不同樁身缺陷檢測方法對比分析

王志宣

(鄭州新開元路橋工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450016)

1 檢測原理及現(xiàn)場操作

1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法的理論依據(jù)是一維桿波動理論，將樁等價于一維桿，當(dāng)在樁頂施加一瞬時垂直沖擊力后，就有彈性波沿樁身向下傳播，遇有波阻抗(波阻抗Z=ρcA，ρ為密度，c為波速，A樁身截面積)變化界面處時，彈性波會發(fā)生反射。通過對反射信號的相位、振幅、頻率等特征進(jìn)行分析后即可對樁身缺陷進(jìn)行評價。由于低應(yīng)變法物理意義明確、測試設(shè)備輕便簡單、檢測速度快、檢測成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前普遍應(yīng)用于基樁檢測?！督ㄖ痘鶛z測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，低應(yīng)變法適用于檢測混凝土樁的樁身缺陷，判定樁身缺陷的程度及位置。由于低應(yīng)變法波形曲線上僅顯示樁身阻抗變化的相關(guān)信息，而樁身阻抗Z=ρcA是一個綜合指標(biāo)，該指標(biāo)不僅與介質(zhì)質(zhì)量狀況有關(guān)，還與介質(zhì)尺寸變化等因素有關(guān)，所以低應(yīng)變法還不能對缺陷性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確分辨，缺陷橫向尺寸的變化及其在樁截面橫向上的位置也無法準(zhǔn)確給出，對缺陷程度只是一種定性評判，還不能做出定量分析。對缺陷豎向位置也只是依據(jù)樁身平均波速進(jìn)行的一種計算，由于有其他因素影響故有一定誤差。由于受樁周土、樁身材料阻尼、樁身截面變化、激振能量等因素的影響，應(yīng)力波的傳播過程為能量和幅值衰減的過程，如果樁過長，或樁截面阻抗多變或變幅較大，則應(yīng)力波不能傳回樁頂。另外當(dāng)樁端土層的波阻抗與樁身波阻抗相同或相近時，不能測到樁底的反射信號，所以其測試深度有一定限制，但沒有具體數(shù)值，只能在各具體工程中進(jìn)行試驗(yàn)確定用該方法檢測樁身缺陷是否可行。此外，由于低應(yīng)變法在實(shí)際應(yīng)用于檢測樁身缺陷過程中，其影響因素比較多而且比較復(fù)雜，所以有時會得到一條無法進(jìn)行分析解釋的波形曲線，此時低應(yīng)變法不再適用，需通過其他檢測方法對樁身缺陷進(jìn)行評價。

1.2 聲波透射法

該法依據(jù)彈性波理論，利用超聲波在彈性介質(zhì)中的傳播特性對介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行評價。其評價所用聲學(xué)參數(shù)主要有波速、波幅、波頻、波形等。與低應(yīng)變法相比較，其原理和理論依據(jù)相同，不同的是低應(yīng)變法沖擊脈沖主頻在幾百赫茲，而聲波脈沖主頻高達(dá)幾萬赫茲?，F(xiàn)場操作也不相同，現(xiàn)場測試時依據(jù)換能器間高程的不同可有水平同步法、高差同步法及扇面測試法等測試方式?！督ㄖ痘鶛z測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，聲波透射法適用于已預(yù)埋聲測管的混凝土灌注樁樁身缺陷檢測，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。與低應(yīng)變法比較，聲波透射法也無法對缺陷性質(zhì)做出準(zhǔn)確分辨，對缺陷在樁截面橫向上位置的判斷較低應(yīng)變法強(qiáng)，缺陷在豎向上的位置及范圍能做出準(zhǔn)確判斷，但對緊貼聲測管的微小缺陷有可能造成誤判，對超出兩聲測管組成的剖面之外的樁身缺陷則無能為力。同時聲波透射法宜檢測樁徑大于0.6m混凝土灌注樁的完整性，因?yàn)闃稄捷^小時，聲波換能器與檢測管的聲耦合會引起較大的相對測試誤差。由于需要預(yù)埋聲測管，抽樣的隨機(jī)性較差，檢測成本也相對較高。盡管如此，與其他方法相比，聲波透射法仍具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)檢測全面、細(xì)致，檢測范圍可覆蓋整個樁長的各個斷面，無檢測“盲區(qū)”:(2)檢測較為快捷、方便。因此，該方法目前已成為大直徑、長樁長的混凝土灌注樁完整性檢測的重要手段?！豆饭こ袒鶚秳訙y技術(shù)規(guī)程》(JTG/T F81-01-2004)也專門規(guī)定“對重要工程的鉆孔灌注樁，采用超聲波透射法檢測的樁數(shù)不應(yīng)少于50%”。

1.3 鉆芯法

與前兩種方法相比，鉆芯法檢測樁身缺陷屬于一種直接的方法。由于鉆芯法是鉆芯機(jī)直接從樁身上鉆取混凝土芯樣，以測定樁身混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度，檢查樁底沉渣和持力層情況，并測定樁長，進(jìn)而對樁身缺陷做評價。鉆芯法具有科學(xué)、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，正因?yàn)檫@種優(yōu)點(diǎn)，使得目前基樁完整性檢測時，當(dāng)其他檢測方法的檢測結(jié)果需要驗(yàn)證時一般采用鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證。與其他方法相比，鉆芯法的缺點(diǎn)是設(shè)備笨重、檢測時間長、檢測成本高等，其檢測能力的限制條件主要受樁的長徑比制約，也不能對預(yù)制樁和鋼樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測。此外，由鉆孔在樁截面上的布設(shè)也可以看出:鉆芯法實(shí)質(zhì)上是由鉆芯孔的范圍內(nèi)的樁身質(zhì)量情況來代替整個樁身的質(zhì)量情況，相對于大直徑樁而言，這種代表性會很差，對一些縮徑或其他沒有靠近鉆孔位置的缺陷來說，鉆芯法也無能為力。其更適用于檢測樁長、樁底沉渣及持力層巖性、樁身混凝土強(qiáng)度，在缺陷程度較大時(如缺陷橫向規(guī)模占到樁截面的80%或更大時)驗(yàn)證更合適。需要明確的一點(diǎn)是，鉆芯法所得到的混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度不同于標(biāo)養(yǎng)28天試塊抗壓強(qiáng)度，也不同于同條件試塊抗壓強(qiáng)度。

2 工程實(shí)例及分析

低應(yīng)變法與鉆芯法對比

該樁為旋挖鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁，樁型為摩擦樁，樁徑1.0m，樁長47m，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C40。地層為黏土、粉質(zhì)黏土和粉土互層，局部有細(xì)砂夾層。低應(yīng)變法實(shí)測曲線反映樁頂以下19.0m處有一明顯同相反射波，有二次反射波，樁底反射不明顯。地質(zhì)資料顯示，在樁頂以下19.0～20.5m范圍內(nèi)有一細(xì)砂夾層。施工中未發(fā)現(xiàn)特殊情況。由以上資料分析該處缺陷性質(zhì)有可能是夾砂，是縮徑造成的夾砂還是樁身空洞填充砂還不能確定。該缺陷比較明顯，其豎向位置大概在19.0～21.0m，在樁橫截面上的位置則無法確定，因此不能對鉆孔位置的選取提供切實(shí)可行的指導(dǎo)。按規(guī)范要求隨機(jī)選了第一個位置進(jìn)行鉆芯法檢測，結(jié)果顯示在19.7～20.0m之間夾砂，后分別在該孔兩側(cè)30cm處各布設(shè)一個鉆孔，左側(cè)鉆孔在19.8～20.0m之間夾砂，右側(cè)鉆孔芯樣連續(xù)、完整、表面光滑。通過對夾砂孔進(jìn)行反復(fù)清孔，然后高壓注漿，水泥用量達(dá)到2.1t。

從本實(shí)例可以看出，不僅僅是縮徑，任何一種缺陷(如本例中的夾砂，不包括擴(kuò)徑類良性缺陷)在低應(yīng)變法實(shí)測曲線上的反應(yīng)都是與入射波同相位，其幅度與缺陷程度及其所處位置等因素有關(guān)，但其性質(zhì)只能結(jié)合其他情況進(jìn)行大概分析還不能確定，缺陷豎向位置的判定有一定誤差，而在樁截面橫向上的位置則無法判定，無法對鉆孔選位提供指導(dǎo)，而鉆孔直徑一般為100mm，《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定，樁徑小于1.2m的樁鉆1孔，樁徑為1.2～1.6m的樁鉆2孔，樁徑大于1.6m的樁鉆3孔，按鉆孔最大直徑計算，其占整個樁截面的比例最大也僅為19%，由此對整個樁身進(jìn)行評價代表性不是很強(qiáng)。如果第一個鉆孔正好取到芯樣連續(xù)的位置，那么兩種方法之間就存在了極大的不一致性。這種不一致性也好理解，但如何避免，如何對樁身缺陷做出客觀的評價才是關(guān)鍵?？梢酝茢嗟氖牵鄬εc整個樁身截面而言，缺陷程度越大，鉆芯驗(yàn)證的效果就越好。

3 結(jié)語

通過以上對比分析及在工程實(shí)踐中所遇到的實(shí)際情況可以得出以下結(jié)論:

(1)低應(yīng)變法具有簡便、快速、成本低的特點(diǎn)，是基樁質(zhì)量普查的良好手段:聲波透射法具有全面、細(xì)致、不受樁長限制等優(yōu)點(diǎn)，是重要工程基樁質(zhì)量檢測的重要保證:鉆芯法具有直接性，其特長在于檢測樁長、樁身混凝土強(qiáng)度、樁端持力層狀況等。作為直接的檢測方法，鉆芯法也可作為低應(yīng)變法和聲波透射法檢測的驗(yàn)證方法，但對驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)能夠具體分析，最終對樁身缺陷做出客觀、科學(xué)的評價。具體應(yīng)用時，可根據(jù)工程重要性等級、基樁施工水平的穩(wěn)定性、場地工程地質(zhì)情況等因素，從各方法本身特長出發(fā)綜合選用。

(2)由于各樁身缺陷檢測方法的理論依據(jù)、現(xiàn)場操作，各方法的優(yōu)缺點(diǎn)均不相同，實(shí)際工作中出現(xiàn)對同一根樁身缺陷評價不一致的現(xiàn)象屬于正常現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，應(yīng)能從各方法本身及工程實(shí)際出發(fā)，找出合理解釋，對基樁樁身缺陷做出客觀的評價。

［1］錢大高.橋梁鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制分析［J］.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010，(05):122-123，126

［2］朱德良.人工挖孔灌注排樁在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究［J］.武夷學(xué)院學(xué)報，2010，(02):68-72