低應(yīng)變法檢測(cè)沖孔灌注樁完整性的應(yīng)用探討

朱 華

(核工業(yè)二九0研究所，廣東 韶關(guān) 512029)

低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性是應(yīng)用廣泛經(jīng)濟(jì)有效的一種方法。樁基受巖土地質(zhì)條件、樁型施工工藝、施工控制、專業(yè)技術(shù)水平等相關(guān)因素影響具有復(fù)雜性，樁基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，還具有高度隱蔽性，易產(chǎn)生斷樁、局部夾泥、沉渣等質(zhì)量問(wèn)題。

本文在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)檢測(cè)過(guò)程中的影響因素進(jìn)行總結(jié)和分析，提出一些技術(shù)建議。選取粵北巖溶地區(qū)應(yīng)用廣泛的沖孔樁為對(duì)象進(jìn)行應(yīng)用探討。

1 方法原理

低應(yīng)變法是在樁頂部施加豎向激振產(chǎn)生彈性波，彈性波沿著樁身縱向傳播，當(dāng)樁身存在波阻抗差異界面(如斷樁和離析等)或樁身截面積變化部位，將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收放大，通過(guò)實(shí)測(cè)曲線的幅值、相位、到達(dá)時(shí)間等分析計(jì)算，判定樁身缺陷程度及其位置，對(duì)基樁的完整性給予評(píng)價(jià)。

2 常見質(zhì)量缺陷

沖孔樁，以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)在大型建筑物、橋梁等被廣泛采用。常見質(zhì)量缺陷如下：1)水下澆筑時(shí)，施工不當(dāng)如導(dǎo)管下口離開混凝土面或澆筑不連續(xù)時(shí)，樁身會(huì)出現(xiàn)斷樁；攪拌不均、水灰比過(guò)大或?qū)Ч苈┧鶗?huì)產(chǎn)生離析。2)當(dāng)泥漿相對(duì)密度配置不當(dāng)，地層松散或呈流塑狀，或遇承壓水層時(shí)，導(dǎo)致孔壁不能直立而出現(xiàn)塌孔時(shí)，則會(huì)不同程度的出現(xiàn)擴(kuò)徑、縮徑或斷樁。3)樁底虛土過(guò)多，易產(chǎn)生沉渣過(guò)厚，會(huì)導(dǎo)致基樁承載力下降，當(dāng)?shù)貙臃€(wěn)定性差出現(xiàn)塌孔，樁身也會(huì)出現(xiàn)夾泥或斷樁。

3 影響檢測(cè)因素和解決辦法

3.1 樁頭質(zhì)量

樁頭質(zhì)量直接影響到采集信號(hào)的質(zhì)量，樁頭松散軟弱，彈性波能量衰減，削弱樁身及樁底反射信號(hào)，不能有效識(shí)別波形。應(yīng)鑿去樁頂浮漿、破損、裂紋等軟弱部分，露出堅(jiān)硬平整干凈的混凝土，且不能含水及有雜物。

3.2 傳感器安裝

傳感器安裝與樁的耦合質(zhì)量至關(guān)重要，應(yīng)力避弱彈性介質(zhì)或樁表松軟層，安裝在距離樁中心約2/3R處，且應(yīng)遠(yuǎn)離鋼筋。為避免可能出現(xiàn)與樁的橫向振動(dòng)相應(yīng)的高頻干擾，應(yīng)多設(shè)敲擊點(diǎn)，敲擊點(diǎn)與傳感器距離不宜小于樁徑的1/4。

3.3 樁頂激振

激振脈沖應(yīng)根據(jù)樁長(zhǎng)、缺陷所在位置深淺進(jìn)行調(diào)整；宜采用寬脈沖獲取長(zhǎng)樁的樁底或深部缺陷反射信息，采用窄脈沖獲取短樁或樁淺部缺陷的反射信息。選取力棒激振，激振點(diǎn)選擇應(yīng)力避弱彈性介質(zhì)或樁表松軟層，切忌敲凹凸位置。

3.4 信號(hào)采集

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集應(yīng)根據(jù)基樁工程情況設(shè)置參數(shù)，根據(jù)樁徑大小，收集2個(gè)～3個(gè)有效信號(hào)，以便通過(guò)疊加提高信噪比。如發(fā)現(xiàn)波形出現(xiàn)異常或不能反映樁身完整性，應(yīng)變換傳感器位置進(jìn)行測(cè)試，多次實(shí)測(cè)信號(hào)一致性較差時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析是人為因素或設(shè)備等原因，增加檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

4 工程實(shí)例

4.1 低應(yīng)變和鉆芯法檢測(cè)

本次以87號(hào)樁對(duì)象，先低應(yīng)變法檢測(cè)，后鉆芯法驗(yàn)證。該樁長(zhǎng)為32.8 m，樁徑2 000 mm，17.0 m左右有明顯同向反射，出現(xiàn)二次反射；樁端有同向反射，波幅較寬、幅值較小、較緩；波形異常。結(jié)合鉆芯檢測(cè)，取芯表明16.08 m～18.2 m連續(xù)溝槽、蜂窩，樁底8 cm沉渣；抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)低應(yīng)變法及鉆芯法完整性判定標(biāo)準(zhǔn)，該樁為Ⅲ類樁。

低應(yīng)變法結(jié)果及芯樣見圖1，圖2。

對(duì)比兩種方法檢測(cè)結(jié)果，以高一級(jí)的方法鉆芯法為準(zhǔn)。樁身夾泥、蜂窩和樁底沉渣，相當(dāng)于材質(zhì)ρ變小，波速c變小，則波阻抗Z變小，產(chǎn)生同相反射；缺陷程度越嚴(yán)重，同向反射相對(duì)越明顯，幅值相對(duì)更清晰，波幅寬窄及幅值大小，則在很大程度上反映缺陷的相應(yīng)范圍及缺陷程度。通過(guò)鉆芯法驗(yàn)證檢測(cè)，能有效對(duì)沖孔樁的完整性進(jìn)行評(píng)定，對(duì)于巖溶特別發(fā)育、巖性多樣的粵北地區(qū)，條件許可還應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大抽檢比例。

4.2 典型波形特征

大量的工程實(shí)踐表明，界面性狀或缺陷狀態(tài)與波形態(tài)關(guān)系存在一定相關(guān)性，探討這種關(guān)系能指導(dǎo)波形分析，較好判定樁身完整性。

1)沉渣：樁底反射與入射波同相位，幅值大小與沉渣厚度和物理力學(xué)性質(zhì)呈正相關(guān)。

2)縮徑：波形較規(guī)則，第一反射波與入射波同相位。反射子波振幅大小與縮徑尺寸正相關(guān)。縮徑不嚴(yán)重時(shí)，一般可見樁底反射。

3)離析：波形較規(guī)則，缺陷嚴(yán)重時(shí)，一般見不到樁底反射。第一反射波與入射波同相位，幅值視離析程度呈正相關(guān)，頻率明顯降低中淺部嚴(yán)重離析，可見多次反射。

4)斷樁：淺部斷裂周期性鋸齒狀子波疊加或大低頻大振幅衰減振蕩，無(wú)樁底反射；中部斷裂為多次等距反射，振幅逐次下降。深部斷裂似樁底反射曲線，但所計(jì)算波速遠(yuǎn)大于正常波速。

5)擴(kuò)徑：第一反射波與入射波反相位，反射波與入射波反向，反射波振幅與擴(kuò)徑尺寸正相關(guān)。一般而言，擴(kuò)徑能增強(qiáng)基樁承載力，對(duì)上部結(jié)構(gòu)具有促進(jìn)作用。

6)完整樁：摩擦樁，樁底反射與入射波同相位；端承樁，樁底反射與入射波反相位。

樁身完整性的影響因素眾多，缺陷形成和形式也有多種多樣，甚至同一種缺陷類型因程度不同使得實(shí)測(cè)波形反映也有差異，所以不能單純依靠波形，應(yīng)結(jié)合其他方法綜合判定。

5 結(jié)語(yǔ)

1)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)力避樁頭軟弱介質(zhì)，根據(jù)基樁情況選取合適錘型，采集有效的高質(zhì)量的波形信號(hào)。

2)樁身完整性類別除應(yīng)結(jié)合缺陷出現(xiàn)的深度、測(cè)試信號(hào)的衰減特性及樁型、成樁工藝、地質(zhì)條件等情況，還應(yīng)結(jié)合上部建(構(gòu))筑物的重要性等因素進(jìn)行綜合判定。

3)低應(yīng)變法的優(yōu)勢(shì)和局限性，更大意義在于普查作用，為其他方法確定樁位提供依據(jù)，從而既節(jié)約檢測(cè)成本，又可靠的反映樁身質(zhì)量。