橋梁樁基檢測(cè)技術(shù)分析

王 晨

（湖北交通工程檢測(cè)中心有限公司，湖北武漢 430200）

樁基工程是地下隱蔽工程，樁基工程的質(zhì)量受到施工工藝、施工人員經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)水平、樁土相互作用、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及巖土工程質(zhì)量等在內(nèi)的多種因素的影響。隱蔽工程具有隱蔽性高、發(fā)生質(zhì)量隱患時(shí)難以檢測(cè)的特點(diǎn)，樁基工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)處理難度較大，因此檢測(cè)橋梁樁基結(jié)構(gòu)的完整性是一項(xiàng)非常重要的工作[1]。本文對(duì)當(dāng)前常用的橋梁樁基檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析對(duì)比。

1 鉆孔取芯法

使用鉆孔機(jī)抽取樁身的芯樣，對(duì)芯樣進(jìn)行分析，判斷持力層情況、樁底沉渣厚度、局部缺陷情況、混凝土強(qiáng)度、樁基長(zhǎng)度等，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，但屬于有損檢測(cè)，且只能準(zhǔn)確評(píng)估小范圍的樁基質(zhì)量，因此只適用于無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證。

2 無(wú)損檢測(cè)方法

2.1 靜載試驗(yàn)法

樁基工程中確定單樁豎向承載力非常重要。靜載試驗(yàn)法可以對(duì)單樁豎向承載力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)樁頂施加一定的荷載，對(duì)此過(guò)程中樁間土的作用進(jìn)行分析，判斷相應(yīng)曲線(xiàn)的特征，對(duì)成樁性能進(jìn)行評(píng)估[1]。樁基的施工環(huán)境惡劣、承載力大、檢測(cè)費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)，配套工作比較煩瑣，因此較少使用這一方法。

2.2 低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法

（1）概述。

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法的特點(diǎn)在于容易操作，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，波形對(duì)檢測(cè)結(jié)果具有直接影響，因此檢測(cè)工作的重點(diǎn)在于獲取良好的波形，才能對(duì)樁身完整性進(jìn)行分析。

（2）適用條件。

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法實(shí)測(cè)過(guò)程中，樁側(cè)土的阻力，尤其是動(dòng)土的阻力會(huì)對(duì)應(yīng)力波的傳播造成極大影響，例如可產(chǎn)生土阻力波，對(duì)缺陷反射波的幅值造成影響，還可以引起應(yīng)力波出現(xiàn)迅速衰減，具有一定局限性。根據(jù)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法適用于樁基直徑不超過(guò)1.8 m、樁長(zhǎng)介于5～50 m的樁基檢測(cè)。也有低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法應(yīng)用于樁長(zhǎng)超過(guò)50 m的樁檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，但考慮橋梁樁基的承載力要求較高，多為低應(yīng)變反射信號(hào)，地質(zhì)出現(xiàn)變化時(shí)容易出現(xiàn)較大變化，對(duì)深部缺陷及局部缺陷不夠敏感等，因此不建議應(yīng)用于超出這一范圍的樁基檢測(cè)。

（3）技術(shù)要點(diǎn)。

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法的測(cè)試系統(tǒng)包括打印機(jī)、力錘、傳感器以及信號(hào)采集儀等，信號(hào)采集儀可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)合，也可以先完成測(cè)試再連接電腦處理信號(hào)。信號(hào)采集儀主要使用16位或12位的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有過(guò)硬的處理技術(shù)，避免出現(xiàn)問(wèn)題，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。采樣頻率應(yīng)超過(guò)截止頻率的2.5倍，盡量控制干擾信號(hào)，避免對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響，不使用交流電，選擇直流電源。針對(duì)傳感器的選擇，首先選擇內(nèi)裝放大式加速度計(jì)，加速度計(jì)的頻響范圍寬，具有良好的零漂性能以及低頻響應(yīng)。謹(jǐn)慎使用高阻尼速度傳感器及普通速度計(jì)，尤其是對(duì)大樁、長(zhǎng)樁進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量避免使用[2]。

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)量的重點(diǎn)在于獲得高質(zhì)量的信號(hào)，為了保證獲得信號(hào)的質(zhì)量，應(yīng)從選擇測(cè)試點(diǎn)、選擇錘擊點(diǎn)、安裝傳感器以及采集信號(hào)四個(gè)方面著手。①選擇測(cè)試點(diǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)試信號(hào)的情況、樁徑的差異確定，樁徑超過(guò)120 cm，測(cè)試點(diǎn)數(shù)量為3～4個(gè)，測(cè)試點(diǎn)與鋼筋籠的距離應(yīng)超過(guò)10 cm，測(cè)試點(diǎn)均勻分布于四周以及樁中心，打磨測(cè)試點(diǎn)以確保樁頭與傳感器的連接效果。②選擇錘擊點(diǎn)時(shí)無(wú)須考慮樁徑大小，錘擊點(diǎn)與傳感器的距離需要控制在20～30 cm，距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)會(huì)對(duì)橫波造成影響，引起波形震蕩，距離過(guò)近會(huì)引起傳感器受到過(guò)多沖擊力的影響。無(wú)須打磨錘擊點(diǎn)，進(jìn)行打磨時(shí)增加橡膠墊以免引起波形震蕩而對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。③對(duì)傳感器進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的天氣特點(diǎn)選擇不同的物體來(lái)進(jìn)行粘貼。橡皮泥、黃油等都是比較常用的粘貼物，如果使用橡皮泥，需要保證樁頭不能存在積水，足夠干燥，確保粘貼效果理想。溫度較低時(shí)，選擇黃油來(lái)進(jìn)行粘貼，嚴(yán)格控制粘貼層的厚度，避免造成實(shí)測(cè)信號(hào)失真。④采集信號(hào)時(shí)要盡可能多，多點(diǎn)觀察不同激振情況，分析波形是否一致，從而確保無(wú)漏測(cè)，確保波形真實(shí)。

完成實(shí)測(cè)后進(jìn)行波形分析，分析波形前了解相關(guān)信息，包括樁基施工方法、持力層情況、樁位地質(zhì)情況等。重視對(duì)反射信號(hào)的分析，樁基層長(zhǎng)度較長(zhǎng)，但多為嵌巖，因此放大樁底反射信號(hào)后難以準(zhǔn)確判斷。①樁底持力層軟弱，為軟弱石灰?guī)r或者泥巖，由于巖質(zhì)比較軟，嵌巖信號(hào)或反射信號(hào)不明顯，會(huì)對(duì)判斷樁底信號(hào)造成不良影響，可以通過(guò)實(shí)際抽芯對(duì)比得到結(jié)論；②樁基進(jìn)入基巖過(guò)多；③樁身穿透溶洞。

實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中會(huì)遇到較多特殊情況，要求對(duì)波形進(jìn)行仔細(xì)分析，認(rèn)真對(duì)比。對(duì)缺陷下定義時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法難以區(qū)分嵌巖、地質(zhì)變化以及擴(kuò)孔等，難以區(qū)別局部混凝土離析、膠結(jié)差、縮頸等，只能粗略定性信號(hào)，因此應(yīng)謹(jǐn)慎處理結(jié)論，如大小、缺陷類(lèi)型、混凝土強(qiáng)度以及承載力等。

2.3 高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法

高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法用于檢測(cè)單樁的豎向承載力以及樁基樁身的完整性，采用單樁豎向承載力1%以上或樁身重量10%以上的重錘，通過(guò)自由落體的形式擊打樁頂，采集相關(guān)動(dòng)力系數(shù)并使用程序計(jì)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定樁身的相關(guān)性能參數(shù)。

經(jīng)過(guò)大量研究證實(shí)，高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法的應(yīng)用能夠有效控制誤差，且與靜載試驗(yàn)法相比，檢測(cè)費(fèi)用大幅度降低，因此受到建設(shè)各方的認(rèn)可，但檢測(cè)比較麻煩，因此使用較少。高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法的檢測(cè)結(jié)果在驗(yàn)證其他檢測(cè)方法以及樁基設(shè)計(jì)等方面，均具有一定應(yīng)用價(jià)值。

2.4 聲波透射法

（1）概述。

將若干根聲測(cè)管預(yù)埋于樁內(nèi)，進(jìn)行混凝土的灌注，將聲測(cè)管作為通道，經(jīng)探頭發(fā)射、接收超聲脈沖，采用超聲探測(cè)儀對(duì)超聲脈沖穿過(guò)橫截面時(shí)的聲參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)測(cè)值進(jìn)行波形判斷或數(shù)據(jù)判斷等處理，判斷混凝土是否存在缺陷。存在缺陷時(shí)可以幫助了解缺陷的具體情況，同時(shí)提供混凝土的強(qiáng)度等級(jí)以及混凝土均勻指標(biāo)等。

（2）適用條件。

橋梁樁基的直徑通常不超過(guò)300 cm，聲波透射大多可達(dá)1 000 cm，所以聲波透射法具有較強(qiáng)的適用性，適用于樁徑超過(guò)60 cm的檢測(cè)，但聲波透射法只能檢測(cè)埋設(shè)了聲測(cè)管范圍內(nèi)的混凝土完整情況，無(wú)法檢測(cè)擴(kuò)孔部分、持力層等。

（3）技術(shù)要點(diǎn)。

聲波透射法的主要設(shè)備包括探頭升降裝置、超聲檢測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。橋梁樁基的直徑不超過(guò)1 m時(shí)，埋設(shè)聲測(cè)管1根，測(cè)量1組數(shù)據(jù)；直徑介于1.2～2 m時(shí)，埋設(shè)聲測(cè)管的數(shù)量2根，測(cè)量4組數(shù)據(jù)；直徑超過(guò)2m時(shí)埋設(shè)3根，測(cè)量6組數(shù)據(jù)。人工放線(xiàn)檢測(cè)可從頂部向底部或從底部向頂部進(jìn)行檢測(cè)，采用評(píng)測(cè)法，控制測(cè)定間距50～100 cm。處于樁身的缺陷位置時(shí)，可以使用扇形測(cè)法或者斜測(cè)法明確缺陷的大小以及位置[3]。

判斷缺陷時(shí)，應(yīng)確保測(cè)量的波幅值及聲時(shí)值足夠，數(shù)據(jù)量滿(mǎn)足要求后，可以繪制波幅、速度-深度曲線(xiàn)或聲時(shí)-深度曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)進(jìn)行判斷。聲場(chǎng)陰影區(qū)重疊法以及數(shù)值判定法都是當(dāng)前常用的缺陷判斷方法。

概率法要求糾偏并修正所有數(shù)據(jù)，數(shù)值判據(jù)法的多因素分析綜合判斷頻率、波幅以及聲速三項(xiàng)參數(shù)，但由于實(shí)測(cè)較少檢測(cè)頻率，所以使用較少。檢測(cè)橋梁樁基時(shí)主要應(yīng)用PSD判據(jù)法，這種方法對(duì)缺陷敏感性高，但基本不反映由于混凝土不均勻或者聲測(cè)管不平行引起的聲時(shí)變化。

新型儀器無(wú)須人工計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)PSD判據(jù)自動(dòng)計(jì)算，但需要結(jié)合實(shí)際情況，人工計(jì)算臨界判據(jù)值。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)根據(jù)缺陷類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，可通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)以及混凝土的均勻性。

3 結(jié)合實(shí)際情況合理選擇檢測(cè)技術(shù)

對(duì)橋梁樁基進(jìn)行普檢時(shí)，主要使用鉆孔取芯法、聲波透射法以及低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法等，各種方法受到自身的理論架設(shè)以及各種因素的影響，均有一定局限性，因此實(shí)際測(cè)量時(shí)要充分利用不同方法的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

條件允許進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法時(shí)，應(yīng)盡可能使用低應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)；處于動(dòng)測(cè)法的范圍之外，且處于諸如溶洞地區(qū)等地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域時(shí)，或?qū)χ鞫諛痘蛘咧匾糠值臉痘M(jìn)行檢測(cè)時(shí)，適宜采用聲波透射法；動(dòng)測(cè)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)持力層不滿(mǎn)足要求或樁基施工存在沉渣時(shí)，可以采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法校核；動(dòng)測(cè)法受到沉渣、樁底持力層等因素影響而難以判斷時(shí)，應(yīng)用鉆孔取芯法校核。取芯時(shí)如果發(fā)現(xiàn)持力層稍差，難以通過(guò)加固處理解決問(wèn)題，或多個(gè)樁基有局部缺陷時(shí)，可應(yīng)用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢驗(yàn)承載力。

對(duì)各種墩、樁、樁墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整性檢測(cè)時(shí)，通常都是使用的高、低應(yīng)變動(dòng)力試樁法進(jìn)行檢測(cè)；樁直徑比較大時(shí)，采用鉆芯法或者聲波透射法較為合理。對(duì)石灰樁、碎石樁等進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用靜載荷試驗(yàn)的方法，也可以使用靜力觸探的方法，分別檢測(cè)土、樁，了解復(fù)合地基的承載力。對(duì)低標(biāo)號(hào)混凝土樁、CFG樁、水泥土樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)靜載荷試驗(yàn)了解豎向承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)橋梁等交通設(shè)施建設(shè)的要求也不斷提高，橋梁樁基礎(chǔ)是橋梁工程的重要部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定著橋梁的性能。近年來(lái)，樁基礎(chǔ)在高層建筑和鐵路建設(shè)中廣泛使用，隨著建設(shè)單位對(duì)工程質(zhì)量要求的提高，基樁檢測(cè)技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。