超聲波透射法檢測超長灌注樁質(zhì)量

唐 亮

1 概述

近幾年，我國房產(chǎn)、鐵路、公路建設(shè)高速發(fā)展，地基基礎(chǔ)采用的基樁承載力也越來越高，單樁承載力要求上千噸的工程屢見不鮮，曾經(jīng)大量使用的PHC管樁、預(yù)制方樁等越來越不適應(yīng)此類工程要求，而隨著樁側(cè)、樁端后注漿技術(shù)的發(fā)展，曾經(jīng)遭受冷落的鉆孔灌注樁重新受寵，伴隨上千噸單樁承載力的高要求，鉆孔灌注樁樁徑越來越大，樁長越來越長，如何檢測此類樁的樁身質(zhì)量就顯得尤為重要。針對鉆孔灌注樁，傳統(tǒng)的樁身質(zhì)量檢測方法有低應(yīng)變、高應(yīng)變、靜載荷試驗、鉆孔取芯。鉆孔取芯指從樁頂沿樁身往樁端鉆取芯樣，觀察芯樣混凝土有無離析、空洞等缺陷，此法本身破壞樁身結(jié)構(gòu)，對于超長樁，更可能因鉆孔垂直度不夠，鉆斷鋼筋，偏出樁身，事后修補更困難，因此，鉆芯法受樁長限制［1］，宜作為其他方法的補充驗證。靜載荷試驗則是最直接有效的方法，不僅能檢測樁身質(zhì)量，更可直接檢驗樁的承載力是否滿足設(shè)計要求，但經(jīng)濟成本、時間成本高，也不能普測，只能作補充驗證。高應(yīng)變法可檢驗樁身質(zhì)量，也能檢驗樁的承載力，但對于淺部缺陷、樁身截面多變的超長鉆孔灌注樁，在檢驗樁身質(zhì)量方面存在局限［2］;更因為試驗前，需進行試樁的樁頭加固處理［3］，遇到深基坑工程，則需將樁接長至自然地面進行檢測，經(jīng)濟成本也太高，不能普測。低應(yīng)變法雖然經(jīng)濟，但對于超長鉆孔灌注樁，也存在技術(shù)上的缺陷，如難以檢測樁身的多處缺陷以及有效檢測樁長的局限等［3］。

綜上所述，對于超長灌注樁的樁身質(zhì)量檢測，需另外尋找技術(shù)上、經(jīng)濟上都更為可行的檢測手段。

2 超聲波透射法檢測原理

超聲波透射法是利用超聲波經(jīng)混凝土傳播后各聲學(xué)參數(shù)(聲速、波幅、頻率等)的量值及變化以及波形來確定混凝土的性質(zhì)。在需檢測的樁身中豎向預(yù)埋2根或以上的聲測管作為超聲波換能器的通道，并將聲測管中注滿清水，檢測時將超聲波發(fā)射換能器與接收換能器分別放置于2根聲測管中:發(fā)射換能器發(fā)射高頻彈性脈沖波，接收換能器接收經(jīng)混凝土傳播后的波，通過分析接收波的初至?xí)r間、能量、頻率及波形等特征，來判別混凝土的質(zhì)量。換能器同時往上(或往下)移動，從而遍及整個檢測剖面。若混凝土有缺陷(空洞、離析、夾泥、裂縫、沉渣沉淤等)，其聲學(xué)參數(shù)通常表現(xiàn)為聲時高(聲速低)、聲幅(能量)低、主頻低、波形畸變等一項或幾項特征。

3 實施檢測

3.1 聲測管的選擇及埋設(shè)

通過以上原理介紹，可知聲測管作為檢測時換能器的通道，其材質(zhì)及埋設(shè)質(zhì)量、數(shù)量，是檢測工作成功與否的關(guān)鍵。首先說材質(zhì)，對一般的灌注樁工程，鋼管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管均可作為聲測管，對于超長、大直徑灌注樁工程，則宜選用鋼管，因為超長、大直徑灌注樁需灌注大量混凝土，水泥的水化熱不易發(fā)散，而塑料的熱膨脹系數(shù)與混凝土的相差懸殊［2］，混凝土凝結(jié)后塑料管因溫度下降而產(chǎn)生徑向、縱向收縮，可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫，易造成誤判;鋼質(zhì)波紋管較輕，柔性好，對于超長灌注樁來說，安裝時不易保證軸線的平直，對后續(xù)數(shù)據(jù)分析帶來困難。而鋼管則剛度大，便于安裝，易于保證安裝后的平行度及平直度，若用電焊焊于鋼筋籠骨架上，更可代替部分鋼筋截面。

埋設(shè)質(zhì)量包括保證換能器能在聲測管中暢通無阻與保證兩兩聲測管相互平行兩方面。要保證換能器在聲測管中暢通無阻，需處理好聲測管各節(jié)間的連接問題以及防止聲測管本身在施工中的變形和聲測管上、下端頭的密封。防止變形除了要能抵抗地下七八十米以上的水壓外，還要能承受施工過程中的各種意外碰撞(這也是以上選擇鋼管的原因之一，因鋼管剛度大，能承受意外碰撞變形)，在選擇以鋼管作聲測管后，各節(jié)間的連接則可以螺紋絲口連接，上、下端頭密封則可以配套的螺紋絲扣鋼蓋密封，密封前需先在聲測管中注滿清水，對于利用聲測管作樁端后注漿通道的樁，下端頭則可以接單向注漿器接口密封。聲測管兩兩平行則是為了保證同一檢測剖面中各測點測距相同，這樣才能進行聲學(xué)參數(shù)比較。

為保證聲測管兩兩平行，則需將各聲測管牢牢固定在鋼筋籠主筋上，鐵絲捆綁或電焊固定皆可。對于超長灌注樁，考慮到工程的重要性，需及時檢查樁的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題好采取補救措施，因此檢測應(yīng)在樁端注漿前、基坑開挖前，而工程樁頂標高多在自然地面下20 m，30 m及以上，故而要求將聲測管接長至施工地面(接長至施工地面時需低于地面15 cm，防止施工機具碰掛聲測管引起彎曲變形)，而工程樁鋼筋籠也可能并非全籠，則要求在工程樁樁頂標高以上以及樁下部無鋼筋籠段制作加強箍筋，焊接或牢固綁扎于聲測管上，以保證聲測管在工程樁頂以上部位、樁下部無鋼筋籠段的平直。

對聲測管埋設(shè)數(shù)量，規(guī)范規(guī)定:樁徑不大于800 mm，布置2根管;樁徑大于800 mm，不大于2 000 mm，不少于3根管;樁徑大于2 000 mm，不少于4根管［3］，考慮到超長灌注樁工程的重要性以及有效質(zhì)量檢測手段缺乏的特殊性，據(jù)筆者經(jīng)驗，樁徑800 mm～1 000 mm的樁，宜布置3根管，樁徑大于1 000 mm宜布置4根管，確保超聲波透射法檢測能順利進行。

3.2 現(xiàn)場檢測

為使換能器能在聲測管中暢通無阻，聲測管內(nèi)徑一般要求為50 mm，目前所用換能器直徑一般為20 mm～30 mm，即使聲測管稍有變形，也能順利暢通，也正因為此，換能器必需要有扶正器，既防止換能器在聲測管中晃動撞壞換能器，又防止采集的信號因換能器晃動產(chǎn)生聲時、幅值、波形的畸變。現(xiàn)場檢測通常要求齡期宜為成樁后28 d，對于超長灌注樁而言，大多需進行樁端后注漿，檢測時間可適當提前至14 d。超聲波檢測時換能器是靠自身重力作用下放至管底，對于超長灌注樁而言，換能器的電纜線下放的深度可達100 m以上，若檢測時換能器的提升是靠人力，較大的電纜線自重經(jīng)常會導(dǎo)致?lián)Q能器不在同一深度截面，因此，檢測人員現(xiàn)場需時刻注意聲時、波幅、波形的變化，防止換能器不在同一深度截面造成的假性缺陷。

3.3 數(shù)據(jù)處理分析

對數(shù)據(jù)的計算處理及異常點判別參照灌注樁超聲波透射法檢測相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，若遇特殊情況要進行聲測管的傾斜修正，可參照《基樁質(zhì)量檢測技術(shù)》［2］第15章15.4節(jié)，筆者不再贅述。

4 工程實例介紹

實例1:上海虹橋交通樞紐地區(qū)某高架橋梁工程，采用樁徑950 mm樁端后注漿灌注樁，樁長為64 m～94 m，樁總量上千根，部分樁樁頂標高在地面下25 m，若采用低應(yīng)變檢測手段進行普測，顯然不能達到準確檢測樁身質(zhì)量的目的，而若采用高應(yīng)變，靜載荷試驗或鉆孔取芯進行普測，不但經(jīng)濟成本高昂，工期上也不允許。

因此，制定檢測方案時決定采用超聲波透射法進行普測，輔之低應(yīng)變普測，高應(yīng)變抽檢。采用外徑60 mm，壁厚3 mm鋼管作聲測管，聲測管兼作樁端注漿管，聲測管接長至地面，在成樁后15 d，樁端注漿前進行超聲波透射法普測，待基坑開挖至工程樁樁頂標高時再進行低應(yīng)變普測，最終達到了預(yù)期檢測效果。

實例2:上海浦東陸家嘴某工程，采用樁徑1 000 mm樁端后注漿灌注樁，工程樁樁長約55 m，基坑開挖深度約28 m，單樁承載力特征值10 000 kN，檢測方案采用超聲波透射法普測，輔之低應(yīng)變普測，若超聲波、低應(yīng)變檢測結(jié)果有明顯缺陷，則輔之高應(yīng)變、鉆芯法驗證。

每根樁埋設(shè)3根聲測管兼作注漿管，聲測管接長至地面，成樁后10 d～15 d進行超聲波透射法檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)樁身質(zhì)量問題主要為樁端附近輕微缺陷，而基坑開挖后低應(yīng)變普測卻未能發(fā)現(xiàn)此種深部缺陷。

5 結(jié)語

理論與實踐證明，超聲波透射法比其他常用檢測方法更能有效檢測超長灌注樁樁身質(zhì)量，且經(jīng)濟上、工期上也比高應(yīng)變、鉆孔取芯等方法更有可行性，制定檢測方案時應(yīng)以超聲波透射法檢測為主，輔之低應(yīng)變普測，有條件時高應(yīng)變、鉆孔取芯抽檢驗證。

［1］周德泉，張可能.鉆芯檢測超長樁的最大樁長計算與關(guān)鍵技術(shù)［J］.巖土力學(xué)，2003，24(sup):535-537.

［2］陳 凡，徐天平.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:213-301.

［3］JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.