吳騰輝

（廣州仲恒房屋安全鑒定有限公司）

0 引言

樁基由樁身與樁頂承臺(tái)組成的深基礎(chǔ)或者由柱與樁基連接的單樁基礎(chǔ)，通常情況下樁身較長且埋于土體中，屬于隱蔽的地下基礎(chǔ)工程。樁基主要承受上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載，因而樁基質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系著上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及安全，因此對(duì)樁基進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測(cè)具有重要意義，樁基檢測(cè)主要包括承載力檢測(cè)和樁身完整性檢測(cè)[1]。

《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]中明確了樁身完整性的檢測(cè)方法主要有鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法，工程研究人員根據(jù)規(guī)范中提及的檢測(cè)方法對(duì)樁基完整性展開了豐富的研究。董承全[3]、錢芬芳[4]等研究表明每種檢測(cè)方法具有其局限性，采用多種檢測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性；蔡杰龍[5]等基于工程實(shí)例對(duì)比分析并綜合評(píng)價(jià)了鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法，結(jié)果表明四種方法各有優(yōu)勢(shì)，在工程實(shí)際中應(yīng)根據(jù)基樁的特點(diǎn)、要求和試驗(yàn)條件科學(xué)合理的選擇檢測(cè)方法。本文在文獻(xiàn)閱讀的基礎(chǔ)上，闡述了鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法檢測(cè)樁基完整性的原理，并歸納了各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)工程案例探討了不同檢測(cè)方法的差異性，最后對(duì)樁基完整性檢測(cè)方法的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 樁基完整性檢測(cè)方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 鉆芯法

鉆芯法屬于局部破損檢測(cè)方法，其做法是利用鉆機(jī)設(shè)備從樁基中鉆取芯樣，直接反映樁身的情況。鉆芯取樣過程雖基本不受試驗(yàn)場(chǎng)地的限制，但鉆機(jī)設(shè)備的垂直度對(duì)取樣的成功與否起到至關(guān)重要的作用，因此在安裝鉆機(jī)設(shè)備時(shí)需保持周正、穩(wěn)固以及底座水平，試驗(yàn)時(shí)需要時(shí)刻關(guān)注鉆芯孔與樁體的偏離情況，若發(fā)生偏離應(yīng)立即停機(jī)并進(jìn)行垂直度校準(zhǔn)。

鉆芯法具有以下優(yōu)點(diǎn)[6-8]：

⑴能夠客觀、準(zhǔn)確的反映混凝土灌注樁的樁身完整性、樁長、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度、骨料分布、樁端持力層等多方面狀況，有助于對(duì)灌注樁進(jìn)行全面、直觀地觀察與分析；

⑵可以利用鉆探孔對(duì)樁基進(jìn)行灌漿增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)處理，提升樁身混凝土的強(qiáng)度。

另一方面，鉆芯法具有以下缺點(diǎn)[5-8]：

⑴鉆芯取樣需要的時(shí)間比較長，在一定程度上會(huì)影響工程進(jìn)度，而且檢測(cè)成本相對(duì)較高；

⑵鉆芯法適用于灌注樁，在使用范圍上也具有一定的局限性；

⑶取芯位置、芯樣直徑、芯樣數(shù)量等選擇不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致樁身中缺陷沒有被檢測(cè)到，因而不能準(zhǔn)確反映樁基完整性的實(shí)際狀況。

1.2 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法的基本原理是反射波法，建立在一維波動(dòng)理論基礎(chǔ)上。將樁假設(shè)為彈性連續(xù)桿，在樁頂采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振的方式使其發(fā)生豎向激振產(chǎn)生彈性波并沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身出現(xiàn)顯著變異的界面，如斷樁、離析、樁底等，或者樁身截面面積發(fā)生明顯變化的部位，如縮徑、擴(kuò)徑等，此時(shí)波阻抗將有明顯變化，產(chǎn)生反射波并傳遞到樁頂。與此同時(shí)，安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鲗⑹占姆瓷洳▊鬟f至檢測(cè)儀中進(jìn)行分析計(jì)算，判斷樁身缺陷的位置。采用低應(yīng)變法進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)的示意圖如圖1 所示。

圖1 低應(yīng)變法檢測(cè)示意圖

低應(yīng)變法具有以下優(yōu)點(diǎn)[6-8]：

⑴設(shè)備輕便易攜帶，操作簡單，理論模型成熟；

⑵檢測(cè)速度快，效率高，有助于對(duì)樁基進(jìn)行大面積檢測(cè)，而且檢測(cè)費(fèi)用低。

同時(shí)，低應(yīng)變法具有以下缺點(diǎn)[6-9]：

⑴檢測(cè)結(jié)果受樁身缺陷的尺寸效應(yīng)和幾何形狀的影響，容易對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成誤判；

⑵只能對(duì)樁身缺陷程度作定性判斷，無法達(dá)到精確定量的程度；

⑶不能全面、準(zhǔn)確地反映出樁身缺陷的具體位置，容易發(fā)生漏檢、誤檢等情況，無法檢測(cè)樁底的沉渣。

1.3 高應(yīng)變法

高應(yīng)變法與低應(yīng)變法的原理類似，同樣是建立在波動(dòng)理論的基礎(chǔ)上。假設(shè)樁身是一維均質(zhì)線彈性桿體并且破壞發(fā)生在樁土界面處，利用錘擊系統(tǒng)在樁頂施加豎向瞬時(shí)沖擊荷載，使樁體產(chǎn)生顯著的加速度與慣性力，樁身與土體的界面處在沖擊荷載作用下產(chǎn)生相對(duì)位移，使樁側(cè)摩阻力得到充分發(fā)揮，同時(shí)樁端阻力也得到激發(fā)。另一方面，在靠近樁頂處樁身的兩側(cè)對(duì)稱裝有傳感器，用于接收錘擊響應(yīng)信號(hào)（樁身應(yīng)變應(yīng)力曲線、樁身質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度曲線），通過分析響應(yīng)信號(hào)判斷樁身的完整性以及計(jì)算單樁的承載力。檢測(cè)儀器如圖2 所示，高應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性的示意圖如圖2 所示。

圖2 高應(yīng)變法檢測(cè)示意圖

高應(yīng)變法具有以下優(yōu)點(diǎn)[6-8]：

⑴由于重錘的沖擊能量大，能夠檢測(cè)出樁身深部以及樁底存在的缺陷；

⑵在檢測(cè)樁身完整性的同時(shí)可測(cè)試單樁承載力。

另一方面，高應(yīng)變法具有以下缺點(diǎn)[6-8]：

⑴重錘質(zhì)量大，操作較為困難，檢測(cè)效率低且檢測(cè)費(fèi)用高；

⑵錘擊系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)地要求高，通常需要大型起重設(shè)備進(jìn)行配合工作。

1.4 聲波透射法

聲波透射法是利用預(yù)埋在混凝土灌注樁中的聲測(cè)管之間發(fā)射并接收聲波，根據(jù)波的傳播理論，聲波在樁身混凝土中遇到如斷樁、擴(kuò)徑、縮徑、空洞等有缺陷的部位，聲波在傳播過程中會(huì)發(fā)生反射、折射、投射等現(xiàn)象，聲波可將缺陷信號(hào)傳遞至檢測(cè)儀中。通過收集聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時(shí)、聲速、波幅和主頻等參數(shù)結(jié)果，利用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算并繪制曲線圖，從而對(duì)樁身完整性展開分析，判定樁身缺陷的程度以及相應(yīng)位置，檢測(cè)示意圖如圖3 所示。為準(zhǔn)確判斷缺陷的位置，在樁身可疑處可采取加密檢測(cè)，或采取斜測(cè)、扇形掃測(cè)等手段，如圖4 所示。

圖3 聲波透射法檢測(cè)示意圖

圖4 聲波透射法三種檢測(cè)方法

超聲波透射法具有以下優(yōu)點(diǎn)[6-8]：

⑴檢測(cè)細(xì)致、準(zhǔn)確性高，能夠判定樁身缺陷的大小以及具體位置；

⑵不受樁身尺寸以及樁長的限制，對(duì)縱向缺陷反應(yīng)強(qiáng)烈，樁身中的多處缺陷不相互影響，避免發(fā)生漏測(cè)、誤測(cè)現(xiàn)象。

另一方面，超聲波透射法具有以下缺點(diǎn)[5-8]：

⑴需要提前預(yù)埋聲測(cè)管，對(duì)施工造成不便，對(duì)安裝工藝要求嚴(yán)格；

⑵僅對(duì)聲測(cè)剖面范圍內(nèi)有效，不具有隨機(jī)性。

2 不同檢測(cè)方法的對(duì)比分析

2.1 聲波透射法、低應(yīng)變法與鉆芯法

文獻(xiàn)[4]以福建省某工程中沖孔灌注樁為例，依次采用聲波透射法、低應(yīng)變法以及鉆芯法檢測(cè)樁身完整性。檢測(cè)人員根據(jù)聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該灌注樁的樁身有明顯的缺陷，判定樁底存在離析現(xiàn)象，但采用低應(yīng)變法進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該樁沒有缺陷反射信號(hào)，由于兩種檢測(cè)結(jié)果存在的較大差異，檢測(cè)人員采用鉆芯法進(jìn)行取樣分析，結(jié)果與聲波透射法檢測(cè)結(jié)果相符，樁身底部發(fā)生離析現(xiàn)象。

文獻(xiàn)[5]以某工程中混凝土灌注樁為例，分別采用低應(yīng)變法和聲波透射法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)人員根據(jù)低應(yīng)變法的實(shí)測(cè)曲線判斷該樁有輕微缺陷和輕微縮徑，而根據(jù)聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果卻只判斷出該樁僅有輕微缺陷，并未檢測(cè)出樁身具有輕微縮徑。但聲波透射法能夠準(zhǔn)確定位輕微缺陷的深度范圍，而低應(yīng)變法卻無法實(shí)現(xiàn)；另一方面，由于聲波透射法僅能識(shí)別聲測(cè)管內(nèi)部混凝土的缺陷，因此未能檢測(cè)出該灌注樁具有輕微縮徑。低應(yīng)變法判定該灌注樁為Ⅱ類樁，而聲波透射法則判定為Ⅳ類樁。

以上案例表明，低應(yīng)變法在檢測(cè)過程中由于應(yīng)力波能量的衰減，不利于對(duì)樁身底部缺陷的判定，同時(shí)對(duì)于樁身缺陷的判定不夠準(zhǔn)確，而聲波透射法對(duì)于樁身缺陷位置、范圍以及程度的判斷更加準(zhǔn)確，鉆芯法雖能夠直觀地展現(xiàn)樁身的狀況，但操作過程比較耗時(shí)且費(fèi)力，因此，對(duì)于樁身完整性的檢測(cè)宜優(yōu)先采用聲波透射法。

2.2 低應(yīng)變法與高應(yīng)變法

文獻(xiàn)[5]以某工程混凝土灌注樁為例，分別采用低應(yīng)變法和高應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)人員根據(jù)檢測(cè)的曲線結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低應(yīng)變法檢測(cè)出樁身的輕微缺陷出現(xiàn)在樁身淺部位置且樁底信號(hào)不明顯，而高應(yīng)變法則顯示輕微缺陷出現(xiàn)在樁身靠底部位置且樁底信號(hào)明顯。經(jīng)分析認(rèn)為此兩種檢測(cè)方法的測(cè)試原理雖相同，但錘擊能量與頻率不同，低應(yīng)變法的錘擊能量低但頻率高，更容易檢測(cè)出淺部微小缺陷，而高應(yīng)變法的錘擊能量高、頻率低，因此容易忽略淺部微小缺陷。此外，低應(yīng)變法為單通道信號(hào)傳感器而高應(yīng)變法為多通道信號(hào)傳感器，力通道與速度通道的信號(hào)特征相反，可相互補(bǔ)充輔助分析，提檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 樁基完整性檢測(cè)方法的發(fā)展與展望

鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法作為檢測(cè)樁基完整性的常規(guī)方法，每種方法都有其各自的優(yōu)勢(shì)，但也存在不足之處，操作不當(dāng)容易對(duì)樁基完整性產(chǎn)生誤判。為提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，一方面需要科研院所的研究人員加大對(duì)檢測(cè)儀器的研發(fā)，提升傳感器件的性能，以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、科學(xué)性，此外還應(yīng)對(duì)各種檢測(cè)方法的理論模型進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性；另一方面，檢測(cè)人員應(yīng)熟練掌握每種檢測(cè)方法，能夠根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的檢測(cè)方法，靈活運(yùn)用不同檢測(cè)方法，制定科學(xué)合理的檢測(cè)方案，發(fā)揮不同檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)以確保樁基完整性檢測(cè)的順利進(jìn)行，此外檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)結(jié)果應(yīng)具有較強(qiáng)的分析判斷能力，能夠給出準(zhǔn)確、全面的樁基完整性評(píng)價(jià)報(bào)告[10-12]。

4 結(jié)論

本文闡述了鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)的基本工作原理以及各自優(yōu)缺點(diǎn)，并通過相關(guān)工程實(shí)例探討分析了不同方法檢測(cè)結(jié)果的差異性，主要得到以下結(jié)論：

⑴鉆芯法作為局部有損破壞檢測(cè)方法，取芯過程比較耗時(shí)、費(fèi)力、檢測(cè)效率較低，但是芯樣結(jié)果能較為直觀的反映混凝土灌注樁的實(shí)際情況；低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法屬于無損檢測(cè)方法，檢測(cè)效率相對(duì)較高，但是樁基完整性檢測(cè)結(jié)果不如鉆芯法直觀、準(zhǔn)確。

⑵幾種檢測(cè)方法擁有各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，但也存在不足之處，因此在進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況靈活選擇合適的檢測(cè)方法，制定科學(xué)的檢測(cè)方案，多種檢測(cè)方法的相互配合有助于提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

⑶為提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測(cè)人員應(yīng)熟練掌握各種檢測(cè)方法，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果具有較強(qiáng)的分析能力；相關(guān)科研院所加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)儀器的研發(fā)，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、科學(xué)性，研究人員對(duì)檢測(cè)方法的理論模型進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，提高數(shù)據(jù)的可靠性。