鉆孔灌注樁施工質量控制與檢測

胡延贊

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

鉆孔灌注樁在橋梁結構中有著廣泛的應用。在具體工程中，受地質條件、承載能力和環境的影響，對樁的質量要求存在差異，但都必須滿足工程對樁的力學性能的要求，這就離不開施工過程的質量控制和成樁后的質量檢測。

1 鉆孔灌注樁施工質量控制

目前，鉆孔灌注樁已由原來的小樁徑、短樁長，發展為大樁徑、長樁長。目前，我國高速公路采用的單樁直徑均在1500mm 以上，樁長也達到了100m。

1.1 鉆孔灌注樁施工方案

鉆孔灌注樁施工前，要制定合理完善的施工方案，明確施工過程的施工環節、施工重點以及安全管理措施，并對施工方案進行逐級審核。在施工過程中，要依據出現的問題和狀況不斷地對方案進行查漏、調整和補缺，使施工方案逐步趨于完善。

1.1.1 鉆孔灌注樁的前期準備工作

樁基礎施工之前，首先，要做好地質情況、施工現場和施工環境等的勘察工作，然后根據建設需求和現場情況，設計能夠滿足使用要求的設計圖紙。其次，是制定科學合理的施工技術方案，并對技術人員做好技術和安全交底，技術交底主要是根據施工圖紙、現場情況和施工水平，對關鍵的技術要點進行分析和復核，讓施工技術人員能夠熟悉和掌握設計圖紙和施工方案的意圖，同時發現與圖紙和現場相互矛盾的技術要點，并及時上報且制定出相應的解決措施。再次，是施工前根據樁基礎的設計位置對原地面進行平整和填土壓實，形成工作平臺，工作平臺的大小要滿足鉆孔、吊裝鋼筋籠和澆筑混凝土的需要。

1.1.2 護筒的埋設環節

在進行護筒的埋設施工時，應當首先使用全站儀或更高精度的測量儀器對樁的中心位置進行放樣，護筒的中心位置與樁的中心位置偏差和護筒的豎向傾斜度應滿足相關規范要求，測量完成后，要認真地對相關數據進行復核。對護筒周圍用黏質土分層夯實，確保護筒的穩定和底口不漏失泥漿。

1.1.3 泥漿的制備環節

泥漿的性能應結合鉆孔方法和地質情況通過試驗確定，并在鉆孔過程中隨時根據現場情況進行檢測和調整。

1.1.4 清孔環節

清孔工作應在孔深、孔徑、傾斜度滿足設計及規范要求后方可進行，清孔時必須防止護壁坍塌。在灌注混凝土之前，應再次檢查泥漿的性能和沉渣的厚度，必要時應進行二次清孔，符合要求后方可灌注混凝土。

1.1.5 鋼筋籠安裝環節

鋼筋的規格型號和焊接標準應當符合設計要求，制作、運輸和吊裝應符合相關規范要求，防止出現骨架變形的現象。安裝前應對聲測管的位置和密封性進行檢查，盡量保證聲測管暢通。

1.1.6 混凝土灌注環節

混凝土灌注前應根據方案備齊相應的機械設備，主要儀器設備應有備用。混凝土的性能應通過設計要求和現場情況進行試驗后確定配合比。導管使用前應進行水密試驗，在灌注混凝土的時候，根據混凝的高度及時調整導管在混凝土中的埋置深度，嚴格控制混凝土的灌注時間和灌注過程的連續性，并充分考慮由于時間、運輸距離和溫度引起的坍落度損失，保證混凝土的和易性。

1.2 鉆孔灌注樁施工質量影響因素及對策

鉆孔灌注樁的施工質量控制環節分為成孔質量控制和成樁質量控制。成孔質量控制的關鍵因素有：成孔垂直度、成孔位置及深度、泥漿性能指標和鉆孔速度。成樁質量控制主要有鋼筋籠的制作與吊裝和混凝土灌注質量。

1.2.1 成孔質量控制的對策

（1）施工前應檢查鉆機的定位和穩定性是否滿足要求，并檢查鉆頭的垂直度，防止在施工過程中出現傾斜等問題，在鉆孔過程中還需經常復核鉆頭的垂直度，若有偏差應及時進行調整。

（2）施工前應對鋼護筒的標高進行復核，并用鋼測繩定期測量孔深，及時了解成孔進度，避免樁長不夠或超鉆。

（3）成孔過程中，需根據巖層的情況調整泥漿的配合比，經常性地對泥漿的指標進行復核，以確保泥漿的護壁剛度，避免塌孔。

（4）鉆孔過程中要根據巖層情況控制好鉆頭的鉆進速度，盡量避免因時間過長而導致孔壁坍塌的風險。

（5）成孔后要通過清孔對樁底沉渣厚度進行控制，清孔過程中不但要保證沉渣厚度滿足設計要求，還要對泥漿的性能進行檢測，防止因清孔而導致泥漿護壁剛度不足引起的塌孔。

1.2.2 成樁質量控制的對策

（1）鋼筋籠在現場制做時，應嚴格按照設計要求控制主筋和螺旋筋的位置，經檢查合格后方可吊放，并布置保護層厚度的墊塊，吊放時應緩慢下降，對準孔位，現場搭接時應嚴格按照要求對鋼筋進行搭接。運輸及吊放的過程中要防止鋼筋籠發生變形。

（2）混凝土灌注前，應嚴格按照配合比設計進行充分攪拌，根據攪拌站與施工地點的距離調整混凝土的和易性，以保證首批混凝土的灌注時間不能超過初凝時間。灌注過程中嚴格控制灌注速度，防止鋼筋籠上浮。

2 鉆孔灌注樁施工質量檢測

2.1 鉆孔灌注樁質量檢測方法

鉆孔灌注樁樁身完整性是反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續性的綜合定性指標。檢測方法有低應變法、聲波透射法、高應變法，鉆芯取樣法等。

（1）低應變法具有儀器操作簡單、檢測速度快和檢測成本低等特點，但存在檢測深度有限、小缺陷靈敏度不高、無法檢測樁底沉渣等局限性。

（2）聲波透射法可以可靠地判別樁身的缺陷及其位置，無測試盲區，不受樁長樁徑限制，可判定混凝土的均勻性，并且還能分析出混凝土的強度。但澆筑混凝土之前要在鋼筋籠上預埋聲測管，操作比較復雜。

（3）鉆芯法具有準確、直觀等特點，能較為客觀的反映樁身質量缺陷以及樁底沉渣等情況。但其速度慢、費用高，屬于有損檢測，一般工程上用于無法判定缺陷類型和對檢測結果存在爭議的樁基上。

2.2 聲波透射法測試原理

2.2.1 測試原理

聲波透射法是目前工程上最為常見的一種檢測樁基完整性的方法，本文將通過介紹該檢測方法的原理，并結合工程實例進一步分析鉆孔灌注樁施工質量引起的樁基缺陷，并提出施工過程中的一些注意事項。

鉆孔灌注樁一方面屬于隱蔽工程，其施工過程具有不可預見性，技術人員無法直觀了解每個工序的情況，因此樁身質量直接決定了上部結構的穩定性。另一方面，混凝土是一種由水、水泥、砂石、外加劑等多種材料組成的非均質材料，尤其水下樁基礎的混凝土無法通過人工干預密實，所以存在孔洞、裂縫、夾泥夾砂、縮頸，甚至斷樁等缺陷，這些缺陷在超聲波通過時會使混凝土產生聲阻。

超聲波是彈性波的一種，若將混凝土介質視為彈性體，則超聲波會在混凝土按照彈性波在彈性體中的傳播規律傳播。超聲波檢測儀從發射端換能器探頭發射出聲波,并經過水的耦合作用傳到聲測管，再傳到混凝土介質中，并從混凝土傳到接收端的聲測管，經水的耦合作用后到達接收端換能器探頭。該過程考慮液體和氣體沒有剪切彈性，只能傳遞播縱波，因此該技術采用波分量。

2.2.2 測試要求

在樁基礎的施工階段要對聲波透射法的檢測做好準備工作，對現場做如下要求：

（1）焊接鋼筋籠時，應根據樁徑的大小確定聲測管的埋置數量，樁徑≥1.5m 時，埋設3 根聲測管，樁徑＞1.5m 時，埋設4 根聲測管。

（2）聲測管需采用金屬管，并且聲測管直徑保證不能影響換能器上下的暢通，還要保證不變形、不斷裂，聲測管下端封閉、上端加蓋、管內無異物，接口處光滑過渡，管口高出樁頂100～300mm，且每根聲測管的埋置深度和管口高度均要保持一致。

（3）混凝土齡期至少達到14d，混凝土強度不應低于設計強度的70%，且不應低于15MPa。

（4）檢測前保證換能器在聲測管內全程范圍升降順暢，對于堵塞的管應及時進行疏通。管道暢通則在聲測管內注滿清水，并保證檢測過程中管內水位不低于設計樁頭標高。

（5）準確測量聲測管的內外徑和外壁距離，精確到lmm。

2.2.3 測試方式

聲波透射法檢測樁基完整性有對測、斜側和扇形測三種方法。

（1）對測。發射和接收換能器分別置于兩聲測管的同一高度，自下而上，將收發換能器以相同步長（≤100mm）向上提升，進行水平檢測。若平測后，對存在樁身質量問題的可疑點進行加密平測，以確定異常部位的縱向范圍。

（2）斜測。讓發、收換能器在聲測管內保持一定的高程差，在聲測管中以相同步長，同步升降進行測試。斜測分單向斜測和交叉斜測。斜測時，發、收換能器中心連線與水平夾角一般取30°～40°。斜測可探出局部缺陷、縮徑或專測管附著泥團、層狀缺陷等。

（3）扇形測。扇形測在樁頂、樁底斜測范圍受限或為減小換能器升降次數時采用。一只換能器固定在某一高程不動，另一只逐步移動，測線呈扇形分布。此時換算的波速可以相互比較，但幅值無可比性，只能根據相鄰測點幅值的突變來判斷是否有異常[1-3]。

2.3 樁基檢測案例

某橋梁項目樁徑為1.6m，孔深30m 的樁基埋置4根聲測管，第一次聲波透射法檢測的波形圖如圖1 所示。由圖1 分析，在孔深10.8～11.8m 處，1～2，2～3，2～4 剖面聲速、波幅值均低于臨界值，PSD 值也有異常反應，初步判斷為2 號聲測管泥漿包管、夾泥。

圖1 第一次聲波透射法檢測的波形圖

經開挖驗證，聲測管泥漿包管，如圖2 所示。經人工挖孔至11m 左右處驗證，孔壁局部坍落，致使泥團包裹聲測管，故判定為Ⅲ類樁。

圖2 聲測管泥漿包管

后采用人工挖孔鑿出該聲測管處泥團，清洗混凝土面后用C40 混凝土修補，經處理后復測，檢測波形圖如圖3 所示。聲速、波幅均大于臨界值，波形正常，判定為Ⅰ類樁。

圖3 處理后聲波透射法檢測的波形圖

3 結束語

綜上所述，鉆孔灌注樁作為橋梁結構的主要受力部位，不但要嚴格按照相關規范進行施工，加強施工過程中的質量控制，還要加強成樁后的質量檢測，通過科學的檢測手段交叉進行驗證，判定成樁質量。實踐證明，聲波透射法可以可靠地判斷樁身的缺陷及其位置，無測試盲區，不受樁長、樁徑限制，可判定混凝土的均勻性，并且還能分析出混凝土的強度。