樁身完整性檢測(cè)方法在樁身整體入巖時(shí)的應(yīng)用

徐業(yè)松

（上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200331）

為統(tǒng)一鐵路工程基樁檢測(cè)方法，確保基樁施工質(zhì)量，制定了《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10218-2019），用于鐵路基樁的承載力和樁身完整性的檢測(cè)和評(píng)定。鐵路基樁的承載力檢測(cè)，采用單樁靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變法進(jìn)行檢測(cè)；樁身完整性檢測(cè)，常用低應(yīng)變反射波法和聲波透射法為主，鉆芯法和高應(yīng)變法為輔。

低應(yīng)變反射波法隨著電子科技的發(fā)展，儀器設(shè)備越來(lái)越迷你化，無(wú)線、手機(jī)接收、智能化的發(fā)展讓現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作更加便捷，數(shù)據(jù)文件小，信號(hào)處理分析相對(duì)簡(jiǎn)單，并能比較直觀得進(jìn)行判讀，所以低應(yīng)變反射波法檢測(cè)成本相對(duì)較低。由于低應(yīng)變反射波法基于一維彈性桿件的檢測(cè)原理，使其在檢測(cè)軟土地基中的等截面預(yù)制樁時(shí)相當(dāng)快捷，能夠快速準(zhǔn)確得判斷預(yù)制樁樁身缺陷位置。但對(duì)于混凝土灌注樁而言，因?yàn)榛炷凉嘧稑渡沓叽缡艿降刭|(zhì)條件的影響頗多，加上施工工藝等因素的影響，容易造成混凝土灌注樁樁身截面尺寸漸變或多變，樁身垂直度有可能隨地質(zhì)的變化而發(fā)生變化；樁身周圍巖體也會(huì)對(duì)樁頂傳下來(lái)的應(yīng)力波進(jìn)行反射，以上原因都會(huì)導(dǎo)致樁頂傳感器接收的實(shí)測(cè)信號(hào)會(huì)復(fù)雜、無(wú)規(guī)律，無(wú)法對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確分析和評(píng)定。

聲波透射法是利用埋設(shè)在混凝土中的一定數(shù)量的聲測(cè)管，通過(guò)換能器間發(fā)出或接收超聲波信號(hào)，對(duì)采集到的聲學(xué)參數(shù)信號(hào)（波形、首波聲時(shí)、波幅、波速）進(jìn)行分析，來(lái)判定樁身完整性的。因?yàn)樾枰裨O(shè)一定數(shù)量的聲測(cè)管，施工當(dāng)中還需要固定，相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較高；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)仍需要較長(zhǎng)時(shí)間，檢測(cè)效率略低，但聲波透射法可以通過(guò)平測(cè)、斜測(cè)、加密檢測(cè)等手段對(duì)異常位置進(jìn)行細(xì)測(cè)，能夠確定混凝土缺陷的位置和程度，準(zhǔn)確性較高；但是聲波透射法只能檢測(cè)聲測(cè)管之間的混凝土質(zhì)量，對(duì)于支承樁或嵌巖樁的支承情況，需要通過(guò)別的檢測(cè)方法來(lái)確認(rèn)，確保基樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

一、常用的檢測(cè)方法及原理

（一）低應(yīng)變反射波法檢測(cè)原理及應(yīng)用

低應(yīng)變完整性測(cè)試檢測(cè)原理主要基于彈性波傳播理論。假設(shè)樁是一個(gè)連續(xù)的一維彈性構(gòu)件。基樁檢測(cè)時(shí)，樁頂受到錘擊力，驅(qū)動(dòng)樁體顆粒振動(dòng)產(chǎn)生彈性波，彈性波沿樁身向下傳播。在樁的傳播過(guò)程中，不同的區(qū)段會(huì)出現(xiàn)透射波和反射波，反射波沿樁身向上傳播到樁頂，被安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮眨纬煞瓷洳y(cè)試信號(hào)。

對(duì)于樁周軟土的混凝土灌注樁，樁身一般較長(zhǎng)，長(zhǎng)徑比大，符合一維彈性構(gòu)件模型。采用低剛度的重錘作為錘擊法激振，激振能量大，彈性波在樁體傳播過(guò)程中衰減慢，適用于獲得樁身深部缺陷或樁端反射波；采用高剛度的輕錘作為錘擊法激振，適用于識(shí)別和定位樁身淺層缺陷。因此，對(duì)于樁周軟土的混凝土灌注樁，可以通過(guò)調(diào)整錘擊激振方式來(lái)測(cè)試樁的淺層部分和一定深度的樁身完整性。

對(duì)于一般的嵌巖樁或支護(hù)樁，根據(jù)地質(zhì)條件、施工工藝和施工條件，可以推斷樁進(jìn)入巖石的位置，根據(jù)測(cè)試信號(hào)的共同特征和規(guī)范，可以綜合判斷樁的完整性。

但是，對(duì)于整個(gè)樁身都在巖石中的混凝土灌注樁，巖石特性、巖石與混凝土之間的膠結(jié)作用等，會(huì)對(duì)彈性波在樁身中的傳播產(chǎn)生影響。如果樁周巖石強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度匹配良好，彈性波會(huì)通過(guò)樁體傳播到樁體周圍的巖石中，導(dǎo)致激發(fā)能量衰減過(guò)快。彈性波進(jìn)入樁周巖石形成的反射波也會(huì)對(duì)安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鞑杉臏y(cè)試信號(hào)產(chǎn)生很大影響。即使使用剛度較小的重錘，采集的測(cè)試信號(hào)也不能反映出樁身質(zhì)量。

（二）聲波透射法檢測(cè)原理及應(yīng)用

混凝土灌注樁的聲波透射法檢測(cè)方法是在樁中埋設(shè)若干根平行于鋼筋籠并固定在鋼筋籠上的聲波管，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，將超聲波換能器放入注滿清水的聲測(cè)管中，通過(guò)超聲換能器之間發(fā)射或接收超聲脈沖波，將接收到的信號(hào)通過(guò)檢測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)換成波形圖，然后通過(guò)電腦軟件計(jì)算、分析得出樁身完整性結(jié)論。

超聲波換能器在聲測(cè)管內(nèi)部上下移動(dòng)，對(duì)聲測(cè)管間混凝土進(jìn)行完整性檢測(cè)，當(dāng)超聲波在混凝土中碰到缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生繞射、反射、折射，使超聲波傳遞路程變長(zhǎng)、能量衰減增大，從而使接收換能器接收到的信號(hào)發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)接收到的超聲波脈沖的聲學(xué)參數(shù)(首波聲時(shí)、波幅)及波形的變化，可以判斷聲測(cè)管間混凝土內(nèi)缺陷，并通過(guò)斜側(cè)、加密測(cè)，進(jìn)一步確定缺陷的范圍和程度。但聲波透射法只能測(cè)聲測(cè)管之間混凝土的完整性，對(duì)于超長(zhǎng)、大直徑混凝土樁來(lái)說(shuō)，是一種比較適用的檢測(cè)方法。

二、工程案例

某高速鐵路項(xiàng)目，某樁基承臺(tái)采用混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)6m，樁徑1m，樁身混凝土強(qiáng)度C30，根據(jù)施工鉆孔地質(zhì)柱狀圖，整根樁身在“泥質(zhì)條帶灰?guī)r（弱風(fēng)化）”內(nèi)。

依據(jù)《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10218-2019）第4 章“低應(yīng)變反射波法”第4.1.2 條“本方法檢測(cè)的基樁樁徑應(yīng)小于2.0m，樁長(zhǎng)不大于40m。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)組織試驗(yàn)時(shí)，樁長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定”。依據(jù)規(guī)范要求，現(xiàn)場(chǎng)采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。

（一）低應(yīng)變反射波法檢測(cè)的應(yīng)用

該承臺(tái)共有9根樁，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)信號(hào)復(fù)雜，無(wú)規(guī)律，部分樁波形在2L/c 時(shí)刻前出現(xiàn)明顯缺陷反射波。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)低應(yīng)變反射波法實(shí)測(cè)信號(hào)，選取了1 號(hào)樁開(kāi)展鉆芯驗(yàn)證工作，1 號(hào)樁實(shí)測(cè)波形見(jiàn)下：

從實(shí)測(cè)波形可以看出，樁頂以下2m 左右波形反向反射，疑似擴(kuò)徑，但現(xiàn)場(chǎng)成樁方法采用的是沖擊成孔施工法，根據(jù)施工資料顯示，在成樁過(guò)程中，沒(méi)有塌孔現(xiàn)象，不存在擴(kuò)徑的可能；在樁頂以下3.8m 左右，有明顯的同向反射信號(hào)，即明顯缺陷反射波信號(hào)。依據(jù)規(guī)范，低應(yīng)變反射波法判定該樁為III 類樁。

（二）鉆芯法驗(yàn)證結(jié)果

為確保工程質(zhì)量，有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)，避免誤判，所以開(kāi)展必要的驗(yàn)證工作，驗(yàn)證方法采用鉆芯驗(yàn)證。根據(jù)《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10218-2019）第10 章“鉆芯法”對(duì)1 號(hào)樁進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證工作，芯樣圖片如下：

從圖片可以看出，混凝土芯樣連續(xù)、完整、表面光滑、膠結(jié)好、骨料分布均勻、呈長(zhǎng)柱狀，斷口吻合，僅見(jiàn)少量氣孔，符合《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（TB10218-2019）中“表10.6.2”中關(guān)于I 類樁的“混凝土芯樣特征”。

（三）測(cè)試結(jié)果分析及綜合判定

通過(guò)對(duì)低應(yīng)變反射波法實(shí)測(cè)波形的分析，結(jié)合1 號(hào)樁的鉆芯驗(yàn)證結(jié)果，又陸續(xù)對(duì)波形復(fù)雜的3 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)樁進(jìn)行鉆芯法驗(yàn)證工作。從混凝土芯樣判定，3 號(hào)、6號(hào)、7 號(hào)樁，鉆芯法驗(yàn)證結(jié)果均為I 類樁。

結(jié)合多種檢測(cè)方法綜合判定，該工程該承臺(tái)1 號(hào)、3 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)樁均綜合判定為I 類樁。

三、結(jié)論

低應(yīng)變反射波法是假定樁為一維彈性桿件模型，適用于規(guī)則截面，應(yīng)力波傳遞過(guò)程中還受地質(zhì)條件，樁身截面變化，土阻力、樁長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比、樁端約束條件等多種因素影響。對(duì)于工程基樁，常出現(xiàn)低應(yīng)變實(shí)測(cè)信號(hào)復(fù)雜、紊亂或者難以解釋的現(xiàn)象，為確保檢測(cè)準(zhǔn)確性，避免誤判造成損失，尚需開(kāi)展必要的驗(yàn)證工作。

對(duì)于整個(gè)樁身在巖石內(nèi)的基樁，樁身周圍的巖石性質(zhì)、強(qiáng)度、混凝土和巖石的膠結(jié)、巖石在成樁過(guò)程中的受損情況等，都將直接影響低應(yīng)變檢測(cè)法實(shí)測(cè)信號(hào)波形。若樁身周圍巖石和混凝土匹配較好，樁頂?shù)腻N擊應(yīng)力波也將傳入樁身周圍的巖石中，那么樁頂傳感器接收的反射波信號(hào)就會(huì)受到巖石中反射波的干擾，就不能完整得反映樁身質(zhì)量，從而對(duì)低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果形成影響，容易造成誤判；然而之后的驗(yàn)證工作，也增加了工程成本，耽誤了施工工期。

所以，建議對(duì)整個(gè)樁身在巖石內(nèi)的基樁，樁身完整性采用聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)聲波透射法準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，只需埋設(shè)聲測(cè)管，就能進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)工作，并且可以定量分析出樁身缺陷的位置和程度。增加的聲測(cè)管的成本相對(duì)于低應(yīng)變檢測(cè)鉆芯驗(yàn)證工作和工期成本還是比較低。