王大山 李業(yè)勛

20世紀(jì)80年代以來,樁基礎(chǔ)成為工程結(jié)構(gòu)所采取的最主要的基礎(chǔ)形式之一,它廣泛應(yīng)用于高層建筑、交通、水利等工程領(lǐng)域。由于樁基工程屬于地下隱蔽工程,施工工序復(fù)雜,工藝流程緊密,主要工序的施工過程都在水下或地下進(jìn)行,造成其檢測過程中的諸多不便。鑒于樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)和施工難度,地基工程對樁基礎(chǔ)質(zhì)量(成孔質(zhì)量、樁身質(zhì)量和承載力等)提出了更高的要求,特別是其質(zhì)量檢測是工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵。目前,樁基礎(chǔ)檢測主要采用鉆孔取芯法、大應(yīng)變動測法、小應(yīng)變動測法、超聲波等方法[1],樁基礎(chǔ)各種檢測方法各有所長、相互補(bǔ)充,保證了樁基礎(chǔ)在建設(shè)中的工程質(zhì)量。

1 鉆芯法

鉆芯法是采用鉆探技術(shù)和施工工藝[2],在樁身上沿長度方向鉆取混凝土芯樣及樁端巖土芯樣,通過對芯樣的觀看和測試來評價成樁質(zhì)量。鉆芯法是一種有微破損或局部破損的檢測方法,具有科學(xué)、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。

1.1 鉆芯法的施工要點(diǎn)

1)抽芯檢測設(shè)備和操作要求較高,采用普通液壓鉆機(jī)、金剛石單動雙管等鉆具,一般采用中等壓力、較高轉(zhuǎn)速及中等泵量鉆進(jìn),保持鉆進(jìn)參數(shù)一致,勻速鉆進(jìn),以便觀察鉆進(jìn)、樁身情況;2)鉆進(jìn)過程中應(yīng)經(jīng)常對鉆機(jī)立軸進(jìn)行校正,及時糾正偏差,根據(jù)規(guī)范要求和工程具體情況準(zhǔn)確確定鉆孔位置,采用長巖芯管或大直徑鉆桿以減小環(huán)狀間隙,防止孔斜;3)保證采芯率;4)按有關(guān)規(guī)范等要求對取出芯樣進(jìn)行詳細(xì)描述記錄;5)鉆進(jìn)中若出現(xiàn)鉆速變慢、變快、孔口返泥水、帶出大量混凝土拌合用砂等異?，F(xiàn)象,應(yīng)立即起鉆,分析判斷原因并得出結(jié)論,采取適當(dāng)處理措施后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

1.2 鉆芯法評定內(nèi)容、原則及方法

樁基礎(chǔ)質(zhì)量主要包括成孔質(zhì)量、樁身質(zhì)量與混凝土強(qiáng)度三方面內(nèi)容,成孔質(zhì)量主要有孔徑、孔底沉渣厚度及孔垂直度等,可在成孔施工中監(jiān)測;樁身質(zhì)量主要是指樁的完整性,可通過鉆芯法等來檢測;承載力是通過芯樣試件的抗壓試驗(yàn)來衡量。樁基評定要嚴(yán)格按照規(guī)范等要求進(jìn)行,其評定按單樁進(jìn)行,應(yīng)從樁徑、樁長、樁身完整性、混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣或虛土厚度、樁端持力層性狀和存在問題等進(jìn)行全面、系統(tǒng)、綜合評定,評定中應(yīng)定量與定性相結(jié)合,樁身質(zhì)量與承載力相互制約,并結(jié)合工程具體情況給予準(zhǔn)確適當(dāng)評定。

1.3 鉆芯法中芯樣試件截取、制作及試驗(yàn)要點(diǎn)

1組芯樣。當(dāng)樁長大于30 m時,宜適當(dāng)增加試樣組數(shù);2)在芯樣試件加工制作中,要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范等進(jìn)行,使芯樣試件的平均直徑、高徑比、垂直度、平整度等均滿足要求;3)芯樣試件應(yīng)在(20±5)℃清水中浸泡40 h～48 h,從水中取出后立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn);4)芯樣試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)法》中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

樁基檢測評定是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)工作,受到檢測儀器設(shè)備性能、現(xiàn)場試驗(yàn)條件和檢測人員素質(zhì)等諸多方面的影響,尚應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)檢測的樁基應(yīng)具有代表性;2)施工檢測時,樁身混凝土齡期宜不小于28 d,設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范等要求;3)若鉆芯等方法檢測評定認(rèn)為樁基質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)等要求,應(yīng)按規(guī)范等和工程具體情況加倍復(fù)檢,并應(yīng)由施工單位對不合格樁提出處理方案,經(jīng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理等相關(guān)單位同意,并經(jīng)工程所在質(zhì)監(jiān)部門批準(zhǔn)后實(shí)施;4)芯樣試件抗壓強(qiáng)度的承載力驗(yàn)算與評定按GBJ 107-87混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn),CECS 03-88鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程,JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范等有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

樁基鉆芯檢測法有自己的獨(dú)特優(yōu)勢,但也具有局限性,因此,應(yīng)將鉆芯法與其他檢測法相結(jié)合,互相補(bǔ)充,如實(shí)確認(rèn)樁基的實(shí)際情況。

2 動測法

2.1 動測法的大應(yīng)變法

大應(yīng)變試樁的基本原理：用重錘沖擊樁頂,使樁—土產(chǎn)生足夠的相對位移,以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力。通過安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)的加速度傳感器和安裝在重錘上的加速度傳感器接收樁和錘的應(yīng)力波信號,應(yīng)用應(yīng)力波理論分析處理力和速度時程曲線,從而判定樁的承載力和評價樁身質(zhì)量完整性[3]。

2.2 動測法的小應(yīng)變法

1)芯樣試件截取主要有2種模式：a.從檢測樁芯樣等間截取不小于1個試件;b.在檢測樁芯樣上中下有代表性的部位各截取

小應(yīng)變測樁身結(jié)構(gòu)完整性的基本原理是：在樁頂施加激振信號產(chǎn)生應(yīng)力波,該應(yīng)力波沿樁身傳播過程中,遇到不連續(xù)界面(如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷)和樁底面時,將產(chǎn)生反射波,檢測分析反射波的傳播時間、幅值和波形特征,就能判斷樁的完整性[4]。

2.2.1 小應(yīng)變法基本假設(shè)與公式

樁的典型彈性體振動模型是直桿的縱向振動。在推導(dǎo)直桿的縱向振動方程時,作以下基本假設(shè)：

1)材料均勻;2)直桿等截面;3)直桿變形中橫截面保持為平面,且彼此平行;4)直桿橫截面上應(yīng)力分布均勻;5)忽略直桿的橫向慣性效應(yīng)。

直桿的縱向振動方程的推導(dǎo)公式為：Z=ρcA=EA/c。其中,Z為廣義波阻抗,Ns/m;ρ為樁身混凝土密度,kg/m3;c為縱波在樁身混凝土中的傳播速度,m/s;A為樁身橫截面面積,m2;E為樁身混凝土彈性模量,N/m2。

當(dāng)樁身幾何尺寸或材料物理性質(zhì)發(fā)生變化時,相應(yīng)的ρ,c,A發(fā)生變化,其變化發(fā)生處成為波阻抗界面。將波阻抗的比值表示為：

其中,n為波阻抗比。

在樁頂激振后,將產(chǎn)生縮波,以波速c沿樁身向下傳播。當(dāng)遇到波阻抗界面時,產(chǎn)生反射波和透射波。根據(jù)應(yīng)力傳播理論,只要這兩種介質(zhì)在界面處始終保持接觸(既能承壓又能承拉而不分離),則根據(jù)連續(xù)條件和牛頓第三定律,界面上兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)速度,應(yīng)力均相等。

故有：

其中,R為反射系數(shù);T為透射系數(shù)。

2.2.2 小應(yīng)變反射波形簡析

1)當(dāng)n=1,Z1=Z2,R=0時,說明界面不存在抗阻不同或截面不同的材料,無反射波存在;2)當(dāng)n＜1,Z1＞Z2,R＞0時,反射波和入射波同號,說明界面是由高阻抗硬材料進(jìn)入低阻抗軟材料或大截面進(jìn)入小截面;3)當(dāng)n＞1,Z1＜Z2,R＜0時,反射波和入射波反號,說明界面是由低阻抗軟材料進(jìn)入高阻抗硬材料或小截面進(jìn)入大截面。

離析和夾泥等缺陷樁(見圖1),其ρ,c,A全部減小,導(dǎo)致Z2變小,Z1＜Z2,n＜1,R＞0,第一反射子波與入射波位相同,幅值與缺陷程度相關(guān)。當(dāng)ρ2c2A2=0.75ρ1c1A1時,n=0.75,R=1/7。

樁長及缺陷位置的確定,樁身缺陷至傳感器安裝點(diǎn)的距離可按下式計(jì)算：

其中,X為樁身缺陷至傳感器安裝點(diǎn)的距離;Δtx為速度波第一峰與缺陷反射波峰的時間差,ms;c為受檢樁的樁身波速,m/s;Δf為頻譜信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差,Hz。

3 超聲波檢測法

超聲波透射法是在樁內(nèi)預(yù)埋縱向聲測管道,將超聲脈沖發(fā)射和接收探頭置于聲測管中,管中充滿清水作耦合劑,儀器發(fā)出周期性電脈沖,通過發(fā)射探頭發(fā)射穿透混凝土,被接收探頭接收并轉(zhuǎn)換成電信號。儀器中的測量系統(tǒng)測出超聲脈沖穿過樁體所需時間、接收波幅值、接收脈沖主頻率、接收波形及頻譜等參數(shù)。由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按判斷軟件對接收信號的各種參數(shù)進(jìn)行綜合判斷和分析,即可對混凝土各種內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、大小、位置做出判斷,并給出混凝土總體均勻性和強(qiáng)度等級的評價指標(biāo)。

4 結(jié)語

鉆芯檢測可直觀地觀察樁身完整性,但費(fèi)用高,周期長,且屬于有損檢測。大應(yīng)變法可直接判定樁的承載力和評價樁身質(zhì)量完整性,但是設(shè)備復(fù)雜繁重,有時在工程上難以滿足。小應(yīng)變動測法可較準(zhǔn)確測得樁身的完整性及夾泥層或縮頸,樁底持力層,且設(shè)備簡單輕巧,在實(shí)際工程中運(yùn)用最為廣泛,但對局部離析,縮頸等很難區(qū)別,只能做大致判斷。超聲波法可直接測得樁身的完整性,樁基混凝土的勻稱性,但是設(shè)備繁重,施工不方便,歷時較長,實(shí)測面積小,無法檢測到樁身整體縮頸和樁底沉渣情況。

樁基工程的隱蔽性很強(qiáng),影響施工質(zhì)量的因素又很多,難以預(yù)見,這就要求對樁基的測試工作中做到實(shí)事求是,一絲不茍,綜合分析運(yùn)用各種檢測方法,以免給工程造成事故隱患。

[1]伍 鵬,徐 云.工程樁基不同檢測方法的檢測結(jié)果比較[J].山西建筑,2006,32(11)：70-71.

[2]韓永昌,石永泉,方煜華.樁基檢測和加固處理措施[J].四川地震,2009(1)：29-32.

[3]王懷元,李德新.動力測樁法在樁基檢測中的技術(shù)探討[J].地質(zhì)與勘探,1999(35)：91-93.

[4]劉中濤.采用低應(yīng)變動測技術(shù)檢測橋梁鉆孔灌注樁[J].交通世界,2008(2)：145.

[5]鄒貴誠.樁基的質(zhì)量缺陷處理[J].山西建筑,2008,34(31)：130-131.