灌注樁低應變動力檢測方法及注意事項

劉亞興

（山西振興公路監理有限公司，山西 太原 030006）

鋼筋混凝土樁基礎是工程結構特別是橋梁工程中采用的主要基礎類型，目前約占全部工程結構基礎的80%以上。作為重要承重結構的樁基礎，其在結構安全中的地位是至關重要的，但是它屬于地下隱蔽結構物（特別是水下灌注樁），由于地質的復雜性、意外事件的不確定性，導致樁基礎出現各種缺陷的較大的可能性。資料表明，國內外現場灌注樁施工中樁身出現缺陷的概率約為20%，因此對樁基礎的質量控制和檢測檢驗顯得至關重要。

樁基動力檢測方法一般可分為兩大類，一種是大應變動力檢測，一種是低應變動力檢測。大應變動力檢測主要用于樁基的承載力檢測，對樁基的工程整體質量進行推定。低應變動力檢測主要用于樁基的完整性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，同時可以對樁長進行核對，對樁身混凝土進行估計。其最大的優點是方便、快捷，對樁身無損害，能夠比較直觀地反映出樁身的質量。因此，應用相當廣泛。本文主要結合本人的工作經驗對樁身的低應變動力檢測的方法進行闡述，對其在檢測準備階段和檢測過程中應注意的事項進行闡述。

1 低應變動力檢測的方法的分類

主要有反射波法、機械阻抗法、動力參數法、聲波透射法。

2 各種檢測方法的適用范圍

2.1 反射波法

主要適用于檢測樁身混凝土的完整性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，同時可以對樁長進行核對，對樁身混凝土的強度進行估計。

本法使用范圍廣，對樁徑和樁長的要求不高。

2.2 機械阻抗法

本法有穩態激振和瞬態激振兩種方式。主要適用于檢測樁身混凝土的完整性、推定缺陷類別及其在樁身中的部位。有效測試范圍為樁長與樁徑之比小于30，根據本人多年的監測樁基的實踐，機械阻抗法其測試范圍不僅要符合上述條件，一般還要滿足樁全長L＜35 m，如果達到35 m以上，其樁底的反射很不明顯，直接影響檢測結果。

2.3 動力參數法

動力參數法可分為初速法和頻率法兩種。頻率法應用較多，其適用范圍限于摩擦樁，并應有準確的地質勘探報告及土工試驗資料作為計算依據。主要是要提供可靠的地質剖面圖及各地層的內摩擦角和重度，樁長范圍不大于40m，不小于5m。

因各方面的條件限制其應用較少。

2.4 聲波透射法

本方法適用于檢測樁徑大于0.6 m的混凝土灌注樁的完整性，目前應用最廣。

3 各種檢測方法數據處理與質量判定

3.1 反射波法

依據波列圖中入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達時間等特征，來推定單樁的完整性。

（1）樁身混凝土的反射波速可按下式進行計算：

式中：L：樁身全長；

tr：從入射波發出到反射波收到所經歷的時間；

Vpm：同一工地多根合格樁的平均波速；

tr′：從入射波發出到從樁身缺陷處發射的波傳到接收器所經歷的時間。

（3）反射波波形規則、波列清晰、樁底反射波明顯，容易讀取時間，波速較高的樁為完整性好的單樁。

（4）反射波到達時間小于樁底反射波到達時間，且波幅較大，出現多次反射，難以觀測到樁底反射波，則意味著該樁為斷樁。

（5）若波速較低，反射波幅減小、頻率降低，則初步可以判定該樁的砼在灌注時砼嚴重離析，砼的立方體抗壓強度偏低。

（6）在檢測過程中如果發現有異常波形，最好能夠采用多種辦法進行對比應證，包括鉆芯取樣。

3.2 機械阻抗法

（1）根據測試的機械導納曲線，初步確定各單樁中的完整樁，并計算波速和各完整樁的波速平均值。

（2）計算各單樁的測量樁長、導納幾何平均值、導納理論值、導納最大峰幅值等。

（3）根據計算結果參照規程中的經驗表格推定樁身砼的質量。

3.3 動力參數法

單樁豎向承載力的推算值，R按下式計算：

式中：h0：穿心錘的回彈高度；

H：穿心錘的落距；

V00：樁頭振動的初速度；

R0：單樁豎向承載力的推算值，kN；

f0：樁-土體系的固有頻率，Hz；

W0：穿心錘的質量；

ΒV：頻率-初速度的調整系數。

此公式比較復雜，相關參數較多，個別參數因測試者積累的資料數據和人為因素有關，其推定結果因人而異。因此，如果推定結果與設計要求很接近時，宜采用多種方法（包括大應變動載試驗）進行比對。

3.4 聲波透射法

（1）首先根據現場測定的數據繪制聲時—深度曲線和波幅—深度曲線，按下式計算：

式中：tc：砼中聲波傳播時間，μs；

t：聲時原始測定值，μs；

t0：聲波檢測儀發射到接收系統的延遲時間，μs；

t'：聲時修正值，μs；

I：兩個檢測管外壁之間的距離，mm；

vp：砼中的聲速，km/s。

（2）利用聲時平均值和聲時標準差判斷樁身有無缺陷。

（3）利用聲時-深度曲線中相鄰測點的斜率及其聲時差值作出缺陷判據。

（4）利用波幅（衰減量）判定缺陷。

（5）利用接收波形的形態，輔以多點發射、高差反射等措施，對樁基質量進行綜合評判。

上述檢驗方法及數據處理均通過微機處理，本文不再列式重復。

4 各種檢測方法的注意事項

4.1 反射波法

由于不同工區樁的類型、樁徑大小、樁頭混凝土質量、土層地質情況等條件差異較大，檢測時，對激振和接收的最佳條件選擇，只能通過現場試驗對比來確定，確定最佳接收條件，主要是指調節放大器增益，使波形不產生畸變。改變濾波頻率是為了提高分辨率和改善信（號）噪（聲）比。

4.2 機械阻抗法

（1）若使用電子管功率放大器，一般要預熱0.5 h左右。

（2）若使用模擬式儀器系統進行測試時，必須選擇合理的掃頻速率，使樁的振動接近穩態。

4.3 動力參數法

（1）傳感器要盡可能遠離沖擊點及樁頭外露的鋼筋，以減少雜波干擾。

（2）要利用沖擊振動波形的振幅進行監視，以便調整合適的沖擊能量。

4.4 聲波透射法

（1）不適用樁徑大小的樁基，一般要在樁徑1 m以上（含1 m）才使用。

（2）聲測管必須相互平行，如果不平行必然導致距離不同，根據前述公式（5）知，將嚴重影響檢測速度，從而影響檢測的結果。

（3）聲測管中必須灌入清水。有些施工單位不太重視這一點，經常將溝渠中渾濁的污水灌進去，里邊很多情況下都混有泥砂等雜物，將嚴重影響樁身混凝土的反射速度。本人曾在西北某高速公路橋梁樁基檢測中，因聲測管中注入溝渠水，導致誤判為該樁混凝土強度偏低，后將污水抽干后重檢合格。

（4）聲測管必須插入樁底，且幾根聲測管的底標高要一致，否則對樁長可能引起誤判，特別是有的樁基底部采用素混凝土時更要注意。

（5）聲測管底部必須封閉牢固，不能漏漿、漏水，頂部要加蓋，防止砼或其他異物落入孔中，中間接頭部分必須焊嚴或采用橡膠套圈封水。本人曾見到某工地在聲測管中不慎落入一個鐵榔頭卡在中間部位，影響檢測結果，只得鉆芯認證。

總之，各種檢測方法都有其適用范圍和局限性，在實際檢測時必須采用合適的檢驗方法，并且最好使用兩種以上的檢測方法進行對比認證。