沈鴻渠
上海建耘建設工程檢測有限公司 上海 201499
灌注樁因承載力高、施工噪聲小等優(yōu)點,被廣泛應用于各種高層建筑、橋梁等工程。在上海奉賢地區(qū)一般使用的是鉆孔灌注樁,它是利用機械設備并采用泥漿護壁成孔,然后放置鋼筋籠、灌注混凝土而成的樁。但由于鉆孔灌注樁樁基工程屬地下隱蔽工程,施工場地地層和施工人員的素質(zhì)存在差異,在施工過程不可避免地存在著一些質(zhì)量隱患。在實際檢測中往往發(fā)現(xiàn)在河中墩上的樁比岸邊臺上的樁質(zhì)量要差很多。為了確保上部結(jié)構(gòu)的安全使用,必須對灌注樁進行質(zhì)量檢測。
鉆孔灌注樁常見的質(zhì)量問題:①樁底沉渣及孔壁泥皮過厚是導致承載力大幅降低的主要原因;②水下澆注混凝土時,如導管下口離開混凝土面、混凝土澆筑不連續(xù)時,樁身會出現(xiàn)斷樁的現(xiàn)象;③當泥漿相對密度配置不當,地層巖性松散或呈流塑狀,導致孔壁出現(xiàn)塌孔,樁身不同程度出現(xiàn)縮頸或者斷樁現(xiàn)象。
目前,常用的基樁完整性檢測方法主要有低應變法和超聲波透射法。相比于低應變法,超聲波透射法可對樁長范圍內(nèi)的各個截面的樁身質(zhì)量情況進行檢測,且不受長徑比和樁長的限制,比低應變法更加直觀、可靠。在實際工作經(jīng)驗中,低應變在上海地區(qū)基本只能發(fā)現(xiàn)上部缺陷,對中下部缺陷很難發(fā)現(xiàn),尤其是樁身有多個缺陷時,低應變動測法更加無能為力。尤其是對于橋梁上的大直徑灌注樁的完整性檢測,設計一般都要求100%進行超聲波檢測。
在被測灌注樁內(nèi)預埋若干根豎向相互平行的聲測管作為檢測通道,將超聲脈沖發(fā)射換能器與接收換能器置于聲測管中,管中注滿清水作為耦合劑,由儀器發(fā)射換能器發(fā)射超聲脈沖,穿過待測的樁體混凝土,并經(jīng)接收換能器被儀器所接收,判讀出超聲波穿過混凝土的聲時、接收波首波的波幅以及接收波主頻等參數(shù)。超聲脈沖信號在混凝土的傳播過程中因發(fā)生繞射、折射、多次反射及不同的吸收衰減,使接收信號在混凝土中傳播的時間、振動幅度、波形及主頻等發(fā)生變化,這樣接收信號就攜帶了有關(guān)傳播介質(zhì)(即被測樁身混凝土)的密實缺陷情況、完整程度等信息。先用平測法進行普測,如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,采用加密間距或斜測方法進行細測。根據(jù)混凝土聲速統(tǒng)計之中的離散性來確定混凝土均勻性級別;樁身混凝土的完整性是根據(jù)聲速、波幅是否小于臨界值、PSD~深度是否明顯變化來綜合判斷[1]。
聲測管是徑向換能器的通道,管材一般選用鋼管,安裝和連接方便,受環(huán)境影響小且可代替部分鋼筋。聲測管的埋設數(shù)量由受檢樁樁徑d大小決定,不同的規(guī)范對此的規(guī)定一般稍有區(qū)別,中華人民共和國行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ 106-2014中規(guī)定:d≤800mm,不少于2根;800mm<d≤1600mm,不少于3根;d>1600mm,不少于4根。上海市工程建設規(guī)范《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》DGJ08-218-2003中規(guī)定:d≤800mm,宜對稱埋2根;800mm<d≤2000mm,宜埋3根,按等邊三角形布置;d>2000mm,宜埋4根,按正方形布置。聲測管應焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè),且檢測管之間應相互平行,底部和接頭位置應嚴格密封,保證管外泥漿在1MPa壓力下不會滲入管內(nèi)[2]。
超聲波透射法檢測混凝土灌注樁可分為三種方式:平測、斜測、扇形掃測。平測是最常用的方式,檢測時把發(fā)射、接收換能器分別置于聲測管底部,然后按一定的間距(一般為10cm)同步提升換能器,每提升一次進行一次測試,根據(jù)測點聲波信號的時程曲線,讀取聲時、首波幅值,根據(jù)接收波形聲時、波幅和主頻等聲學參數(shù)的相對變化及實測波形的形態(tài),就可以對有效檢測范圍內(nèi)的混凝土質(zhì)量進行評判。測量時,聲波發(fā)射電壓和儀器設置參數(shù)應保持不變。
當對平測發(fā)現(xiàn)的異常點,如需進一步細測,還可以進行斜測和扇形掃測,以查明缺陷部位和范圍。
斜測法是讓發(fā)、收換能器保持一定的高差,在聲測管內(nèi)以相同步長同步升降進行測試。這種測試有利于發(fā)現(xiàn)樁身的水平狀缺陷,如橫截面斷裂。由于徑向換能器在垂直面上存在指向性,斜測時,發(fā)、收換能器水平測角不應大于30°。
扇形掃測是發(fā)射或接收換能器固定在某高程不動,另一只換能器逐點移動,測線呈扇形分布,以查明樁身局部缺陷的分布狀況。由于扇形測量時各測點測距及角度不同,測點間只能采用換算的波速值進行比較,而波幅因與測距及方位角有關(guān)且非線性,各測點間沒有相互可比性。采用扇形掃測時,兩個換能器中點連線的水平夾角不宜大于40°。
采用超聲波透射法檢測樁身完整性時,受檢樁混凝土強度至少達到設計強度的70%,且不小于15MPa,主要是考慮聲波法完整性檢測不涉及強度的問題,也不會因檢測導致樁身混凝土強度降低或破壞,混凝土內(nèi)部缺陷一般也不會因時間的增長而明顯改善,且對各種聲學參數(shù)的判別采用的是相對比較法。
試驗前應在聲測管內(nèi)灌滿清水,聲測管管頂高度應達到基樁面上。并用探錘進行通管,確保聲測管無堵管、卡管現(xiàn)象發(fā)生[3]。
奉賢某橋梁,基樁采用Φ800mm鉆孔灌注樁,樁身混凝土設計強度為水下C30,設計樁長:臺40m,墩43m,持力層為⑦2-1灰黃色粉砂層。設計要求聲測管埋置比例為100%,低應變和超聲波透射法檢測比例各為50%。圖1為2-3#樁的低應變實測曲線:
圖1 2-3#樁低應變實測曲線
從低應變檢測時域曲線來看,樁身基本看不出有什么缺陷,樁身較長無法檢測到樁底反射波屬正?,F(xiàn)象,根據(jù)上海市《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》DGJ08-218-2003可判為Ⅰ類樁。但根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理的反饋,此根樁懷疑施工質(zhì)量有問題,希望我們綜合測試一下??紤]到樁長43m,長徑比為53.75,而上海市《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》DGJ08-218-2003規(guī)定低應變動測法40m以上的長樁宜按長徑比不大于50控制,從實際檢測經(jīng)驗來看,對于30m以上的樁,基本上只能檢測出上部缺陷,中下部缺陷因為低應變激振能量有限,往往應力波尚未返回樁頂前,其能量已完全衰竭,無法對整根樁的完整性做出評價??紤]到該工程已經(jīng)100%預埋聲測管,對該樁進行超聲波法檢測,測得曲線如下:
圖2 2-3#樁超聲波實測曲線
從實測曲線來看,3個剖面基本上都在同一深度部位(31.20m~31.80m)出現(xiàn)波幅和聲速明顯異常,PSD值也有突變。其他部位的波幅和聲速都在正常范圍之內(nèi)。根據(jù)上海市《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》DGJ08-218-2003[4]可判為Ⅲ類樁,查閱施工記錄發(fā)現(xiàn)當時澆注到此部位的時候,混凝土等待時間過長,在重新澆注混凝土時硬拔過導管。3個剖面的平均波速在3.934~4.042km/s,對于水下C30混凝土,波速在正常范圍之內(nèi)。
奉賢某橋梁,基樁采用Φ1000mm鉆孔灌注樁,樁身混凝土設計強度為水下C30,設計樁長:臺30m,墩33m,樁端進入⑦2粉砂層,其中1-9#樁低應變曲線如下:
圖3 1-9#樁低應變實測曲線
從低應變檢測時域曲線來看,6.5m左右位置有明顯缺陷反射波,從其他樁的低應變檢測曲線來看,都為Ⅰ類和Ⅱ類樁。為了進一步判明該樁缺陷的嚴重程度,對該樁進行超聲波透射法檢測,超聲波實測曲線如下:
圖4 1-9#樁超聲波實測曲線
從超聲波曲線來看,6.5m左右位置處波速和波幅都在正常范圍之內(nèi),與低應變的結(jié)論差距比較大。經(jīng)過加密檢測、斜測和扇形掃測,都發(fā)現(xiàn)波幅和聲速無異常。經(jīng)過各方會商,同意進行高應變檢測,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)樁身在6.5m左右位置處的缺陷程度一般,擬合后的承載力也符合設計要求。綜合分析,聲測管3個剖面之間的混凝土質(zhì)量應該沒什么問題,鑒于低應變曲線顯示6.5m處缺陷反應明顯,估計可能在6.5m處樁身截面變小或聲測管外周混凝土質(zhì)量較差。
對灌注樁的檢測,超聲波透射法可對樁長范圍內(nèi)的各個截面的樁身質(zhì)量情況進行檢測,且不受長徑比和樁長的限制。缺點是需要預埋聲測管,且只能對聲測管剖面之間的混凝土質(zhì)量進行檢測,對聲測管外周的混凝土質(zhì)量檢測有其局限性。對有疑問的灌注樁,一定要綜合考慮其他檢測方法,或高應變,或鉆芯,并查詢地質(zhì)勘查報告和施工記錄,綜合參考相近地質(zhì)條件下的其他樁的質(zhì)量情況,對疑問樁要慎之又慎,不僅需要考慮樁身完整性,也需要考慮單樁承載力。
參考文獻
[1] 陳凡,徐天平,陳久照,等.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003:33.
[2] JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.
[3] DGJ08-11-2010.地基基礎設計規(guī)范[S].上海:上海市城鄉(xiāng)建設和交通委員會,2010.
[4] DGJ08-218-2003.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程[S].上海:上海市建設和管理委員會,2003.
作者簡介
沈鴻渠(1985-),男,浙江上虞人;現(xiàn)就職單位:上海建耘建設工程檢測有限公司,研究方向:基樁檢測,基坑監(jiān)測,主體結(jié)構(gòu)非破損檢測。