彭 超，李學(xué)文

(廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，廣東 廣州 510800)

1 引 言

樁基礎(chǔ)是一種廣泛使用的基礎(chǔ)形式，能有效提高地基承載力，減少建筑物沉降。既有樁基在長(zhǎng)期使用后，受復(fù)雜地質(zhì)條件、自然災(zāi)害和人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種缺陷，需對(duì)既有樁基進(jìn)行檢測(cè)、重新評(píng)估樁基質(zhì)量[1]。

樁基檢測(cè)主要目的是判別樁身完整性和承載力，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要有鉆芯法、高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、靜載試驗(yàn)法等[1]。近年來(lái)，孔旁透射波法、管波探測(cè)法、聲波CT、電磁波CT等方法亦逐步應(yīng)用于樁基檢測(cè)中[2-8]。

本文將管波探測(cè)法、孔旁地震透射波法、鉆芯法綜合應(yīng)用于某高速公路橋梁樁基檢測(cè)，對(duì)管波探測(cè)法、單孔地震透射波法、鉆芯法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

2 工程概況

由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，某高速公路橋梁樁基存在一定病害。待檢橋梁為旱橋，橋墩柱體周邊為平地，具備良好的檢測(cè)場(chǎng)地條件。該橋梁的橋墩為工字型、王字形多樁承臺(tái)形式，承臺(tái)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40。基樁為鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，直徑為1 200 mm。

3 檢測(cè)方法技術(shù)

3.1 鉆芯法

鉆芯法是一種直觀的樁基檢測(cè)方法，能有效查明樁基的完整性、樁底沉渣厚度、持力層的完整性。鉆芯法對(duì)查明大面積的混凝土離析、疏松、夾泥、空洞等缺陷比較有效，但對(duì)局部缺陷和水平裂縫等判別不夠精確[9]。因此鉆芯法常與其他檢測(cè)方法結(jié)合使用。本次鉆芯法采用XY-1型鉆機(jī)，在現(xiàn)狀地面待檢樁基的中心開(kāi)始鉆探。

3.2 管波探測(cè)法

管波探測(cè)法是在鉆孔中利用“管波”這種特殊的彈性波，探測(cè)孔旁一定范圍內(nèi)地質(zhì)體的孔中物探方法。管波在孔液和孔壁外一定范圍內(nèi)沿鉆孔軸向傳播，具有能量強(qiáng)、衰減慢、傳播速度與孔液縱波波速相當(dāng)?shù)忍卣鳌Ｔ诳讖阶兓?、孔底和孔液表面處、任何波阻抗變化處都將產(chǎn)生反射。在鉆孔周?chē)膱A柱狀空間，波阻抗的變化必定是由鉆孔旁側(cè)的巖性差異、不良地質(zhì)體的存在造成的，因而可通過(guò)分析反射管波來(lái)確定鉆孔旁側(cè)是否存在巖性差異及不良地質(zhì)體。

管波探測(cè)法已成熟應(yīng)用于巖溶地區(qū)樁位巖溶探測(cè)，能有效查明孔旁直徑2 m范圍內(nèi)的巖溶、溶蝕裂隙、節(jié)理裂隙、軟弱夾層的發(fā)育分布情況，評(píng)價(jià)嵌巖樁基樁持力層的完整性[10-14]。目前亦有將管波探測(cè)法成功應(yīng)用于混凝土灌注樁樁身完整性檢測(cè)的實(shí)例，通過(guò)分析管波時(shí)間剖面即可判定樁身的完整性、樁底持力層是否存在空洞、軟弱夾層,并確定缺陷的頂?shù)咨疃萚5,6]。

圖1 管波探測(cè)法工作示意圖

管波探測(cè)采用一發(fā)一收、固定收發(fā)距的測(cè)量裝置，探測(cè)時(shí)從下至上進(jìn)行，同步提升發(fā)射、接收探頭。本次檢測(cè)管波探測(cè)法在鉆芯孔中實(shí)施，采用廣州量米勘探科技有限公司研制的TTS3型管波探測(cè)儀，收發(fā)探頭間距為0.6 m，探測(cè)點(diǎn)距為5 cm。

管波探測(cè)法根據(jù)管波直達(dá)波、反射波和續(xù)至波能量的強(qiáng)弱和波組的連續(xù)性，參照《城市工程地球物理探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(CJJ/T7-2017)》將樁身混凝土解釋為完整混凝土、輕微缺陷混凝土、一般缺陷混凝土、嚴(yán)重缺陷混凝土。

3.3 孔旁透射波法

孔旁透射波法又稱平行地震波法(Paraller Seismic Test)，是一種有效的檢測(cè)既有建筑物基樁長(zhǎng)度、基樁完整性的方法。該方法是在與待測(cè)基樁相連的既有建筑結(jié)構(gòu)上激發(fā)彈性波，在鉆孔中觀測(cè)透射波，來(lái)探測(cè)、檢測(cè)建筑基礎(chǔ)和基樁。

本次孔旁透射波法在鉆芯孔內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試采用Geometrics公司生產(chǎn)的Geode地震儀和廣州量米勘探科技有限公司研制的CH3R型高靈敏度多道水聽(tīng)器。測(cè)試時(shí)，先將高靈敏度多道水聽(tīng)器編織成道間距0.5 m的水聽(tīng)器鏈，將水聽(tīng)器鏈沉放至孔底，在立柱上用小錘激振，每次激振記錄一張地震記錄。記錄采樣間隔20.833μm，記錄長(zhǎng)度32 ms。按0.1 m間距提升水聽(tīng)器鏈，逐點(diǎn)測(cè)試，至將水聽(tīng)器鏈提至孔口為止。

數(shù)據(jù)分析時(shí)將原始地震記錄抽成道距0.1 m的時(shí)間剖面，根據(jù)透射波的視速度、振幅、頻率等特征判定基樁的完整性。

圖2 孔旁透射波法工作示意圖

4 結(jié)果分析

本文以編號(hào)為A4-C1、A4-D2的兩樁為例，分析鉆芯法、管波探測(cè)法、孔旁透射波法檢測(cè)結(jié)果。

4.1 A4-C1樁

圖3(a)～圖3(c)分別為A4-C1樁芯樣照片、管波探測(cè)法檢測(cè)成果、孔旁透射波法檢測(cè)成果。

4.1.1 鉆芯法

如圖3(a)所示，鉆芯法揭露0～2.6 m為回填粉質(zhì)黏土、塊石。2.6～4.3 m為承臺(tái)混凝土，膠結(jié)良好，粗細(xì)骨料分布均勻，鉆遇鋼筋，與樁頂接觸良好。4.3～11.44 m為樁身混凝土、膠結(jié)良好，粗細(xì)骨料分布均勻，11.44 m處芯樣較破碎。11.44～14.83 m為微風(fēng)化砂礫巖。

4.1.2 管波探測(cè)法

如圖3(b)所示，0.0～2.6 m段管波直達(dá)波能量微弱，管波法解釋該段為土層，與鉆芯法揭露的粉質(zhì)黏土、塊石層深度范圍吻合。2.6～4.3 m段管波直達(dá)波能量強(qiáng)、波速穩(wěn)定，承臺(tái)頂界面的反射波在層內(nèi)傳播，能量強(qiáng)、速度高。管波法解釋該段為完整混凝土。鉆芯法揭露承臺(tái)底埋深為4.3 m，管波成果圖中，深度4.3 m處直達(dá)波速度高、無(wú)明顯反射波組，表明該處承臺(tái)底與樁頂接觸良好。4.3～11.0 m段管波直達(dá)波速度高、能量穩(wěn)定，解釋為完整混凝土。11.0～11.4 m段管波直達(dá)波能量較弱，該段頂?shù)捉缑娲嬖诿黠@的上行、下行反射波組，該段解釋為一般缺陷混凝土，與鉆芯法揭露的11.44 m處芯樣破碎情況吻合。11.4～14.2 m段管波直達(dá)波速度高、能量穩(wěn)定，鉆芯法揭露該段為微風(fēng)化砂礫巖，管波法解釋為完整基巖段。

4.1.3 孔旁透射波法

如圖3(c)所示，0.0～2.4 m段直達(dá)波視速度低、頻率低，波組明顯“下陷”，為土層段。2.4～4.5 m段直達(dá)波視速度高，頻率高，能量強(qiáng)，為承臺(tái)混凝土段。4.5～10.7 m段直達(dá)波能量強(qiáng)、視速度高(約為3 900 m/s)，視速度、頻率較填土層高、較承臺(tái)段低，為樁身混凝土段。據(jù)此可區(qū)分承臺(tái)、樁身的深度范圍。10.7～11.2m段直達(dá)波能量明顯變?nèi)酰以?1.2 m處存在明顯的上行反射波組，與鉆芯法和管波探測(cè)法揭露的缺陷基本吻合。11.2～14.6 m段直達(dá)波能量較強(qiáng)、視速度較高(約為3 000 m/s)，為基巖段，在深度14 m處存在明顯的波速分界面，這與管波解釋成果中深度14.1 m處上行反射波組吻合。

圖3 A4-D2樁綜合檢測(cè)成果

圖3 A4-C1樁綜合檢測(cè)成果

A4-C1樁鉆芯法揭露深度11.44 m芯樣破碎；管波探測(cè)法、孔旁透射波法分別于深度11.0～11.4 m、10.7～11.2 m發(fā)現(xiàn)缺陷。該缺陷于三種檢測(cè)方法均有明顯反映，且深度范圍基本吻合。

4.2 A4-D2樁

圖4(a)～圖4(c)分別為A4-D2樁芯樣照片、管波探測(cè)法檢測(cè)成果、孔旁透射波法檢測(cè)成果。

4.2.1 鉆芯法

如圖4(a)所示，鉆芯法揭露該孔0～2.5 m為回填粉質(zhì)黏土、塊石。2.5～4.4 m為承臺(tái)混凝土，膠結(jié)較好，粗細(xì)骨料分布均勻，鉆遇鋼筋，與樁頂接觸良好。4.4～10.96 m為樁身混凝土，膠結(jié)良好，粗細(xì)骨料分布均勻。10.96～15.17 m為微風(fēng)化砂礫巖。樁底0.3 m基巖破碎，夾泥質(zhì)物。

4.2.2 管波探測(cè)法

如圖4(b)所示，0.0～2.4 m管波直達(dá)波能量微弱，管波解釋該段為土層，與鉆芯法揭露的粉質(zhì)黏土、塊石層深度范圍吻合。2.4～4.4 m段管波直達(dá)波能量強(qiáng)、波速穩(wěn)定，承臺(tái)頂界面的反射波在層內(nèi)傳播，能量強(qiáng)、速度高。管波法解釋該段為完整混凝土段。鉆芯法揭露承臺(tái)底埋深為4.4 m，管波成果圖中，深度4.4 m處直達(dá)波速度高、無(wú)明顯反射波組，表明該處承臺(tái)底與樁頂接觸良好。4.4～11.1 m段管波直達(dá)波速度高、能量穩(wěn)定，解釋為完整混凝土。11.1～12.1 m段管波直達(dá)波能量微弱，管波探測(cè)時(shí)間剖面表現(xiàn)為“空白”。管波法解釋該段為樁底破碎基巖段，存在嚴(yán)重缺陷，與鉆芯法揭露的10.96～11.26段巖芯破碎情況基本吻合。管波解釋的該段缺陷長(zhǎng)度達(dá)1 m，大于鉆芯法揭露的范圍。12.1～13.6 m段管波直達(dá)波速度高、能量穩(wěn)定，解釋為完整基巖段。

4.2.3 孔旁透射波法

如圖4(c)所示，0.0～2.5 m段直達(dá)波視速度低、頻率低，波組明顯“下陷”，為土層段。2.5～4.0 m段段直達(dá)波視速度高，頻率高，能量強(qiáng)，為承臺(tái)混凝土段。4.0～10.6 m段直達(dá)波能量強(qiáng)、視速度高(約為4 300 m/s)，視速度、頻率較填土層高、較承臺(tái)段低，為樁身混凝土段。據(jù)此可區(qū)分承臺(tái)、樁身的深度范圍。10.6～12.6 m段直達(dá)波能量明顯變?nèi)?，且?1 m處存在明顯的上行、下行反射波組，與鉆芯法和管波探測(cè)法揭露的缺陷吻合。12.6～13.5 m段直達(dá)波能量較強(qiáng)、視速度較高(約為3 200 m/s)，為基巖段。

A4-D2樁鉆芯法揭露深度10.96～11.26 m樁底巖芯破碎；管波探測(cè)法、孔旁透射波法分別于深度11.1～12.1 m、10.6～12.6 m發(fā)現(xiàn)缺陷。該缺陷于三種檢測(cè)方法均有明顯反映，且深度范圍基本吻合。

4.3 綜合分析

對(duì)比分析A4-C1、A4-D2樁的檢測(cè)結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)三種方法對(duì)基樁缺陷均有明顯的反映。鉆芯法可直觀反映基樁的質(zhì)量，但鉆芯法探測(cè)范圍僅限于鉆芯孔，無(wú)法總體判定鉆芯孔周邊基樁的質(zhì)量。管波探測(cè)法可全面有效查明整個(gè)基樁的質(zhì)量、準(zhǔn)確判定缺陷的位置及程度。由于管波探測(cè)法的探測(cè)范圍是以探測(cè)孔為中心、直徑為2 m的空間，管波探測(cè)法查明的缺陷范圍往往較鉆芯法揭露的缺陷范圍偏大?？着缘卣鹜干洳ǚㄍㄟ^(guò)分析透射波的速度、振幅、頻率等特征，可有效區(qū)分承臺(tái)、樁身的深度范圍，可定性判別基樁缺陷的位置及程度。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文將管波探測(cè)法、孔旁透射波法和鉆芯法綜合應(yīng)用于既有樁基檢測(cè)。三種方法均適宜檢測(cè)既有樁基的完整性，各方法查明的缺陷位置及深度范圍基本吻合。三種檢測(cè)方法各有特點(diǎn)：①鉆芯法可直觀地判定樁基質(zhì)量，但探測(cè)范圍較小，無(wú)法總體判定鉆芯孔周邊樁基的質(zhì)量；②管波探測(cè)法須在鉆芯孔中實(shí)施，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)即可判定檢測(cè)結(jié)果，可準(zhǔn)確、全面判定樁基質(zhì)量，并準(zhǔn)確測(cè)定缺陷的位置及程度;③孔旁地震透射波法須在鉆芯孔中實(shí)施，可有效區(qū)分承臺(tái)、樁身的深度范圍，可定性判別基樁缺陷的位置及程度;綜合三種檢測(cè)方法的特點(diǎn)，鉆芯法與管波探測(cè)法的組合應(yīng)為同類工程的最佳檢測(cè)方案。