陳育光

（廣州市市政工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510520）

0 引言

樁基礎(chǔ)屬于隱蔽工程， 如果施工質(zhì)量控制不當(dāng)，可能造成建筑物產(chǎn)生坍塌、開(kāi)裂等病害，甚至造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。如何選擇經(jīng)濟(jì)合理的檢測(cè)方法以判定樁基礎(chǔ)的缺陷，是檢測(cè)人員要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。因此，進(jìn)一步研究聲波透射法及鉆芯法在建筑樁基檢測(cè)中的應(yīng)用意義重大。

1 建筑樁基檢測(cè)原理分析

目前， 基樁完整性檢測(cè)常用的方法主要是聲波透射法和鉆芯法[2]。

1.1 聲波透射法檢測(cè)原理

1.1.1 超聲波聲學(xué)特性

超聲波是指頻率大于20 kHz 的聲波，其用于樁基檢測(cè)時(shí)所涉及的判定參數(shù)主要有聲速和聲幅。 其中聲速是樁基完整性檢測(cè)中的一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的參數(shù)，主要受波的類型、介質(zhì)、檢測(cè)對(duì)象的邊界條件等因素的影響。聲幅是反映混凝土材料性能衰減的參數(shù)， 且隨著聲波傳播距離的增加而減小。樁身某一點(diǎn)的相對(duì)聲幅值A(chǔ)x可按式⑴計(jì)算[3]。

式中：px—第x 個(gè)測(cè)點(diǎn)的首波波幅值；p0—基準(zhǔn)幅值。

1.1.2 超聲波檢測(cè)原理

探頭所發(fā)射的聲波會(huì)在發(fā)射端和接收端間形成聲場(chǎng)，當(dāng)樁基完整性好時(shí)，最短傳播路徑可視為發(fā)射探頭間的直線距離，再根據(jù)聲波在兩測(cè)管間的傳播聲時(shí)（需扣除系統(tǒng)延遲時(shí)間），即可計(jì)算出其傳播聲速；當(dāng)樁基內(nèi)部有斷裂、夾泥、離析等病害時(shí)，會(huì)破壞聲波傳播的連續(xù)性，聲波可能透過(guò)或繞過(guò)樁身缺陷傳播，使波速計(jì)算值偏小。此外，空氣和水的聲阻抗較小，聲波傳播過(guò)程中遇到蜂窩、空洞等中間有空氣的缺陷界面將產(chǎn)生反射現(xiàn)象，使得聲能衰減，聲波波幅降低。

1.2 鉆芯法檢測(cè)原理

鉆芯法是利用鉆機(jī)沿著建筑樁基內(nèi)側(cè)鉆取混凝土芯樣的一種巖芯鉆探技術(shù)，適用于大直徑的鉆孔灌注樁。 檢測(cè)人員根據(jù)芯樣的外觀、抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果等綜合判定樁身完整性。 相對(duì)于聲波透射法， 鉆芯法能更直觀的觀察樁基內(nèi)部的混凝土質(zhì)量，但是鉆芯法設(shè)備復(fù)雜、成本較高，會(huì)破壞樁體，且“以點(diǎn)代面”，取樣部位有限，盲區(qū)較大，易產(chǎn)生誤判或漏判。

2 建筑樁基檢測(cè)方案要點(diǎn)分析

2.1 聲波透射法檢測(cè)樁基的技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1 樁頭處理

在檢測(cè)前要將樁頂松散、破損的混凝土進(jìn)行鑿除，破出堅(jiān)硬混凝土面，并將樁頂外露的主筋切割掉，防止干擾正常波形。

2.1.2 聲測(cè)管設(shè)計(jì)

聲測(cè)管是徑向換能器的通道， 應(yīng)沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)對(duì)稱布置，并沿順時(shí)針?lè)较蛞来尉幪?hào)，如圖1 所示[4]。

圖1 建筑樁基聲測(cè)管布置示意

根據(jù)JGJ 106—2014 《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，建筑樁基內(nèi)聲測(cè)管布置數(shù)量取決于樁徑D。當(dāng)D≤0.80 m、0.8 m＜D≤1.6 m、1.6 m＜D≤2.5 m 時(shí)，樁基內(nèi)部應(yīng)分別至少布置2 個(gè)、3 個(gè)、4 個(gè)聲測(cè)管；如果樁徑超過(guò)2.5 m 時(shí)，應(yīng)增加聲測(cè)管數(shù)量。

此外，基樁檢測(cè)所選用聲測(cè)管的強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求， 以免混凝土灌注時(shí)擠壓聲測(cè)管變形，無(wú)法放入超聲波探頭。 目前，建筑基樁檢測(cè)常用的聲測(cè)管有鋼管、鋼波紋管、PVC 管等。 鋼管安裝方便，但價(jià)格較貴，一般用在大直徑灌注樁檢測(cè)中；鋼波紋管管壁薄、抗?jié)B性好、強(qiáng)度高，可直接綁扎在鋼筋籠主筋上， 在樁基檢測(cè)這種應(yīng)用最多；PVC 塑料管聲阻抗率較低，常用于小直徑灌注樁[5]。

2.1.3 標(biāo)定延遲時(shí)間

為了準(zhǔn)確計(jì)算聲波在聲測(cè)管之間的傳播聲時(shí)，需要對(duì)測(cè)定系統(tǒng)延遲時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，具體措施如下：①將發(fā)射、接收換能器平行地放入清水中；②不斷改變點(diǎn)源距離，測(cè)出相應(yīng)聲時(shí)，繪制時(shí)距曲線；③按式（2）計(jì)算聲時(shí)t。

式中：t0—時(shí)間軸截距，us；b—斜率，us/mm；l—換能器中心間距，mm。

2.1.4 樁基完整性判定方法

利用聲速判斷樁身缺陷時(shí)， 可使用低限值法，見(jiàn)式（3）。 需注意，該方法要求聲速測(cè)量值的波動(dòng)不大。

式中：Vi—第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速值，km/s；VL—聲速低限值，km/s。 當(dāng)滿足式（3）時(shí)，說(shuō)明該樁基第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)位置有缺陷。

當(dāng)測(cè)量振幅小于振幅臨界值時(shí)，樁身可能存在缺陷，具體計(jì)算方法見(jiàn)式（4）和（5）。

式中：n—測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)；AD、Am—分別為聲幅臨界值和聲幅平均值，dB；Ai—第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)聲幅值，dB。

PSD 判據(jù)建立了測(cè)線深度與時(shí)間線之間的函數(shù)關(guān)系。這表明：當(dāng)聲時(shí)發(fā)生變化，PSD 也將發(fā)生大幅變化。因此，PSD 判據(jù)對(duì)建筑樁基的缺陷較敏感，還可排除因聲測(cè)管不平行所引起的誤差。

2.2 鉆芯檢測(cè)樁基的技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 鉆孔數(shù)量和位置

鉆芯用于檢測(cè)樁基完整性時(shí)， 鉆孔數(shù)量應(yīng)根據(jù)樁徑D 確定。當(dāng)D＜1.2 m、1.2 m≤D≤1.6 m、D＞1.6 m，樁基應(yīng)分別至少鉆1～2 個(gè)孔、2 個(gè)孔、3 個(gè)孔。 如果鉆芯是為了對(duì)樁身質(zhì)量、檢測(cè)樁底沉渣或樁端持力層進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)時(shí)，每根受檢樁可只鉆1 個(gè)孔。

當(dāng)樁基鉆1 個(gè)孔，鉆孔位置宜距樁中心10～15 cm；當(dāng)樁基鉆孔數(shù)超過(guò)2 個(gè)， 鉆孔位置宜在距樁中心（0.15～0.25）D 的范圍內(nèi)對(duì)稱布置。

2.2.2 鉆進(jìn)要求

建筑樁基鉆芯時(shí)要保證鉆機(jī)設(shè)備穩(wěn)固、底座水平，在鉆芯過(guò)程中禁止發(fā)生傾斜、移位，鉆芯孔垂直度偏差≤0.5%。同時(shí)，每次鉆孔進(jìn)尺宜＜1.5 m，鉆至樁底時(shí)，宜采取減壓、慢速鉆進(jìn)等措施[6]。

2.2.3 芯樣抗壓強(qiáng)度

建筑樁基的鉆孔芯樣抗壓強(qiáng)度測(cè)定應(yīng)結(jié)合GB 75081—2019 《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，抗壓強(qiáng)度f(wàn)cor計(jì)算見(jiàn)式（6）。

式中：P—混凝土芯樣破壞荷載，N；d—試件直徑，mm。

3 建筑樁基檢測(cè)具體案例

3.1 工程概況

受業(yè)主委托，對(duì)廣州市白云區(qū)某建筑項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)進(jìn)行聲波透射法和鉆芯檢測(cè)，以確定樁基的完整性。 檢測(cè)工程樁的編號(hào)為73#，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)樁的設(shè)計(jì)施工資料

3.2 檢測(cè)結(jié)果分析

3.2.1 聲波透射法檢測(cè)結(jié)果

聲波透射法對(duì)73# 樁基的聲速和聲幅檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樁身質(zhì)量完整性檢測(cè)結(jié)果

3.2.2 鉆芯法檢測(cè)結(jié)果

鉆芯法的檢測(cè)結(jié)果判定， 該樁基完整性為Ⅰ類，混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度代表值為44.4 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；檢測(cè)樁長(zhǎng)與施工記錄一致；但樁底沉渣較厚，不滿足設(shè)計(jì)要求。

綜合73# 樁的鉆芯法檢測(cè)和聲波透射法檢測(cè)結(jié)果可知，兩種檢測(cè)方法對(duì)樁身缺陷位置的評(píng)判基本相符，均為樁底位置出現(xiàn)缺陷。 后經(jīng)反復(fù)排查，發(fā)現(xiàn)該樁清孔完成后，泵站供料不及時(shí)，使清孔間隔6 h 后才開(kāi)始灌注混凝土，導(dǎo)致泥漿出現(xiàn)沉積或孔壁泥土坍落在樁底，從而造成樁底沉渣過(guò)厚。 經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通，提出了樁底沉渣清孔、并注漿補(bǔ)強(qiáng)的處置方案。

4 結(jié)論

（1）超聲波檢測(cè)建筑樁基缺陷時(shí)，其判定參數(shù)有聲速、波幅及PSD。

（2）利用超聲波技術(shù)檢測(cè)樁基前要破樁頭，并按設(shè)計(jì)文件和現(xiàn)行規(guī)范要求埋設(shè)聲測(cè)管，并標(biāo)定系統(tǒng)延遲時(shí)間。

（3）鉆芯法檢測(cè)時(shí)要嚴(yán)格控制鉆孔數(shù)量、鉆孔位置、鉆孔垂直度，并利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度。

（4）技術(shù)人員應(yīng)從完整性、混凝土芯樣強(qiáng)度、樁底沉渣等方面綜合判定建筑樁基的使用性能，如存在不滿足設(shè)計(jì)要求的地方，應(yīng)及時(shí)查明原因，采取相應(yīng)的控制措施。