基樁樁身完整性檢測(cè)原理與方法選擇及驗(yàn)證

摘" 要：為建設(shè)工程基樁樁身完整性檢測(cè)提供真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。結(jié)果表明，低應(yīng)變法存在一定的局限性，受地質(zhì)條件及成樁工藝的影響較大。說(shuō)明采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性需要用其他2種方法去驗(yàn)證，再綜合分析判斷出準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，確保工程項(xiàng)目樁基質(zhì)量安全。

關(guān)鍵詞：基樁;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);樁身完整性;檢測(cè)原理;檢測(cè)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.1+6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）25-0155-05

Abstract： The purpose of this paper is to provide true， reliable and accurate test results for the integrity testing of foundation piles in construction projects. According to the current relevant technical standards in China， the pile integrity is tested by low strain method， acoustic transmission method and core drilling method. The results show that the low strain method has some limitations， which is greatly influenced by geological conditions and pile forming technology. It shows that using the low strain method to test the pile integrity needs to be verified by the other two methods， and then comprehensively analyze and judge the accurate test results to ensure the quality and safety of the pile foundation of the project.

Keywords： foundation pile; technical standard; pile integrity; testing principle; testing method

我國(guó)樁基工程是主要在建工行業(yè)建筑工程、市政道路橋梁工程、交通公路工程中應(yīng)用最廣泛的一種基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)是基礎(chǔ)的一部分，是由上部構(gòu)筑物永久荷載及臨時(shí)荷載傳遞至樁基礎(chǔ)，再將這部分荷載傳遞至地基中。由于樁基工程其承載力高，具有良好的使用性和足夠的耐久性，保障上部結(jié)構(gòu)的安全性，所以在施工工序中也是至關(guān)重要的一部分。假如樁基工程未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，構(gòu)筑物上部結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量問(wèn)題，如樁基下沉均導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)不同程度開(kāi)裂、傾斜，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致倒塌。樁基礎(chǔ)工程的基樁樁身完整性質(zhì)量直接影響基樁承載力的質(zhì)量。目前基樁樁身完整性檢測(cè)方法有低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、鉆芯法、聲波透射法。低應(yīng)變法和高應(yīng)變法屬于動(dòng)力測(cè)樁試驗(yàn)，兩者有相同的理論基礎(chǔ)。

本文通過(guò)實(shí)際工程案例對(duì)某工程鉆孔灌注樁采用低應(yīng)變、聲波透射法、鉆芯法檢測(cè)樁身完整性，依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證這3種方法選擇的優(yōu)缺點(diǎn)及局限性。

1" 基樁檢測(cè)樁身完整性有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

我國(guó)現(xiàn)行樁基設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 50202—2018《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

我國(guó)現(xiàn)行樁基設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)的建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有JGJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》、JGJ 340—2015《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》、JGJ 94—2008《建筑基樁設(shè)計(jì)規(guī)范》。

我國(guó)現(xiàn)行樁基設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)的交通公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有JTG/T 3512—2020《公路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》。

我國(guó)現(xiàn)行樁基設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)的電力工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要為DL/T 5493—2014《電力工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》。

基樁檢測(cè)樁身完整性依據(jù)相關(guān)的法律法規(guī)及設(shè)計(jì)文件，同時(shí)也滿(mǎn)足合同約定內(nèi)容、現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了保證工程質(zhì)量，建議選取更加嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行。

2" 樁身完整性檢測(cè)方法的基本原理

2.1" 基樁低應(yīng)變法

低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性適用于檢測(cè)鉆孔灌注樁及沖孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁/方樁。采用低應(yīng)變反射波法使用力棒在樁頂垂直施加一瞬時(shí)作用力，樁的端面上的質(zhì)點(diǎn)受力后產(chǎn)生振動(dòng)的傳播就形成了波，此時(shí)彈性波就會(huì)沿著樁身進(jìn)行傳播。①激振產(chǎn)生的是半球面波，要求垂直激振，只產(chǎn)生縱波;②因波長(zhǎng)較長(zhǎng)，遠(yuǎn)離樁頭后可按準(zhǔn)平面波考慮;③接近樁頭部分有斜射發(fā)生，會(huì)有折射縱波、折射橫波，向樁身外傳播;④垂直入射的縱波傳播至樁底，再向上反射。通過(guò)采集波形的分析判斷對(duì)于縮頸類(lèi)缺陷（縮徑、空洞、離析、裂縫等），反射波與入射波相同;對(duì)于擴(kuò)勁類(lèi)缺陷，反射波與入射波相反當(dāng)樁長(zhǎng)和樁徑一定時(shí)，樁身強(qiáng)度愈大、樁側(cè)土強(qiáng)度愈小、樁底反射信號(hào)愈強(qiáng);反之，樁身強(qiáng)度愈低、樁側(cè)土強(qiáng)度愈大，樁底反射信號(hào)愈弱。

2.2" 基樁聲波透射法

聲波透射法檢測(cè)樁身完整性適用于鉆孔灌注樁及沖孔灌注樁、人工挖孔灌注樁，同時(shí)也適用于大直徑灌注樁。采用聲波透射法的檢測(cè)預(yù)埋2根或2根以上的聲測(cè)管作為檢測(cè)通道，聲測(cè)管中注滿(mǎn)清水作為耦合劑，把發(fā)射換能器與接受換能器放置于聲測(cè)管中，由超聲儀器激勵(lì)發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲脈沖，聲波發(fā)射穿過(guò)樁身混凝土，并經(jīng)接收換能器，由儀器接收并顯示接收的超聲波的波形及數(shù)據(jù)，判斷出超聲波透過(guò)混凝土是接收波首波的波幅及接收波形、聲時(shí)參數(shù)。自樁底到樁頭每隔10 mm間距，設(shè)置1個(gè)超聲測(cè)點(diǎn)，聲測(cè)管通常采用強(qiáng)度較高的金屬管，聲測(cè)管的常規(guī)用的內(nèi)徑規(guī)格是50～60 mm。目前樁身混凝土缺陷判別主要依據(jù)實(shí)測(cè)聲速、波幅及其隨深度的變化曲線，綜合分析樁身質(zhì)量及混凝土缺陷程度。

2.3" 基樁檢測(cè)鉆芯法

基樁鉆芯法適用于檢測(cè)混凝土灌注樁的樁長(zhǎng)、樁底沉渣厚度、樁身混凝土強(qiáng)度和樁身完整性。采用鉆芯法檢測(cè)是混凝土齡期不得少于28 d或者達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了保證鉆取的芯樣的真實(shí)性，鉆芯取樣采用設(shè)備是液壓操縱的高速鉆機(jī)（額定最高轉(zhuǎn)速不低于790 r/min;轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍不少于4檔;額定配用壓力不低于1.5 MPa），鉆機(jī)并配置合適的水泵（水泵排水量最好在50～160 L/min，泵壓最好在1.0～2.0 MPa）、孔口管、擴(kuò)孔器、卡簧、扶正穩(wěn)定器和可撈取松軟渣樣的鉆具。規(guī)范明確規(guī)定：適用單動(dòng)雙管鉆具取芯樣，嚴(yán)禁使用單動(dòng)單管鉆具。鉆頭應(yīng)根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)選用合適粒度、濃度、胎體硬度的金剛石鉆頭，外徑一般選擇101、110 mm 2種。基樁每回次鉆孔進(jìn)尺控制在1.5 m內(nèi)，鉆至樁底，采取減壓、慢速鉆進(jìn)，鉆取沉渣并測(cè)定沉渣厚度。

3" 工程案例

3.1" 工程概況

湖南長(zhǎng)沙某項(xiàng)目，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，基樁類(lèi)型為旋挖鉆孔灌注樁，樁徑為800 mm，基樁持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁長(zhǎng)在30～35 m，混凝土強(qiáng)度為C35。

3.2" 工程地質(zhì)情況

根據(jù)鉆孔揭露情況，擬建場(chǎng)地上覆土層為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、第四系沖積層（Qal），下伏基巖為燕山期（γ）花崗巖，現(xiàn)對(duì)該場(chǎng)地地層自上而下分述如下。

1）人工填土①1（Q4ml）：褐灰色，主要由黏性土混少量碎石、磚塊回填而成，稍濕，結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度不均勻，未完成自重固結(jié)。層頂高程39.64～44.75 m，層厚0.50～4.90 m。場(chǎng)地局部分布。

2）粉質(zhì)黏土②1（Qal）：褐紅色，具網(wǎng)紋斑狀結(jié)構(gòu)，稍濕，稍有光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，硬塑。層頂高程37.32～44.72 m，層厚3.40～13.40 m，全場(chǎng)分布。

3）卵石②2（Qal）：褐灰、灰黃色，粒徑一般在2～15 cm，中粗砂充填，飽和，中密狀態(tài)。層頂高程28.62～39.98 m，層厚2.30～12.70 m，全場(chǎng)分布。

4）砂質(zhì)黏性土③1（Qel）：灰白、灰黃色，花崗巖風(fēng)化殘積而成，稍濕，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，硬塑。層頂高程17.20～33.38 m，層厚0.60～10.30 m，部分地段缺失。

5）全風(fēng)化花崗巖④1（γ）：灰白、灰黃色，絕大部分礦物已風(fēng)化成土狀，可見(jiàn)殘余結(jié)構(gòu)，稍濕，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，堅(jiān)硬狀態(tài)。層頂高程2.92～32.38 m，層厚2.30～23.10 m，全場(chǎng)分布。

6）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖④2（γ）：灰黃色，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英、云母等，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。層頂高程-5.73～15.94 m，揭露層厚0.50～9.60 m。

7）中風(fēng)化花崗巖④3（γ）：灰白、青灰色，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英、云母等，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯較完整，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)。層頂高程-9.33～13.55 m。

8）孤石④4：中風(fēng)化花崗巖孤石，巖質(zhì)堅(jiān)硬。層頂高程-6.83～18.59 m，揭露層厚1.10～3.80 m。

3.3" 低應(yīng)變法檢測(cè)

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔灌注樁Z7-1#樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)波形圖如圖1所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)低應(yīng)變法檢測(cè)以及分析波形得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁在距樁頭9.57 m左右處有明顯缺陷反射波，無(wú)樁底反射波，該樁判定為Ⅲ類(lèi)。

3.4" 聲波透射法檢測(cè)

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔灌注樁Z7-1#樁進(jìn)行了聲波透射法檢測(cè)，檢測(cè)波形圖如圖2所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聲波透射法檢測(cè)以及分析波形得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁所以聲測(cè)線聲學(xué)參數(shù)無(wú)異常，接收波形正常，該樁判定為Ⅰ類(lèi)。

3.5" 鉆芯法檢測(cè)

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔灌注樁Z7-1#樁進(jìn)行了鉆芯法檢測(cè)，檢測(cè)照片如圖3所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯法檢測(cè)以及分析數(shù)據(jù)得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁樁身混凝土芯樣通過(guò)觀察，芯樣完整，未出現(xiàn)破碎。同時(shí)連續(xù)，未出現(xiàn)不連續(xù)。膠結(jié)好，芯樣側(cè)表面光滑、未出現(xiàn)溝槽及蜂窩麻面。骨料分布基本均勻，未出現(xiàn)骨料分布不均勻。芯樣呈長(zhǎng)柱狀，未發(fā)現(xiàn)破碎及短柱樁。斷口基本吻合，未出現(xiàn)不吻合情況。該樁判定為Ⅰ類(lèi)。

該項(xiàng)目通過(guò)3種方法的檢測(cè)結(jié)果綜合分析可知：低應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果對(duì)樁身完整性判別為Ⅲ類(lèi)，聲波透射法檢測(cè)結(jié)果對(duì)樁身完整性判別為Ⅰ類(lèi)，鉆芯法檢測(cè)結(jié)果對(duì)樁身完整性判別為Ⅰ類(lèi)。收集現(xiàn)場(chǎng)的地勘報(bào)告發(fā)現(xiàn)該工程的土層順序：粉質(zhì)黏土—卵石—砂質(zhì)黏性土—全風(fēng)化花崗巖—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖—中風(fēng)化花崗巖，其中卵石層厚度均在設(shè)計(jì)標(biāo)高8～10 m，卵石層下面地層為砂質(zhì)黏性土，地層由強(qiáng)度低—強(qiáng)度高—強(qiáng)度低導(dǎo)致低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果不一致，低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性存在一定的局限性，受地質(zhì)的影響較大，此方法只適合定性的判別，存在較大的誤差，當(dāng)檢測(cè)出樁身完整性存在一定的缺陷時(shí)需采用其他方法進(jìn)一步去驗(yàn)證。

聲波透射法檢測(cè)一個(gè)剖面的聲學(xué)參數(shù)，可以定量分析，樁身完整性只要發(fā)現(xiàn)有缺陷情況，聲學(xué)參數(shù)均會(huì)出現(xiàn)異變，能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)缺陷位置和大小。

鉆芯法檢測(cè)結(jié)果較為直觀，缺陷位置及缺陷大小可以直觀發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果的可信度較高，同時(shí)對(duì)聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果也進(jìn)一步地驗(yàn)證。

4" 樁身完整性檢測(cè)方法選擇分析

4.1" 低應(yīng)變法優(yōu)缺點(diǎn)

低應(yīng)變法存在一定的局限性，場(chǎng)地的地址條件、樁型、施工工藝等客觀因素的影響對(duì)反射波的判讀產(chǎn)生較大的影響，其選擇優(yōu)點(diǎn)：①檢測(cè)操作便捷、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、對(duì)工期沒(méi)有影響、而且需要做檢測(cè)的都可以做。②混凝土沒(méi)有達(dá)到臨期的也可以進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁身完整性的質(zhì)量情況，是否存在嚴(yán)重缺陷。③同時(shí)也能夠檢測(cè)出比較明顯的樁身缺陷，也可以比較準(zhǔn)確地檢測(cè)出缺陷的位置。但是低應(yīng)變法也存在缺點(diǎn)：①如果樁身阻抗發(fā)生漸變的缺陷發(fā)現(xiàn)比較困難;②如果有2個(gè)相近或者是多個(gè)樁身缺陷的情況下，很難在檢測(cè)過(guò)程中判斷樁身完整性的缺陷深度;③在樁周土層的影響下情況也很難準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)缺陷位置④無(wú)法檢測(cè)樁身豎向有誤裂縫情況;⑤同時(shí)也不能較為準(zhǔn)確地根據(jù)平均波速計(jì)算及推斷樁身混凝土強(qiáng)度;⑥主要依靠檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力。

4.2" 聲波透射法優(yōu)缺點(diǎn)

聲波透射法其選擇優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)其樁身完整性檢測(cè)面及數(shù)據(jù)豐富、全面、準(zhǔn)確、細(xì)致;②聲波檢測(cè)的范圍覆蓋樁身長(zhǎng)度的每個(gè)橫截面，檢測(cè)數(shù)據(jù)量大，現(xiàn)場(chǎng)操作也便捷、快速、沒(méi)有場(chǎng)地限制。聲波透射法其選擇缺點(diǎn)：①需要預(yù)埋聲測(cè)管，施工過(guò)程中容易造成聲測(cè)管的堵塞;②工序步驟較為麻煩;③對(duì)樁徑有一定的要求。

4.3" 鉆芯法優(yōu)缺點(diǎn)

鉆芯法是檢測(cè)灌注樁的樁身完整性的一種擇優(yōu)選擇，該辦法選擇優(yōu)勢(shì)：①此方法適用于大直徑800 mm混凝土灌注樁，通過(guò)眼睛可以直觀發(fā)現(xiàn)混凝土樁身完整性的質(zhì)量情況，是否有芯樣破碎情況，是否有芯樣斷層夾泥及離析情況。②同時(shí)可以判斷樁底是否有成渣以及厚度情況，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地勘資料也可以判斷基樁是否進(jìn)入設(shè)計(jì)的持力層。③芯樣通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證取樣條件下，在實(shí)驗(yàn)室可以根據(jù)數(shù)據(jù)判斷其樁身混凝土的強(qiáng)度是否達(dá)到要求。其選擇缺點(diǎn)：①對(duì)該鉆取芯樣的位置有一定的局限性，只能得出鉆孔長(zhǎng)度范圍內(nèi)的芯樣質(zhì)量情況，未涉及的混凝土質(zhì)量無(wú)存考證，存在一定的盲區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)容易形成一點(diǎn)蓋面、以偏概全從而造成誤判或漏判。②對(duì)樁身完整性的縮頸及局部夾泥、離析等局部缺陷判斷有一定的局限性。③此方法同時(shí)也屬于半損壞樁身完整性檢測(cè)，工人及耗材成本高，現(xiàn)場(chǎng)做事效率低，只能現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽樣檢測(cè)。

5" 結(jié)論

選擇基樁檢測(cè)樁身完整性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件實(shí)際情況、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖的具體要求、合同文件中的約定、經(jīng)濟(jì)合理和確保質(zhì)量安全等為原則。結(jié)合基樁檢測(cè)樁身完整性檢測(cè)的低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，按照實(shí)際情況，靈活運(yùn)用各種方法，對(duì)樁基進(jìn)行全面準(zhǔn)確的分析評(píng)價(jià)，保證樁身完整性檢測(cè)的質(zhì)量，通過(guò)樁身完整性檢測(cè)方法選擇進(jìn)行相互驗(yàn)證，得出的結(jié)論真實(shí)、準(zhǔn)確性，為設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收提供可靠的依據(jù)。

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[12] 福建省建筑科學(xué)研究院福州建工（集團(tuán)）總公司.建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ 340—2015[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.