影響 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測系統精度的因素及改進措施

胡朝彬，片 磊，高承成，崔立強，宋冠樟

（1.天津華北地質勘查局，天津 300170；2.天津華北地質勘查局地質研究所，天津 300170；3.天津華勘基礎工程檢測有限公司，天津 300170）

0 引言

成孔質量直接影響成樁質量［1］，成孔質量檢測作為樁基檢測中的一個重要部分，已越來越被各建設部門所重視，在灌注樁施工過程中采用接觸式儀器組合法 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測系統對成孔質量進行檢測是重要的手段之一［2，3］。JJC-1E 型灌注樁成孔檢測系統在成孔檢測時也有其自身的缺陷［4，5］，本文對其存在精度、穩定性等問題給出了一些技術研究的建議，以期與同行探討。

1 JJC-1E 型灌注樁成孔檢測儀檢測原理

JJC-1E 型灌注樁檢測系統屬接觸式傘形成孔質量檢測儀，由 JJC-1E 型地面控制箱、JJY-6 型井徑/井斜測量探管、JNC-2 型沉渣/井斜測量探管、JC-100 型自動排纜絞車及井口滑輪等部分組合而成。

孔深測量是通過電纜繞過滑輪的轉數進行計量的。光電脈沖發生器與滑輪組裝在一起且隨著滑輪同步轉動，檢測時下放和上拉電纜均應緊貼滑輪，滑輪轉動三圈計量電纜移動 1 m。

孔徑是通過井徑儀探頭從孔底向孔口提升過程進行測量。提升過程需井徑儀測量腿完全張開且緊貼孔壁，4 條測量腿根部連著 4 支由滑動變阻器組成的傳感器，兩組對稱方向的測量腿傳感器可測量出對應的電壓值，再經過電信號的轉換放大，換算出孔徑均值。隨著井徑儀沿著孔壁上升，二維平面上以設計孔徑值為軸線上自下而上模擬形成孔徑的變化曲線。孔徑值與傳感器信號的微電壓值之和成線性關系。

式中：D 為所測孔徑；D0為設計孔徑（常數）；K0為由標定得出的儀器常數；ΔVn為每個滑動變阻器電荷集中產生的微電壓；ΔV 為 4 個滑動變阻器微電壓之和。

垂直度（K）與傳感器傾斜的角度呈線性關系，垂直度檢測儀內裝有 2 支正交的二維重力加速度計傳感器，這種傳感器通過線性角度液體擺完成頂角（α）測量。相關計算公式如下：

式中：X，Y 為2 只傳感器信號；X0，Y0為儀器常數（在測斜儀校正臺上標定后確定，當儀器維修后或受撞擊誤差大于 0.1°時均需重新標定）；E 為偏心距，m；L 為實測孔深，m；d 為孔徑，m；φ 為測斜扶正器外徑，m；hi為第 i 段測點距，m；αi、αi-1為第 i、i-1測點實測頂角，°。

垂直度測量采用點測，每 5～8 m 采樣一次（樁長短于 40 m 時，宜采用低值）。

沉渣厚度測量采用電阻率法。在泥漿中由沉渣探頭產生一個不受土層影響的交變電場來測量泥漿電阻率，因均勻泥漿電阻率為恒定值，沉渣電阻率與均勻泥漿電阻率有較大差別，沉渣界面的選取是通過電阻率跳變曲線的拐點來確定的。

2 影響檢測精度的因素和改進措施

2.1 孔深與孔徑測量

孔深的測量是在井徑儀探頭下放過程中進行，探頭的測量腿置于開腿盤中被束縛住勻速下放，下放速度應不大于 10 m/min，下放直至連接電纜變松弛，在變松弛后，馬上控制住滑輪轉動，記錄此時的深度，即為實測孔深。

為進一步提高深度的檢測精度，應首先復核測量電纜上深度起算面特殊標志與探頭最底部的距離是否為預置值 5.00 m，使探頭下放的速度放慢至 6 m/min，在探頭即將達到設計孔深 3 m 處，進一步放慢下探速度，在電纜變松的瞬間控制住滑輪記錄深度。如有必要還需對深度顯示值進行修正。受限于探頭的尖銳程度，探頭并不能完全穿過沉渣，到達孔底，此時測量的深度并不準確。

孔徑測量前，井徑儀要先在井徑標定架上進行標定，確保測量腿有彈力。檢測時應盡可能將井口滑輪置于鉆孔中心并固定，則檢測出兩個正交方向的孔徑值更為精確。檢測后，注意清洗測量探管四條測量腿關節處，清除污垢后上油。

在測量完孔深后，進行孔徑測量。此時需從滑輪上取下并松弛電纜 1～2 m，用力快速上提，使測量腿擺脫開腿盤在彈簧的作用下完全彈開至井壁。把電纜再次攀附至滑輪上并收緊，此時需用鋼卷尺丈量出儀器的深度變化（修正開脫束縛裝置后儀器深度的變化，確定起測深度）。之后測量腿隨電纜提升而沿井壁作向上運動至孔口，同時描繪出孔徑-深度曲線。

通過對大量實例進行分析，受測量腿長度及探管四條測量腿關節處彈簧彈力的限制，孔徑的測量范圍一般不超過 2.5 m。針對大直徑灌注樁孔徑檢測誤差較大，尤其對支盤樁支盤處的孔徑檢測誤差更大，因為支盤處孔徑的測量還受限于測量腿與支盤處角度的耦合程度，部分文獻提到采用測量腿加長腿方法進行支盤樁盤徑的檢測，但是此方法需克服諸多限制，要根據相應的支盤設備調整測量腿與加長腿之間的角度，要經過反復試驗，不僅需要選擇恰當的連接點，而且安裝時要力求四條加長腿完全對稱，否則檢測時也會出現較大誤差。對大直徑灌注樁塌孔現象嚴重或支盤樁，嚴格來講觸探式 JJC-1E 測試儀并不適用［6］，如使用加長腿，宜采用人工控制井徑儀的上拉速度，及時感知上拉時力量的大小，防止加長腿被形成的塌孔或支盤掛住，使得井徑儀加長腿不能保證正交對稱甚至扭曲變形，檢測數據誤差較大。

2.2 垂直度測量

根據規范［7］規定，垂直度一般要求不大于 1 %，個別高層建筑、市政工程及其他有特殊設計說明的要求垂直度不大于 0.5 %。綜合很多工程實例，對垂直度測量精度造成影響的因素。

1）錯誤選擇扶正器。未結合具體要求選擇恰當的扶正器，不能獲得準確的垂直度測量數據，精度達不到設計要求；

2）通用密封接頭出現進水情況；

3）操作儀器時未能針對扶正器外徑數值進行及時修正；

4）垂直度點測間距過大。

為提高垂直度測量精度，首先應選擇恰當直徑的扶正器，且測量時在應用軟件上及時對參數進行修正。扶正器直徑應參考設計孔深與孔徑兩項指標進行合理選擇。運用樁孔偏心距 E 的簡化公式E=d/2-φ/2，那么垂直度 K 可通過 K=［（d/2-φ/2）/L］×100% 簡單計算儀器的固定垂直度，即最大精度垂直度［8］。如果設計要求垂直度小于 1/100，那么扶正器外徑φ可采用φ＞d-2L/100 進行判定扶正器外徑選擇是否準確。同樣如果設計要求垂直度小于 1/200，那么扶正器外徑φ可采用φ＞d-2L/200 進行判定。當某項目工程設計給定了孔深、孔徑及要求的最大垂直度偏差，選定不同外徑的扶正器決定了樁孔垂直度檢測的最大精度值。例如，孔深為 45 m，孔徑為 700 mm，選用外徑為 200 mm 的扶正器，則垂直度最大精度為 0.625 %。基于儀器扶正器外徑類型選擇的限制，為提高大直徑樁的垂直度檢測精度，可采用分方位多次測量法進行檢測［9］。

在測量實踐中，針對容易出現忘記修改測量儀器默認值的情況，要加強操作員的業務素質和職業修養，強化細節管理，還可讓另一名檢測員進行復核相關參數，待確認數值正確后再實施測量行為。要嚴格落實檢測操作規程，在測量過程中運用點測方式，點距不宜過大，宜每隔 8 m 實施采樣一次操作（可根據具體孔深做調整），如測量效果不理想，可適當縮短點測間距后重新采樣。

2.3 沉渣測量

造成沉渣較厚的因素有多個：①泥漿本身黏稠度和含砂量及施工工藝。②打鉆時未充分絞碎的土塊大量沉淀孔底。③成孔后與混凝土灌注間隔時間過長，大量厚重泥漿沉積且累加發生塌孔的墜土。④澆鑄成樁前，未通過導管進行充分沖孔。

沉渣測量開啟時，確保沉渣儀處在水中位置。測量探管至孔底以上 2 m 左右時，調整絞車，將絞車置于手搖狀態，采用松開剎車把手方法讓測量探管自由下落，在重力作用下穿透沉渣層達到原土層。然后緩慢搖動絞車（約 1 m/min）提升電纜，開始上測，儀器軟件將自動記錄泥漿視電阻率-深度關系曲線。因每個人所選取的沉渣曲線拐點不盡相同，導致估算所得沉渣厚度有差異。為避免人為因素誤差，可選擇多人電腦數值讀取分別計算手段，充分確保測量精度。就施工工藝而言，樁基施工反循環比正循環技術在沉渣厚度控制方面有更大優勢，建議對沉渣要求極其嚴格的工程，應首選反循環施工工藝。

有條件時，可在使用沉渣探頭開始測量前，采用測錘法進行初測，具體方法如下：測錘頂端系上測繩，測錘沉入孔內相當距離后，當感覺測錘已具有一定的支持力，此時可估計為沉渣頂面位置，此時記錄測繩深度 h，則沉渣厚度值為實鉆孔深深度 H 減去測繩深度 h。采用沉渣的初測值與沉渣儀拐點法估算的沉渣厚度綜合確定沉渣厚度。

對沉渣厚度要求嚴格控制的工程，沉渣厚度檢測需進行多次，分別在鉆孔完成二次清孔結束后，混凝土澆筑前等多次測定以保證其工程質量。一般認為混凝土澆筑前的沉渣厚度才是真正意義上的，它是決定工程質量好壞的主要因素，此時如果測量探管放在導管和鋼筋籠之間進行測量，鋼筋籠極易對測量探管造成損傷，不宜采用。通過大量檢測實例，沉渣測量較為穩妥的辦法是把測量探管放在導管內進行，此時的檢測數據偏小，這種情況比較理想，也比較符合實際，因為此時剛剛大量的清泥漿通過導管下壓至孔底，把孔底大部分的沉渣通過漿液上涌頂出孔口。在沉渣測量完畢后，成孔檢測所有工作完成，應及時灌注成樁。

3 儀器標定及養護

由于 JJC-1E 成孔質量檢測儀器所處的檢測環境較為惡劣，經常浸泡在鹽堿質泥漿中，非常有必要對儀器進行定期修正、保養、標定、養護等。

1）對深度顯示值的修正。光脈沖記錄電纜線長度時靈敏性較高，當纜線上粘有泥漿或長期的拉伸與風化，會影響光脈沖測量的精確度。修正方法為：用鋼卷尺量取電纜記號到深度標準點的距離，若 50 m 深度記號在深度標準點近絞車一方 1.05 m 處，則孔深即為 48.95 m。若孔深顯示值為49.30m，表明電纜與滑輪配合有偏差，用電纜丈量值除以測量顯示值應計算出孔深測量修正系數 K=0.993。

2）受限于儀器本身，在多次測量后，使四條正交測量腿發生變形，導致孔徑值整體偏大或偏小，表明此時測量精度較低，應重新標定。孔徑標定：將儀器置于標定架上，輸入當前測量腿在井徑標定器上的尺寸，待電壓值窗口數據穩定后按回車鍵保存數據。依次按從最大尺寸逐漸到最小尺寸，然后再從最小尺寸逐漸到最大尺寸的規則重復以上過程。標定過程中可剔除錯誤的不合理數值，標定完成存儲相關參數后，可隨機抽取幾個標準孔徑值進行驗證，若在標定中發現不精確問題，則可基于系數修正措施實施合理修訂［10］。

3）由于沉渣測量探管經常在測量時讓其在泥漿中自由下落 1～2 m，穿透沉渣層，若樁端持力層為中、微風化巖層，此時沉渣測量探管受到的撞擊比持力層為粉砂層時要大得多，對測量探管損傷較大。這嚴重影響了沉渣測量探管的精度，工程實例證明，3～5 次測量后應重新返廠標定。

4）做好通用密封接頭、測量腿關節等關鍵部位平時的保養與定期檢查。長期頻繁的測量，容易損壞通用密封接頭，平時應保持密封接頭潔凈并抹黃油，一旦發現密封圈有損壞，應及時更換。注意采用壓力噴壺對測量腿關鍵部位的清洗，始終保持測量腿的彈力，清洗后應涂抹釘子油，既能保持潤滑起到保養的作用，又能在再次測量的時候少粘附泥漿。以上這些保養使用細節，能避免實際測量精度受到消極影響。長期的施工實踐總結，基本每隔半月或檢測孔數超出 30 個后要展開定期集中保養、檢查、養護。

4 結語

鉆孔灌注樁整個施工過程擁有較強隱蔽性，采用 JJC－1E 型鉆孔灌注樁成孔質量檢測系統進行檢測，雖有許多方面需要完善，但是經過大量實踐總結后可克服大部分缺陷影響。針對 JJC-1E 成孔質量檢測儀器所處的檢測環境及其本身固有屬性，強調了對儀器進行定期修正、保養、標定、養護的重要性。通過對不同地質條件、不同的施工器械及施工工藝所成樁孔的大量檢測成果進行分析、總結，可對孔徑、垂直度、沉渣等參數有針對性地進行檢測，能夠及時改善施工方法、起到及時糾正施工過程中存在的問題與隱患的作用。