王飛

（鎮(zhèn)江市建科工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

樁基礎(chǔ)工程在施工過程中容易受到機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)環(huán)境、施工人員等因素影響，其工程質(zhì)量直接影響到其上部主體的穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的安全。因此，對樁基礎(chǔ)質(zhì)量進(jìn)行檢測是有效排除工程安全隱患的重要保障。常見的樁基檢測方法有聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變法和鉆芯法。從樁基工程的安全性、可靠性來看，需要綜合應(yīng)用多種檢測方法進(jìn)行評價和印證，以提高檢測質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)問題，減少工程隱患。

1 檢測原理

1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法是基于一維波動理論，檢測樁基時假定樁身為一維、均勻連續(xù)各向同性的彈性直桿件，且樁周土介質(zhì)均勻，土介質(zhì)對樁體的作用是沿樁身向的阻尼力作用。在檢測樁基時，用手錘敲擊樁頂，給樁一個脈沖力，這時樁身頂部會受到瞬態(tài)豎向激振而會產(chǎn)生豎向彈性應(yīng)力波，應(yīng)力波會沿樁身向下傳播，這時若出現(xiàn)樁底虛土、斷樁、沉渣或嚴(yán)重離析以及樁身截面積縮經(jīng)或擴(kuò)徑時，便會出現(xiàn)明顯波阻抗差異界面，產(chǎn)生反射波。通過濾波、數(shù)據(jù)處理，從而判斷出樁身各部位反射信息，據(jù)此得出該樁身是否完整或缺陷，以及缺陷的位置及程度等（圖1～3）。

圖1 低應(yīng)變法檢測樁基完整性示意

圖2 無缺陷典型低應(yīng)變法時域信號

圖3 有缺陷典型低應(yīng)變法時域信號

低應(yīng)變法并不能檢測到樁基的所有問題，例如，當(dāng)被檢測的樁身存在呈過渡性變化特點(diǎn)時便沒有較為明顯的界面變異，相關(guān)的缺陷信息便難以在低應(yīng)變法測得的曲線中看出。此外，若被檢測的樁周圍土層或巖介質(zhì)阻力太大，這時缺陷樁基本身發(fā)出的反射信號會被削弱或抵消，難以被檢測出。

1.2 聲波透射法

聲波透射法是基于聲波在被檢測的樁基中傳播過程中是否會出現(xiàn)透射、反射以及繞射等現(xiàn)象從而判斷樁基是否完整或存在缺陷的一種方法。具體而言，當(dāng)人工法發(fā)射出的超聲波在沒有缺陷、介質(zhì)均勻的樁基中傳播時波速正常，波形也完整，不會呈現(xiàn)出明顯的畸變現(xiàn)象（圖4）；當(dāng)樁基內(nèi)部存在斷裂、離析、空洞、夾泥等缺陷時，超聲波在有缺陷的樁基中傳播時波形就會受到較大影響，缺陷與混凝土之間形成界面會改變超聲波的傳播狀態(tài)（如出現(xiàn)反射、散射甚至繞射等情形），波形缺失或畸變，波速也會明顯低于正常值（圖5）。據(jù)此可以判斷出樁基是否存在缺陷。

圖4 無缺陷樁身聲波透射法實(shí)測波形

圖5 有缺陷樁身聲波透射法實(shí)測波形

1.3 低應(yīng)變法、聲波透射法應(yīng)用特點(diǎn)

從檢測原理分析看，低應(yīng)變法針對的是樁基的完整性檢測，通常是將激振點(diǎn)設(shè)置于樁中心，檢測時，將傳感器固定于距樁中心半徑2/3處。低應(yīng)變法檢測是通過樁身阻抗變化情況來定性判斷樁身是否在缺陷，以及缺陷的程度。對于存有缺陷的樁基缺陷方位、類型或缺陷范圍大小則難以判斷。此外，低應(yīng)變法檢測的結(jié)果常常受到檢測技術(shù)人員的技術(shù)水平、樁長、樁徑和場地條件的影響。低應(yīng)變法測試簡便，成本較低，檢測的結(jié)果可靠，但受到外界因素的干擾較大，當(dāng)被檢測的樁基存在多個缺陷時難以有效判別。

聲波透射法檢測細(xì)致準(zhǔn)確，受樁徑、樁長和場地等因素影響較小，但聲波透射法只能定性確定完整性，難以定量，且需要預(yù)埋聲測管，檢測程序較為繁瑣，成本也較高。此外，在實(shí)際檢測時，由于相關(guān)保護(hù)措施不到位，容易造成聲測管堵塞或傾斜，這些都極易造成檢測數(shù)據(jù)值變異或不完整。

基于低應(yīng)變法與聲波透射法的上述特點(diǎn)，單一采取某種檢測方法在樁基檢測過程中都會存在一定的局限性，無法全面反映被檢測樁基的實(shí)際情況。因此，在樁基完整性檢測時可選擇兩種檢測方法綜合應(yīng)用，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。例如，對于直徑大、樁身長的樁基應(yīng)100%預(yù)埋聲測管，做好聲測管的保護(hù)措施，防止堵塞或傾斜。對于少數(shù)聲測管堵塞或聲波穿透檢測出現(xiàn)異常情況時，選擇低應(yīng)變法進(jìn)行復(fù)測，從而綜合判斷樁基完整性及等級。而對于直徑小、樁身短的灌樁，可選擇部分預(yù)埋聲測管，以低應(yīng)變法檢測為主。低應(yīng)變法與聲波透射法綜合應(yīng)用能夠從整體角度和細(xì)節(jié)角度對樁基工程質(zhì)量進(jìn)行評價。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某高速公路橋梁工程，樁基為鉆孔灌注樁，樁基所承載的類型為摩擦樁，樁徑為1 000 mm，樁長分別為20.0 m，21 m,基樁混凝土強(qiáng)度等級為C30。根據(jù)鉆探和地質(zhì)勘查調(diào)繪，樁長范圍內(nèi)土層介質(zhì)分別為：①0～4 m 暖石；②3.5～6 m 粉土；③3.5～8 m 粉質(zhì)粘土夾雜雜砂；④3～10 m粉質(zhì)粘土；⑤9～13.5 m強(qiáng)風(fēng)化片麻巖。經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理方共同確定，依據(jù)規(guī)范要求采用低應(yīng)變法與聲波透射法進(jìn)行樁身質(zhì)量抽樣檢測。2.2檢測結(jié)果

對其中的3#號樁基按照檢測規(guī)范采用了聲波透射法和低應(yīng)變法進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖6～7所示。

圖6 樁基聲波透射法聲速-波幅-PSD曲線關(guān)系

圖7 樁基低應(yīng)變法測試波形

（1）聲波透射法

從圖6可以看出，通過聲波透射法檢測3#樁基，其波形變化來看，基樁1-2、1-3、2-3三個樁基的剖面均在6.5～8 m深度范圍內(nèi)出現(xiàn)了樁基缺陷信號，當(dāng)聲波波速低于3 000 m/s、波幅、PSD指標(biāo)都低于判斷標(biāo)準(zhǔn)，說明該樁身存在較大缺陷。取樁基芯進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該處全斷面裹夾著泥沙，導(dǎo)致樁基成為斷樁，對比標(biāo)準(zhǔn)判定為Ⅳ類樁（表1），需要立刻采取工程處理。

表1 低應(yīng)變法樁身完整性判別標(biāo)準(zhǔn)

（2）低應(yīng)變法

根據(jù)圖7所示，采取低應(yīng)變法檢測樁基的波形變化來看，在7.6 m處出現(xiàn)了反射波，說明該處存在較為嚴(yán)重的缺陷，并有二次反射，樁底反射信號無法測得，因此，可以判定該樁身存在缺陷，需取芯作進(jìn)一步驗(yàn)證。經(jīng)開挖取芯驗(yàn)證，此樁在7.5 m處有約40 cm縮頸。

3 結(jié)論與展望

（1）低應(yīng)變法易受到外在條件影響，尤其是樁基所在的地質(zhì)條件。在山區(qū)等樁身周邊有強(qiáng)度較大的巖石時，當(dāng)樁身長度短，長徑比難以達(dá)到低應(yīng)變法理論模型所需時，采取低應(yīng)變法難以準(zhǔn)確測得波形。這時，應(yīng)輔之以聲波透射法進(jìn)行檢測。

（2）低應(yīng)變法檢測樁基對淺層缺陷十分敏感，而聲波透射法則對聲測管外圍的缺陷難以檢測出來。

（3）聲波透射法易測得深度較深的樁基小缺陷，而低應(yīng)變法無法測出。

（4）聲波透射法檢測樁基時，需要結(jié)合PSD、波幅等判別方法，不能依據(jù)某單一參數(shù)確定樁身是否完整，以防止出現(xiàn)誤判。

（5）選擇低應(yīng)變法檢測時，應(yīng)預(yù)先做好樁頂整理，確保頂部沒有浮漿或積水，把傳感器或集振點(diǎn)的安放處要打破光滑，以減少外在因素對檢測結(jié)果的干擾；在使用粘接劑固定傳感器時，應(yīng)盡力減少粘接劑使用量，以實(shí)現(xiàn)傳感器不發(fā)生移動即可，防止因粘接劑過多使用而影響反射波信號，降低檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（6）選擇多個檢測點(diǎn)進(jìn)行檢測，有效波形要＞3個。

（7）預(yù)先分析樁基參數(shù)，基于分析結(jié)果來選擇合適的力棒或手錘，從降低其他介質(zhì)對檢測結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督檢測總站.工程樁質(zhì)量檢測技術(shù)培訓(xùn)教材[M]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]崔迪，聶鵬.低應(yīng)變法與聲波穿透法在樁基檢測中的綜合應(yīng)用研究[J]建材與裝飾，2015（11）：78-79.