于樁身深度難以判斷。

2 工程概況

上海市某區城市河道整改工程涉及越河橋梁若干座。其中兩座橋梁參考城市支路設計，人機非混行，不設置梯道。抗震設防類別D類，主橋按照C類驗算，但不控制設計。主線橋主橋上部結構采用預應力混凝土變截面連續梁，單箱單室斷面。主橋下部結構主墩為矩形斷面，混凝土承臺下接樁基礎；邊墩為雙柱斷面，混凝土承臺，下接樁基礎。主線橋引橋上部結構采用標準跨徑的預應力先張法大鉸縫空心板。主橋下部結構橋墩為預應力蓋梁，矩形獨柱，混凝土承臺，下接鉆孔灌注樁或PHC樁[5]基礎；橋臺為輕型橋臺，下接鉆孔灌注樁基礎。鉆孔灌注樁采用C30水下混凝土，PHC樁為C80混凝土。

主橋主墩單樁荷載較大，靜載荷試驗推薦采用錨樁法[1]或堆錨聯合法[1]。主橋邊墩及引橋單樁荷載較小，推薦采用堆載法。主橋鉆孔灌注樁試樁均要求完成樁端壓漿后再進行靜載荷試驗，且聲測管[2]兼作壓漿管。

3 樁身質量檢測方案

3.1 檢測技術方案編制原則

鑒于橋梁樁涉及單樁承載力高、每個橋墩下承臺設計布樁數量少、單樁樁身質量要求高的特點，預防某一檢測條件不具備可操作要求出現的空缺，針對樁身完整性、承載力檢測成果覆蓋范圍及技術閉合的需求，并為設計提供工藝性依據以及以設計要求的原則編制檢測技術方案。本文受篇幅和主要觀點的限制，故僅選取針對該工程特點的部分，通用技術要求不做列舉。

3.2 成孔檢測[2]

為了解鉆孔灌注樁是否達到設計要求，指導成孔施工工藝，每個單位項目的鉆孔灌注樁的每種樁徑在施工前，應選擇代表性地質區域進行第一例試成孔試驗（非工程樁），若不滿足需調整施工參數重做直至滿足為止，檢測完成后需立即回填。第一例試成孔檢測周期根據成樁周期、地質條件、商業混凝土供應情況綜合確定，可檢測至孔壁明顯變形（孔徑指標低于設計要求）時或至少不低于24 h，檢測時間間隔為3 h。

若第一例試成孔試驗已滿足要求，則再在同樁徑的靜載荷試驗的錨樁（第一根工程樁）上進行第二例試成孔試驗。檢測周期不低于18 h（檢測期間若遇孔徑指標低于設計要求時，應終止檢測并立即開始掃孔、清孔，復檢達到設計要求后進而轉入下籠灌注作業），檢測時間間隔為3 h。試成孔在同一條件下不少于2孔（同時區分不同地質、兼顧不同設計規格及施工班組）。第一例試成孔試驗檢測24 h（間隔時間為3 h）為9孔·次，第二例試成孔試驗檢測18 h（間隔時間為3 h）為7孔·次；共16孔，檢測128孔·次。

之后正式進入工程樁施工階段，對所有鉆孔灌注樁均需進行成孔質量檢測。

3.3 樁身完整性檢測

3.3.1 聲波透射法檢測

對于樁長不小于45 m的鉆孔灌注樁采用聲波透射法檢測其完整性。在鋼筋籠下放時同步安裝聲測管，聲測管采用 ?50鋼管，聲測管的采購、驗收與安裝必須符合《混凝土灌注樁用鋼薄壁聲測管及使用要求》（JT/T 705—2007）中的相關要求，同時滿足壓漿管專用工業產品要求（聲測管兼作壓漿管使用），其壁厚不小于3.5 mm。聲測管具體要求如下：

（1）管身不得有破損，管內不得有異物。

（2）接頭處具有足夠的水密性，在較高的靜水壓力下不漏漿。

（3）內壁保持平整通暢，不應有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨礙探頭的上下移動。

（4）聲測管應一直埋到樁底，聲測管底部應密封，以保證不漏漿造成管道不通暢為原則；如果受檢樁不是通長配筋，則在無鋼筋籠處的聲測管間應設加強箍，以保證聲測管的平行度。

（5）聲測管的上端應用螺紋蓋或木塞封口，以免落入異物，阻塞管道。

（6）檢測前將樁頂破至設計標高，再將伸出樁頂的聲測管切割到統一標高，聲測管管口高出試樁樁頂500 mm，向管內注滿清水。

（7）聲測管平面布置按設計要求，每樁不少于三管等分布置。

每根被檢樁完成聲波透射法檢測才可以進行樁底壓漿施工。鉆孔灌注樁樁身完整性檢測時，混凝土強度不應低于設計強度的70%，且不應低于15 MPa[1]。

當超聲波透射法檢測前出現堵管時，應采取如下措施：

（1）疏通聲測管。

（2）確實無法疏通后，對于樁長不大于45 m的樁，可以采用低應變法作為完整性補充檢測手段；其他樁則采用高應變法作為完整性補充檢測手段。

（3）對樁身完整性有疑問時，可視具體情況采用開挖驗證（淺部缺陷）、鉆孔取芯（中部及以淺全截面缺陷）、高應變（疑似樁底沉渣過厚等缺陷）等檢測手段進一步驗證。

3.3.2 低應變法檢測

對于所有樁長不大于45 m，同時樁徑不大于1.2 m的鉆孔灌注樁采用低應變法檢測樁身完整性；另外該工程所有PHC樁均不大于45 m，且樁徑均不大于0.6 m，故也采用低應變法檢測樁身完整性。

（1）灌注樁要求受檢樁樁頂標高在設計樁頂標高位置，且樁頭的材質、截面尺寸與樁基本相同；受檢樁做好樁頭處理，鑿去樁上部疏松的混凝土，露出密實混凝土，并鑿平。在樁頂布置的測區，即激振點和傳感器安裝處需要用便攜式砂輪機磨平?50 mm的平面，激振點布置在樁中心，測點沿樁中心呈均勻分布，距樁中心2/3樁半徑處[1]，為免對信號產生干擾應避開鋼筋籠的主筋。測區示意如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁低應變法測區示意圖

（2）PHC樁應保持端板的完整且全部暴露，并清理干凈無積水、無水泥土等雜物覆蓋；若截樁應采用專用截樁設備施工（截樁高按設計要求），并保持截樁斷面的平整且無積水。作為測區的激振點和傳感器安裝位置呈90°方向，并位于1/2壁厚處[1]。測區示意如圖2所示。

圖2 PHC樁低應變法測區示意圖

3.4 單樁承載力檢測

單樁承載力采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗和高應變法（即動、靜對比）聯合驗收，地面橋采用高應變法進行單樁承載力驗收。

3.4.1 靜載荷檢測數量

主橋邊墩?1.0 m鉆孔灌注樁為2根，引橋?0.8 m鉆孔灌注樁為4根，中墩因不滿足試驗場地條件將采用高應變。

（1）靜載荷反力裝置根據試樁場地具體情況，可采用堆載法或錨樁法（通用方法不再列舉）。

（2）因試驗時樁頂荷載承載量最大，故所有灌注樁靜載試樁均需要制作樁帽[2]，防止樁頂試驗過程中破損，造成返工影響工期。具體如下：

a.先鑿除樁頂低強度混凝土或浮漿，且至少鑿至樁身澆筑停止面以下50 cm處。

b.接長主筋至樁頂保護層下，保護層厚度50 mm，在近樁頂部位設置加強鋼筋網片（見圖3）。

圖3 靜載荷試驗試樁樁帽制作示意圖

3.4.2 高應變檢測數量

當聯合驗收時，高應變法檢測抽檢數量不少于相應規格樁基總數的3%，且不少于5根；當采用高應變法進行單樁承載力獨立驗收時，抽檢數量不少于相應規格樁基總數的5%，且不少于5根。

3.4.3 單樁承載力檢測間隔時間

進行單樁承載力檢測時，樁基施工結束到進行試驗的間隔時間應滿足樁身混凝土及樁端水泥漿的養護所需要的時間及樁周土體強度恢復所需要的時間。

3.4.4 高應變試驗要求

（1）高應變用于承載力驗收檢測及完整性檢測，被測樁均需單獨開挖試驗坑（見圖4）。

圖4 高應變試驗樁開挖坑示意圖（單位：mm）

（2）因安裝傳感器必須緊貼樁身，故開挖后需清除安裝傳感器高度（1.5～2.0倍樁徑范圍內）雜物，鉆孔灌注樁鑿出作業時應采用沖擊力較小的施工方法避免損壞樁身，PHC樁試樁樁頂無須加固。

（3）鉆孔灌注樁在樁身混凝土澆筑終凝后需立即開始試樁樁帽[2]制作（見圖5）。

圖5 高應變樁帽制作示意圖（單位：mm）

（4）當樁長大于45 m且聲測管不能疏通致使聲波透射法無法進行檢測時，采用高應變法確定單樁樁身結構完整性。

3.5 樁身完整性補充檢測方法

（1）開挖驗證。對于疑似淺部缺陷并具備開挖條件時，開挖后將樁側的淤泥、污物洗凈，可使用手摸、工具戳鏟等，檢查是否有夾泥或低強度物體或斷樁裂縫等缺陷，若存在缺陷清除至堅實混凝土面，直接觀測測量缺陷尺寸，并留視頻或影像資料記錄，以作為該樁完整性判定的依據使用。

（2）鉆芯法。灌注樁在低應變法、高應變法、聲波透射法檢測中出現疑似中淺部缺陷時，為樁身完整性進行綜合評價，采用鉆孔抽芯法補充檢測。取芯具體技術為通用方法不再列舉。

（3）孔內攝像法。由于PHC樁具有樁孔可作為通道，調查樁孔內缺陷位置、缺陷程度及缺陷性質，以實現對該樁進行綜合評價。若樁孔內有堵塞物，需將堵塞物清除至疑似缺陷以下的接樁處。孔內攝像法具體技術為通用方法不再列舉。

（4）高應變法。對于被檢樁疑似缺陷位于樁身深部，無法采用鉆孔取芯法或孔內攝像法時，將通過高應變法對該樁進行綜合評價。

4 實施效果

4.1 成孔成果

成孔檢測分別采用三種設備測量。成孔儀數字測井探頭測量所得孔徑、孔深，專用測斜儀測量成孔垂直度，水文測錘測量孔內成渣厚度。

（1）試成孔為施工工藝做指導依據，單獨成孔不做工程樁使用，共有2孔，每孔每間隔3 h測量一次，24 h內共測量9次。

a.S1#孔設計孔深67.52 m，設計孔徑1 m。第一次測量各參數均合格，第二至第九次測量成渣厚度均大于10 cm，第二至第九次測量實測孔深均小于設計孔深，第七至第九次實測孔徑最小直徑小于1 m。

b.S2#孔設計孔深42 m，設計孔徑0.8 m。第一次測量各參數均合格，第二至第九次測量成渣厚度均大于10 cm，第五至第九次測量實測孔深均小于設計孔深，第六至第九次實測孔徑最小直徑小于0.8 m。

該兩孔經過重新掃孔清孔后復測，各參數均滿足設計和檢測要求。從實測數據中得出12 h內孔壁穩定性良好，沉渣結果反映出需要盡量縮短清孔與澆筑混凝土的間隔時間。

（2）工程樁試成孔施工做指導依據，成孔做工程樁使用，共有2孔，每孔每間隔3 h測量一次，18 h內共測量7次。

a.14-4#樁孔設計孔深67.03 m，設計孔徑1 m。第一次測量各參數均合格，第二至第七次測量成渣厚度均大于10 cm，第三至第七次測量實測孔深均小于設計孔深，第七次實測孔徑最小直徑小于1 m。

b.3-3#樁孔設計孔深40.24 m，設計孔徑0.8 m。第一次測量各參數均合格，第二至第七次測量成渣厚度均大于10 cm，第六至第七次測量實測孔深均小于設計孔深，第七次實測孔徑最小直徑小于0.8 m。

該兩孔經過重新掃孔清孔后復測，各參數均滿足設計和檢測要求。從實測數據中得出15 h內孔壁穩定性良好，沉渣結果反映出需要盡量縮短清孔與澆筑混凝土的間隔時間。

（3）成孔檢測小結。經過試成孔和工程樁試成孔測試，對該工程地質條件下成孔施工有指導性意義，為工程樁施工起到了重要的幫助。

4.2 聲波透射法檢測

該工程鉆孔灌注樁樁身完整性采用聲波透射法、高應變法、低應變法，其中聲波透射法檢測共148根。初測結果為Ⅰ類樁138根，占93.2%；Ⅱ類樁8根，占5.4%；Ⅲ類樁2根，占1.4%；無Ⅳ類樁。之后針對2根初測為Ⅲ類樁的樁端進行注漿加固后的高應變法補充檢測，結合超聲波檢測結果，對樁身完整性綜合分析判定均為Ⅰ類樁，單樁承載力均滿足設計要求。

（1）聲波透射法初測Ⅲ類樁情況。12-4#樁設計樁徑 ?0.8 m，有效樁長34.0 m，樁身強度C30，布置三根聲測管，檢測三個剖面，31.0～34.0 m明顯缺陷；16-2#樁（動、靜對比試樁）設計樁徑?1 m，有效樁長50 m，樁身強度C30，布置三根聲測管，檢測三個剖面，49.0～51.5 m明顯缺陷。聲波透射法成果曲線如圖6～圖8所示。

圖6 12-4#樁聲學參數曲線圖

圖7 16-2#樁聲學參數曲線圖

圖8 12-4#樁高應變成果曲線

12-4#樁經樁底注漿后進行高應變法檢測，實測貫入度2.55 mm，擬合系數為3.10，樁身完整性為合格（Ⅰ類）；單樁豎向抗壓承載力3 828 kN，滿足設計3 230 kN要求。16-2#樁為動、靜對比試樁，經樁底注漿后分別進行靜載荷、高應變法檢測，其結果在下一節詳細說明。

（2）聲波透射法檢測小結。該工程通過聲波透射法、高應變法、低應變法綜合檢測手段，多方面檢測方法覆蓋了各自為戰的盲區，準確掌握了樁身質量，有效避免了漏判或誤判。

4.3 單樁承載力檢測

通過單樁豎向靜載荷抗壓試驗和高應變法的動、靜對比取得了很好的效果，能夠充分體現試樁承載力滿足設計要求。列舉兩根試樁的實施情況，設計參數及檢測參數見表1，試驗、測試成果對比見表2，靜載荷試驗曲線及高應變分析圖對比見表3。

表1 設計及檢測參數表

表2 單樁靜載荷試驗和高應變法的動、靜對比成果表

單樁承載力檢測小結：該工程通過靜載荷試驗、高應變法綜合檢測手段，利用了高應變周期短、可同時測得承載力和完整性的特點，又結合了靜載荷試驗對試樁承載力直接且準確的優勢，準確地掌握了該工程樁身的承載力情況。

表3 靜載荷試驗曲線及高應變分析圖對比表

4.4 低應變法檢測樁身完整性

該工程采用低應變法檢測均為非機動車道坡道與人行道梯道下的PHC樁，以及河道護堤樁（均為單節樁），整個檢測過程中未發現不合格樁，故未涉及鉆孔抽芯法或孔內攝像法等補充檢測，不再列舉實例。

低應變反射波法具有儀器設備相較其他檢測方法小巧輕便、操作簡便快速的特點，適合大范圍、多數量快速檢測工作的需要。低應變反射波法檢測建立理論的一維波動方程模型，通過計算單位截面樁身材料力學阻抗[5]變化得出，阻抗理論計算方程為Z=EA/c（即樁身材料力學阻抗=樁身材料彈性模量×樁身橫截面面積÷樁身縱向應力波的傳播速度）[5]。

對樁身完整性只能定性，對于橫截面面積較為一致的預制類樁比較符合該模型，但是遇樁土耦合作用下往往會影響到曲線。另外鉆孔灌注樁由于受地質土層變化、鉆孔方法、施工機具、施工操作等因素影響，通常會出現樁身截面變化的情況，有時截面變化非常大，這種缺陷未影響到樁的承載力和耐久性，屬于非不利缺陷。

筆者在《預應力管樁多種檢測方法判定樁身完整性》以及《多種檢測及驗證方法判定灌注樁樁身完整性》兩篇論文中有詳細的實例分析。在工程實際運用中采用該方法檢測時，作為檢測人員需要仔細研究數據并及時分析原因，必要時需采取多種檢測手段及驗證方法輔助判別，在特殊地質條件下的項目需特別注意。對于預應力管樁、預應力空心方樁、預應力混凝土異形預制樁等具有樁孔的特點，利用樁孔進行孔內攝像法也可作為樁身完整性判定的依據之一。綜上所述，若所測曲線有疑問，且與地質資料、施工資料不能解釋成因時，切勿僅僅依靠低應變反射波法的成果進行判定，避免誤判或漏判。

5 結 語

編制方案時充分分析該工程的技術特點，針對實際特點，在顧及工期時效和經濟效益的同時，較全面掌握樁身質量情況的目標為出發點，編制適合該工程的基樁檢測方案。從實施效果分析，該方案檢測覆蓋范圍以及技術邏輯閉合均達到預期目的，為工程質量的評定起到關鍵的作用。