嵌巖灌注樁完整性檢測的測試盲區分析

劉展輝

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

目前采用沖擊成孔水下灌注工藝的嵌巖灌注樁是橋梁工程的首選樁型。由于橋梁長期承受交通車輛的動荷載和設計要求較長的使用壽命，對于橋梁基樁的樁身完整性基本要求全部工程樁均檢測，而常用的灌注樁樁身完整性檢測方法有低應變法、聲波透射法和鉆芯法。三種檢測方法各有利弊，低應變法可以對樁身質量快速普查，但是無法確定樁身缺陷的類型，只能定性分析樁身缺陷的程度和位置，也容易出現復雜信號無法判斷；聲波透射法能判定樁身缺陷的位置、范圍和程度，前提條件是樁身預先埋設有通順的聲測管并符合規范布置要求；鉆芯法為有破損檢測法，能檢測灌注樁的樁長、混凝土強度、完整性、沉渣厚度及判定樁底持力層巖土性狀。

每一種檢測方法都有它的可測試范圍和可提供的結果，對于同一根樁，有時候多種方法結果一致，有時候結果差異較大，這是因測試原理差異而造成了相對測試盲區。本文以一橋梁工程檢測為例，對三種方法的檢測結果進行對比分析。

1 分析各種檢測方法的相對測試盲區

1.1 低應變法

低應變法適用于長徑比不小于5 的灌注樁樁身完整性檢測[1]。采用一維彈性桿應力波傳播理論，對樁頂施加瞬態沖擊，沖擊產生的小應力波在類似桿件的樁身縱向傳播，遇到阻抗變化較大的橫向截面會形成可測量的反射波，反射波信號傳遞至樁頂粘接的加速度傳感器，通過分析積分的信號時程曲線并結合地質剖面情況，可以判定樁身的缺陷程度和位置。

如果樁身截面多變且變化幅度較大，應力波會多次反射疊加，形成不可分析的復雜信號；或者樁頭混凝土材質較差，無法產生適中的瞬態沖擊脈沖，也是得不到可分析的反射信號。對于基本滿足一維彈性桿件性狀的灌注樁，樁身水平裂縫、斷樁、短樁、較大縮頸、嵌巖樁沉渣厚度較大或未入巖等橫向界面缺陷，低應變法經常能檢出一明顯缺陷反射波；而樁身局部混凝土材質劣化，或者振搗不實、拔管過快造成澆筑管周縱向連續的混凝土溝槽，通常應力波能穿過這類型阻抗縱向緩變的區域而不產生可測量的反射波信號，造成樁身缺陷的測試盲區。

1.2 聲波透射法

聲波透射法采用兩根聲測管從樁頂沿著鋼筋籠內側通長布置到籠底端部，管內滿水，兩個換能器從樁底同步上升到樁頂。上升過程中，發射換能器超聲脈沖從發射端先后經過耦合水、發射端聲測鋼管壁、混凝土、接收端聲測鋼管壁及耦合水到達接收換能器，得到一個紡錘形的時間-聲幅衰減曲線，曲線按測點間距排列形成波列圖。曲線首波起跳點的時間（波速）和波幅參數參與統計計算，計算波速和波幅的臨界值，并參考波形曲線畸變程度和整體波列圖，形成缺陷判斷依據。

當鋼管壁與混凝土之間因粘結不良存在空隙、或者混凝土有空洞及不密實等缺陷，超聲脈沖會在這些異界面發生散射和反射，導致接收的脈沖能量下降和相位變化[2]，信號曲線則會發生畸變、首波波速和波幅會降低。而沿著深度方向有連續缺陷時，波列圖對應區域會出現衰減曲線向直線過渡的區域，如果缺陷嚴重，接收信號能量明顯下降，則形成一直線區域。

聲波透射法只能測試兩根聲測管之間主波束輻射的區域，主波束以外的區域是無法測試的，聲測管距離越遠，非輻射區域越大，因此檢測規范要求根據樁徑大小布置聲測管數量，讓主波束能充分覆蓋鋼筋籠內混凝土區域，以減少測試盲區，而目前聲波透射法的主要盲區是樁底段混凝土。水下灌注混凝土時，混凝土向上擠出，鋼筋籠同時受到泥漿浮力和混凝土的向上推力，當施工單位未采取有效措施時，會出現浮籠情況，造成聲測管未能覆蓋樁底區域，以致樁底沉渣厚度和樁底混凝土質量的測試缺失。

1.3 鉆芯法

鉆芯法一般是對低應變法和聲波透射法的驗證檢測方法，通過鉆取的混凝土芯樣和樁底巖土樣，能直觀判斷成樁質量，但因鉆孔的局限性，對鉆孔外的樁身質量不可確定。

2 工程實例

2.1 工程概況

某市政橋梁工程，樁徑為1000/1300/1600mm，沖擊成孔灌注樁，樁長19～40m，持力層為中風化花崗巖，每根灌注樁均預埋三根聲測管，對灌注樁同時使用聲波透射法和低應變法全檢，依據檢測結果對B1#、E2#、N#及S#樁進行鉆芯法或淺部開挖驗證。

2.2 缺陷樁樁身完整性復合檢測

2.2.1 B1# 樁

B1#樁樁徑1000mm，施工記錄樁長28.00m。低應變法實測曲線如圖1 所示，樁身完整，樁底入巖良好。聲波透射法實測曲線如圖2 所示，波列圖AC 剖面0.2～0.7m 及BC 剖面0.3～0.7m 出現類直線區域，樁身靠近C 管周邊存在缺陷。由于聲測缺陷較淺，對缺陷方位的2m 范圍開挖，淺部樁周狀況見圖3，樁身未見明顯縮頸，但有部分樁周土侵入C 管周圍，管周夾雜的泥質造成脈沖能量衰減嚴重。對樁身鉆芯，芯樣完整、無缺陷，未見沉渣，持力層為中風化花崗巖，見圖4。

從B1#樁的復合檢測結果分析，成樁過程中，有泥漿侵入樁頭C 管周邊，未對樁身造成較大橫向缺陷，低應變無法檢出，而聲測管外周的粘結泥漿基本阻斷超聲脈沖的有效傳播，聲測對這區域檢出明顯缺陷。對于鉆芯驗證，由于鉆孔只能布置在離中心10～15cm 的位置，靠近聲測管的混凝土區域無法鉆取，所以鉆取的芯樣不能反映B1#樁的缺陷內容。

2.2.2 E2# 樁

E2#樁樁徑1000mm，施工記錄樁長34.50m。低應變法實測曲線如圖5 所示，樁底存在明顯同向反射，同向反射前有輕微負向反射，樁底疑有沉渣影響。聲波透射法曲線如圖6 所示，測試深度34.30m，略短于施工記錄樁長，波列圖均勻。對樁身鉆芯，揭露樁長34.61m，樁底粘連黑色膠皮，膠皮單層厚7～9mm，呈V 型彎曲折疊，持力層為中風化花崗巖，見圖7、圖8。

鉆取芯樣揭露膠皮異物內嵌于入巖段樁端混凝土上，低應變同向反射明顯，推測鉆孔外膠皮仍占據較大面積。對這種成樁過程較大異物掉落孔內并被下放鋼筋籠擠壓至樁底而形成的嵌巖樁底橫向缺陷，低應變能有效檢出，而聲測管埋深34.30m，鉆芯揭露樁實際長度34.61m，有31㎝的樁端混凝土聲測盲區。

2.2.3 N# 樁

N#樁樁徑1600mm，施工記錄樁長29.40m。低應變法實測曲線如圖9 所示，樁身完整，樁底入巖良好。聲波透射法曲線如圖10 所示，波列圖均勻性一般，波幅波速曲線圖中較多波幅低于臨界值。對樁身鉆芯，兩孔均出現較多連續溝槽，持力層為中風化花崗巖，見圖11、圖12。

混凝土空隙、氣泡和溝槽不會導致超聲脈沖波速明顯降低，波速受粗骨料的混凝土占比影響較大[3]，這類型缺陷讓接收信號能量明顯下降，波幅降低明顯，所以N#樁聲波透射法的波列圖和波幅值能指出樁身缺陷。而低應變法只對橫向界面缺陷敏感，所以低應變時程曲線無法反應N1#的溝槽問題。

2.2.4 S# 樁

S#樁樁徑1600mm，施工記錄樁長29.90m。低應變法實測曲線如圖13 所示，樁底有明顯同向反射，同向反射后有二次負向反射，有持力層未達到中風化的可能。聲波透射法結果如圖14 所示，測試深度29.70m，略短于施工記錄樁長，波列圖均勻。考慮低應變和聲測的檢測結果，主要缺陷是未入巖，復核地質柱狀圖和剖面地層深度變化情況，樁端可能支承在強風化層上，由于強風化花崗巖遇水軟化崩解，如果不提前采取有效鉆取措施，大部分芯樣巖屑和風化土會給水沖走，擬定鉆芯穿樁后采用低水壓或干鉆強風化層同時監測鉆桿下落高度。對樁身鉆芯，揭露樁長29.89～9.97m，確定有1.30～1.52m 厚強風化花崗巖夾層與樁端接觸，不滿足中風化的入巖要求，見圖15、圖16。

3 結語

通過分析三種檢測方法的測試盲區及列舉的工程實例，提出以下建議：嵌巖灌注樁進行完整性檢測時，建議使用低應變法和聲波透射法對樁雙重檢測，低應變法普查樁身橫向缺陷和樁端混凝土、沉渣、入巖的綜合情況，而聲波透射法檢測樁身混凝土質量，這樣可以減少因采用單一方法檢測而造成的缺陷漏檢，再對篩查的缺陷樁采取鉆芯驗證。