史明吉吉，張 興

（中國(guó)水利水電第四工程局基礎(chǔ)分局，四川 成都 610091）

1 概述

京滬高速鐵路大汶河特大橋位于山東段全橋長(zhǎng)21.142 km。雙線(xiàn)無(wú)砟軌道，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h，橋墩656個(gè)，京向、滬向橋臺(tái)各1個(gè)。橋墩基礎(chǔ)采用明挖、井挖和鉆孔樁基3種形式,其中445個(gè)橋墩為鉆孔樁基礎(chǔ)，共3 888根鉆孔灌注樁，橋墩樁基數(shù)量一般為8根或10根，少數(shù)幾個(gè)為12根和21根，樁長(zhǎng)最小為5.5 m，最大74.0 m，樁徑1.0，1.25，1.50 m。

2 樁基完整性檢測(cè)方法

鉆孔灌注樁是隱蔽工程，不僅在施工過(guò)程中對(duì)成孔及清孔、鋼筋籠制作及安裝、澆筑等各工序進(jìn)行質(zhì)量檢查，而且在成樁后要對(duì)樁身結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)，判斷樁身缺陷位置、范圍，及缺陷對(duì)樁體承載力的影響程度，并判定成樁等級(jí)。

目前樁身完整性檢測(cè)常用低應(yīng)變反射波法(瞬態(tài)激振時(shí)域頻域分析法)、聲波透射法、鉆孔取芯法等3種檢測(cè)方法。檢測(cè)混凝土灌注樁樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度，鑒別樁端巖土性狀，驗(yàn)證或判定樁身完整性類(lèi)別，以及混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量。

鉆孔取芯檢測(cè)法，在取芯過(guò)程中，如果操作不當(dāng)，芯樣斷口磨損嚴(yán)重時(shí)，容易將斷口磨損嚴(yán)重部位誤認(rèn)為是缺陷，為了減少巖芯斷口磨損，一般采用低速、低壓鉆進(jìn)，故速度慢，成本高，常用在有疑問(wèn)的基樁或指定的基樁進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)，基樁檢測(cè)主要采用低應(yīng)變反射波法和聲波透射法。

3 基樁檢測(cè)原理

1)低應(yīng)變反射法。采用瞬態(tài)激振方式，通過(guò)實(shí)測(cè)樁頂加速度或速度信號(hào)的時(shí)域、頻域特征，采用一維彈性波動(dòng)理論分析判定基樁樁身完整性質(zhì)量，即樁身存在的缺陷位置及其影響程度。低應(yīng)變反射法適用樁長(zhǎng)小于50 m的樁基或摩擦樁。

2）聲波透射法。由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過(guò)程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征；當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射。根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)混凝土的聲學(xué)參數(shù)。測(cè)試記錄不同測(cè)試剖面對(duì)面和斜面的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過(guò)處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)混凝土的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。聲波透射法適用于樁長(zhǎng)大于50 m樁基或柱樁（端承樁）。

4 樁基檢測(cè)流程

圖1 樁基檢測(cè)流程圖

5 樁基檢測(cè)條件

受檢樁基混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，或齡期不少14 d；剔除樁頂浮漿或松散破損部分，露出堅(jiān)硬的混凝土表面，修理平整，使樁頂呈平面狀；檢測(cè)時(shí)樁頂標(biāo)高為設(shè)計(jì)標(biāo)高。

6 樁基檢測(cè)

6.1 低應(yīng)變反射法檢測(cè)

1）檢測(cè)儀器。采用PIT-V基樁檢測(cè)儀。

2）測(cè)試參數(shù)設(shè)定規(guī)定。時(shí)域信號(hào)記錄的時(shí)間段長(zhǎng)度在2 L/c時(shí)刻后延續(xù)不少于5 m/s；幅頻信號(hào)分析的頻率范圍上限不應(yīng)小于2 000 Hz；設(shè)定樁長(zhǎng)應(yīng)為樁頂測(cè)點(diǎn)至樁底的施工樁長(zhǎng)。

3）信號(hào)采集和篩選規(guī)定。各檢測(cè)點(diǎn)重復(fù)檢測(cè)次數(shù)不少于3次，且檢測(cè)波形應(yīng)具有良好的一致性；當(dāng)信號(hào)干擾較大時(shí)，可采用信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行重復(fù)激振，提高信噪比；不同檢測(cè)點(diǎn)及多次實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)一致性較差時(shí)，分析原因，排除人為和檢測(cè)儀器等干擾因素，增加檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量，重新檢測(cè)。

4）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。在樁的中心位置打磨出直徑約為10 cm的平面；在距樁中心2/3半徑處，對(duì)稱(chēng)布置打磨3處，直徑約為6 cm的平面，打磨面平順光潔密實(shí)，見(jiàn)圖2；傳感器安裝在已打磨的部位，用黃油粘結(jié)，激振點(diǎn)位置在樁中心，激振方向沿樁軸線(xiàn)方向，采用力棒或自由落錘激振時(shí)，自由下落，不得連擊。見(jiàn)圖2；短樁或淺部缺陷樁的檢測(cè)采用輕錘快擊窄脈沖激振；長(zhǎng)樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測(cè)宜采用重錘寬脈沖激振。

圖2 打磨點(diǎn)數(shù)及位置示意圖

6.2 聲波透射法檢測(cè)

1）檢測(cè)準(zhǔn)備。將伸出樁頂?shù)穆暅y(cè)管在距樁頂混凝土面30 cm處切割，且在同一標(biāo)高，測(cè)量管口標(biāo)高，作為計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程的基準(zhǔn)，并編號(hào)，檢測(cè)剖面編組分別為：1-2，1-3，2-3，見(jiàn)圖 3；將各聲測(cè)管內(nèi)注滿(mǎn)清水，封口待檢；在放置換能器前，檢查聲測(cè)管暢通情況，以免換能器卡住或換能器電纜被拉斷，造成損失；準(zhǔn)確測(cè)量樁頂面相應(yīng)聲測(cè)管之間外壁凈距離，兩聲測(cè)管間距精確至1 mm。

圖3 聲測(cè)管布置示意圖

2）檢測(cè)儀器。采用NM-4A型跨孔超聲檢測(cè)儀。

3)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。將發(fā)射與接收聲波換能器通過(guò)深度標(biāo)志，分別置于兩根聲測(cè)管中同一高度的測(cè)點(diǎn)處；發(fā)射與接收聲波換能器以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升降，測(cè)點(diǎn)間距為200 mm；提升時(shí)不斷向被檢測(cè)聲測(cè)管中注水，使發(fā)射與接收聲波換能器始終在水面以下；實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線(xiàn)，讀取聲時(shí)、首波峰值和周期值，同時(shí)顯示頻譜曲線(xiàn)及主頻值；以?xún)筛鶠橐粋€(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，分別對(duì)所有檢測(cè)剖面完成檢測(cè)；在樁身質(zhì)量可疑的測(cè)點(diǎn)周?chē)?，加密測(cè)點(diǎn)，或采用斜測(cè)、扇形掃測(cè)進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。

7 波形特征

7.1 低應(yīng)變反射波特征

1）完整樁。僅有樁底反射，反射波和入射波同相位，見(jiàn)圖4。

圖4 完整樁

2）截面變大樁：樁身截面變大處反射為上行壓力波，遇樁頂自由端反射為下行拉力波（t1=t2=2△L/c），見(jiàn)圖 5。

圖5 截面變大樁

3）斷樁。在斷樁處應(yīng)力波產(chǎn)生多次反射，反射波和入射波同相位，看不到樁底反射，見(jiàn)圖6。

圖6 截面變?nèi)藰?/p>

4）半斷樁。樁身缺口處的反射波和入射波同相位，樁底反射波和入射波同相位，見(jiàn)圖7。

圖7 半斷樁

5）縮頸、離析樁。開(kāi)始部位的反射波和入射波同相位，結(jié)束部位反射波和入射波反相位，縮頸和離析不嚴(yán)重時(shí)，部分應(yīng)力波還透射傳播，可看到樁底反射波，反射波和入射波同相位，見(jiàn)圖8。

圖8 縮頸、離析樁

7.2 聲波透射法波形特征

1）完整樁。聲波屬混凝土正常波速范圍，波形減小波幅不大，較穩(wěn)定，見(jiàn)圖9。

圖9 實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（虛線(xiàn)為異常臨界值）

2）輕微缺陷樁。1個(gè)剖面有1個(gè)測(cè)點(diǎn)聲波速略小于正?；炷敛ㄋ?，波形減小幅度不大，波形畸形不明顯，見(jiàn)圖10。

3）缺陷樁。2個(gè)或3個(gè)剖面均存在1個(gè)測(cè)點(diǎn)聲波和波幅小于正?；炷敛ㄋ俸筒ǚ?，該測(cè)點(diǎn)波形畸形，見(jiàn)圖11。

圖10 實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（虛線(xiàn)為異常臨界值）

4）嚴(yán)重缺陷樁。3個(gè)剖面均存在2個(gè)以上測(cè)點(diǎn)聲波小于正?；炷敛ㄋ?，波幅明顯下降，波形畸形，見(jiàn)圖12。

8 檢測(cè)成果分析

樁基檢測(cè)成果分析采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行處理。

低應(yīng)變反射法包括樁身平均波速、阻抗變化位置判定，并依據(jù)波形特征、信號(hào)衰減特性、缺陷深度及影響程度等按照樁身完整性標(biāo)準(zhǔn)判定樁身完整性類(lèi)別。樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 低應(yīng)變反射法樁身完整性判定表

聲波透射法包括聲速、波幅、主頻、斜率法的PSD等，根據(jù)樁基混凝土的聲速、波幅臨界值、聲速低限值、PSD判據(jù)，及樁身質(zhì)量可凝點(diǎn)的加密測(cè)試后確定的缺陷范圍、波形特征等，對(duì)照樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)判定樁身完整性類(lèi)別。樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

為了確保大汶河特大橋橋墩基礎(chǔ)每根鉆孔樁質(zhì)量，每個(gè)橋墩的每根樁均進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。采用聲波透射法檢測(cè)377個(gè)橋墩3 258根，采用低應(yīng)變反射法檢測(cè)68個(gè)橋墩630根，共計(jì)445個(gè)橋墩3 888根，根據(jù)《低應(yīng)變反射法樁身完整性判定表》和《聲波透射法樁身完整性判定表》判定等級(jí)，均評(píng)為I類(lèi)。

圖11 實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（虛線(xiàn)為異常臨界值）

圖12 實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（虛線(xiàn)為異常臨界值）

表2 聲波透射法樁身完整性判定表

9 結(jié)語(yǔ)

1）大汶河特大橋橋墩鉆孔樁基在已完成完整性檢測(cè)的樁基中選擇了5個(gè)橋墩進(jìn)行了單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)最大承載力下，最大沉降量為3.71 mm，試驗(yàn)過(guò)程樁身結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2）聲波透射法檢測(cè)設(shè)備總重量約15 kg、檢測(cè)人員3名；低應(yīng)變反射法檢測(cè)設(shè)備總重量約10 kg，檢測(cè)人員2名。檢測(cè)設(shè)備輕便、人員少、移動(dòng)方便。

3）檢測(cè)一根樁長(zhǎng)30 m的樁基，正常情況下聲波透射法檢測(cè)用時(shí)15 min；低應(yīng)變反射法檢測(cè)用時(shí)5～8 min。檢測(cè)速度快，且對(duì)樁身不形成損壞。

4）用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠。

5）聲波透射法、低應(yīng)變反射法是檢測(cè)鉆孔灌注樁完整性的較好方法，可在工業(yè)民用建筑、鐵路、公路、港口和水電等工程建設(shè)樁基檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。