樁基檢測技術在巖溶地區的應用與難點

錢釗海

（清遠市交通運輸工程質量檢測站有限公司,廣東 清遠 511518）

0 引言

廣東省的氣候特征導致其巖溶地區的巖石富水性和透水性極強，巖溶的發育相對來說較為成熟。其最為顯著的特點是如果遇到含有二氧化硫的流水侵蝕會造成溝槽或者溶洞等形態產生[1]。巖溶作用下，巖體的結構發生變化，使得巖溶地質的結構呈現出非常強的復雜性，給工程項目的建設帶來很大的難度。巖溶地區的樁身完整性檢測方法有低應變反射波法、聲波透射法和鉆孔取芯法等，每種檢測方法在適用范圍、測試條件，測試操作、檢測成本上也各有不同。巖溶地區的樁基質量檢測的重點、難點主要有：低應變反射波法難以對公路工程的超長樁、長徑比很大的樁做出準確判定；聲波透射法容易造成聲測管堵管，樁身缺陷容易漏判、誤判；鉆孔取芯法外業作業時間長、儀器設備笨重等。

1 樁基檢測技術在巖溶地區的應用

1.1 樁基檢測技術

常用的鉆孔灌注樁樁基檢測方法有低應變反射波法、聲波透射法和鉆孔取芯法。低應變反射波法和聲波透射法均可檢測樁身完整性和缺陷位置及程度，判定樁身完整性類別，且都屬于無損檢測方法。這兩種檢測方法具有檢測儀器相對輕便、操作簡單、檢測成本低等優點。經低應變反射波法和聲波透射法兩種方法檢測后，對樁身缺陷仍存在疑問時，可用鉆孔取芯法對上述兩種測試方法的測試結果進行驗證。鉆孔取芯法所使用的設備笨重、工序耗時且復雜、檢測成本高，可以檢測樁身長度、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度，鑒別樁底巖土性狀，準確地判定樁身完整性類別，檢測成果直觀可靠[2]。

1.2 低應變反射波法檢測技術在巖溶地區的應用

反射波法的基本原理為：把樁視為一維彈性均質桿件，在樁頂錘擊產生入射波，入射波沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面或樁身截面積發生變化時，向下傳播的入射波將產生反射波。經儀器接收放大、濾波并經過數據處理，可快速有效地判斷樁的完整性和質量，鑒定樁的缺陷性質，確定缺陷位置[3]。

在巖溶地區的工程項目中，樁基的成型不一定完全符合一維桿件的模型，樁基礎是一種水泥混凝土、鋼筋等混合物的復合體，內部結構復雜，樁身—樁側土—樁底持力層又是構成一個極其復雜的介質體系，反射波產生疊加干擾，需準確判斷并排除干擾波形，才能做出科學、合理的判斷[4]。

1.3 聲波透射法檢測技術在巖溶地區的應用

聲波透射法是公路工程項目中常用的樁基檢測方法，該測試方法能夠非常精確地檢測到樁身混凝土存在的缺陷及缺陷的位置、程度和范圍。聲波透射法的檢測結果是比較準確和可靠的。當前，鉆孔灌注樁方式在公路工程項目樁基工程中應用較廣，聲波投射法對于鉆孔灌注樁容易出現的夾泥或者斷樁現象也能夠做出較為準確的檢測，因此其在巖溶地區的樁身基礎完整性檢測中應用非常廣泛。

1.4 鉆孔取芯法檢測技術在巖溶地區的應用

在對樁基施工中的單樁承載力檢測方面，一般采用鉆芯法為主要的檢測手段。鉆芯法可以對單樁的樁身質量進行全面、直觀的觀察分析，通過對樁身混凝土質量、柱底沉渣的厚度以及樁底基巖完整性的進一步檢測，然后進行抗壓強度試驗對混凝土承載力的實際情況進行驗證，最后綜合數據分析的結果對樁基承載力進行綜合測量。

鉆孔取芯法中，鉆孔數量和位置需符合有關規范和文件的要求，并根據規范截取芯樣送試驗室進行抗壓強度試驗后確定樁身混凝土強度、持力層巖石強度和沉渣厚度等。在使用鉆機進行鉆井作業時，要嚴格控制鉆芯孔垂直度偏差，避免鉆井時對鋼筋造成嚴重損傷和對鉆頭造成嚴重磨損。在鉆芯作業完成后，還要注意整理整個鉆芯過程中涉及的參數，對芯樣、樁號、鉆芯孔號、孔深缺陷位置等進行拍照，并認真保存相關的數據和資料，為后期的樁基檢測提供可靠數據支撐。

2 樁基檢測技術在巖溶地區應用的重點、難點分析

2.1 低應變反射波法

低應變反射波法檢測一些超長樁或長徑比很大的樁，由于樁頂激振傳播和反射受樁身多種因素的影響，常測不到樁底反射信號或反射不明顯，此時反射波信號不能被準確有效地識別，較難判別。當樁身截面漸變或多變，且混凝土不均勻時，對于預制樁、嵌巖樁的反射信號多變，容易造成誤判等。在實際應用中僅通過反射波的信號特征來判定樁身缺陷均有一定的難度，還需結合工程地質條件和具體的施工過程資料來綜合分析評判。

2.2 聲波透射法

由于樁基礎為隱蔽工程，聲波透射法作為一種無損檢測方法檢測樁基混凝土澆筑質量，不確定因素較多，容易出現誤判、漏判情況：

（1）樁底聲測管彎曲：在安裝鋼筋籠的搬運和吊裝過程中，因操作難度大和工作的不嚴謹，鋼筋籠經常發生碰撞或拖動，聲測管容易發生彎曲變形。測試時聲測管彎曲區域聲速會異常偏高，波幅會降低，由于樁底是容易發生缺陷的部位，根據此類波形圖很難準確判定樁底存在何種缺陷，很可能發生漏判、誤判的情況，給工程項目留下質量安全隱患[5]。

（2）在預埋聲測管的樁基水下混凝土灌注過程中，由于往往是水下作業且聲測管綁扎或焊接不牢固等，容易造成聲測管傾斜，導致超聲波聲速超出混凝土正常聲速范圍，出現“聲速可疑”。但往往這種“可疑”會隨著聲波的傳播有一定的規律變化，如在某一深度范圍內有規律的偏高或偏低，此項檢測數據借助分析軟件反映在波形圖或波列圖中也可容易辨別出來（如圖1所示），在采用曲線擬合等方法進行修正后，可重新計算聲速；但遇到測點的聲速在某一深度范圍內“可疑”，但聲速變化無規律時，不能隨意進行管斜修正，以免對缺陷造成誤判，要綜合考慮測試數據和施工記錄資料等方可對樁基進行綜合評判[6]。

圖1 “可疑聲速”的有規律變化

（3）鉆孔取芯法中，樁身完整性評判依據有各孔芯樣的松散、破碎、夾泥等情況分析。鉆芯過程中應對鉆孔、高程、芯樣、沉渣厚度、持力層等做詳細記錄。芯樣試件的取樣位置和加工也是直接影響樁基質量評判的關鍵因素。垂直度偏差超過±2.0°時或平整度偏差超過±0.1 mm時，試件的實測強度可能比真實強度偏低，這也是鉆孔取芯法中的工作難點。

在樁基檢測工作中，當采用單一檢測方法出現上述問題時，為更好地對樁質量作出判定，應首先采用低應變反射波法—聲波透射法互為驗證的方法對樁身和樁底是否存在缺陷進行校核。仍有懷疑時，采用鉆孔取芯法進一步驗證，綜合評判。

以我市連山縣小三江鎮加田至立星大風坑旅游景區段公路改建工程AK0+133大橋0-2樁樁基檢測為例：

該樁基經聲波透射法檢測，發現樁身存在嚴重缺陷，經判定為Ⅳ類樁，后經建設單位要求，采用鉆孔取芯法對該樁進行驗證性檢測（鉆取芯樣見圖2）。鉆孔取芯并芯樣試件檢測后的基本情況如下：

圖2 0-2樁鉆芯全貌

0.00～28.33 m為樁身，混凝土芯呈長柱狀，節長一般0.02～1.58 m，最長1.58 m，芯樣表面較光滑，粗細骨料分布較均勻，混凝土膠結較好、密實，該段樁身連續性一般，斷口拼接基本吻合，其中0.00～2.0 m為樁頭鑿除部分、17.06～18.36 m處見破碎狀混凝土、18.36～18.61處見溝槽。采取率為95%。

在2.78～3.32 m、13.61～13.96 m、27.52～27.86 m取混凝土芯樣3組，其抗壓強度代表值分別為：33.1 MPa、46.3 MPa、47.1 MPa。

28.33～30.71 m為持力層，未能見持力層芯樣樣品，但抽取時見黃色泥水。

該樁經鉆孔取芯法檢測結論如下（檢測結果及結論匯總見表1）：

表1 0-2鉆孔取芯法檢測結果及結論

（1）樁身完整性判定：該次檢測1#孔混凝土芯基本連續完整，斷口拼接基本吻合，粗細骨料分布較均勻，混凝土膠結較好、密實、其中0.00～2.0 m為樁頭鑿除部分、17.06～18.36 m處見破碎狀混凝土、18.36～18.61處見溝槽。綜合判定，樁身完整性類別為Ⅳ類。

（2）混凝土芯樣試件抗壓強度評定：在樁身有代表性部位抽檢混凝土抗壓強度，樁身混凝土抗壓強度代表值為33.1 MPa，滿足強度C30的設計要求。

（3）樁底沉渣評定；未能見持力層芯樣樣品，對沉渣情況不做評定。

（4）樁長情況：該樁鉆孔檢測有效混凝土樁長實測為28.33 m（未鑿樁頭），與施工記錄有效樁長28.6 m基本相符。

（5）樁端持力層評定：無法抽取持力層芯樣上來。

3 結語

當前我國基礎設施進程的不斷加快對工程建設的質量安全提出了更高的要求。樁基檢測技術是樁基質量控制的重要環節，在對樁基進行檢測時，要根據實際情況，選擇低應變反射波法—聲波透射法—鉆孔取芯法中的兩種或三種方法互為驗證的檢測方法對樁基質量進行評判，加以驗證。將上述三種方法有機結合，并考慮工程地質條件、樁的設計資料、施工方法和記錄等因素進行綜合分析，對樁基質量作出評估，進而為整個公路橋梁工程項目的質量安全提供可靠的保障。