淺談橋梁樁基檢測

羅浩然

(內蒙古交通設計研究院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010000)

1 概述

橋梁基礎將構造物所受各項力傳導至地基，在橋梁結構中有著重要的作用，現內蒙古地區大中橋梁基本采用灌注樁作為橋梁基礎。因此，灌注樁的檢測在工程檢測中應予以高度重視，并理解試驗手段及步驟。

樁基檢測中主要有以下幾個項目，樁基成孔質量檢測、樁身完整性檢測、樁基承載力檢測。其中樁基成孔質量檢測又細分為泥漿性能指標檢測和成孔質量檢測；樁身完整性檢測中，目前常規手段可分為低應變反射波法、超聲投射波法、鉆探取芯法；樁基承載力檢測中，主要的檢測試驗包括以下幾項：單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗、高應變動力樁法。在樁基試驗檢測過程中，檢測項目較多，方法較多，涉及參數較多，筆者對現行的檢測項目、手段、規范進行總結歸納，為今后的橋梁樁基檢測提供了理論依據。

2 成孔質量檢測

成孔質量檢測主要包括：樁位偏差測量、鉆孔傾斜度檢查、樁的孔徑和垂直度檢測、樁底沉淀厚度檢測。樁的孔徑和垂直度檢測是橋梁樁基檢測中的重要檢測項目，主要的檢測手段有：探孔器檢測、傘形孔徑儀檢測、聲波法檢測3種方法，其中探孔器為自行制作簡便探孔工具，應注意探孔器外徑不應小于設計鉆孔，且探孔器長度不應小于4倍～6倍的外徑。因為樁底沉淀土的厚度極大地影響了樁端承載力，因此樁底沉淀厚度檢測極為重要，對于樁徑≤1.5 m的摩擦樁不宜大于200 mm，對于樁長>40 m或樁徑>1.5 m的樁基及土質較差的摩擦樁不宜大于300 mm，對于支撐樁不宜大于 50mm，重要的檢測方法有垂球法、電阻率法、電容法。

3 樁身完整性檢測

樁身完整性的檢測主要有以下3種手段：低應變反射波法、聲波透射法、鉆探取芯法。

3.1 低應變反射波法

反射波法檢測系統由基樁動測儀、傳感器和激振設備組成。在錘擊振時應根據被測樁基實際情況而選擇不同材質重量的擊能錘。

當被檢樁直徑較大且樁長較長時，在選擇錘或者力棒時應選擇質量較大的，以產生頻率低且能量大的激振信號。當錘擊物材料偏硬時，可產生高頻脈沖，這樣有利于提高樁身缺陷的分辨率，但提高分辨率的同時會造成高頻信號衰減較快的問題，對于被測樁較深處的缺陷探測有較大影響。當錘擊物材料較軟時，會產生低頻脈沖波，雖然降低了被測樁樁身缺陷的分辨率，但是對樁底缺陷檢測信號的獲得更為有利。小鋼錘脈沖寬度約為0.6 ms、尼龍錘約為2.0 ms、橡皮錘約為4.6 ms。在現場檢測時應注意，激振點的位置和傳感器的安裝位置應避開被檢樁鋼筋籠的主筋位置，根據樁徑大小，分別布置2個～4個傳感器，實心樁的激振點應選擇在樁中心，檢測點宜在距樁中心2/3半徑處；空心樁應設置在壁厚的1/2處，激振點與樁中心連線成90度角。

主要原理是把樁作為一維彈性均質桿件，設介質密度為ρ、截面面積為A、縱波波速為C、彈性模量為E，則樁身材料的廣義波阻Z=ρAC=EA/C。經整理可得以下3個公式作為低應變反射波法判斷樁完整性的依據：

n=Z1/Z2=ρ1A1C1/ρ2A2C2

(1)

F=(1-n)/(1+n)

(2)

T=2/(1+n)

(3)

判斷標準為：

①當Z1≈Z2時，即樁身連續，無明顯阻抗差異，n=1、F=0、T=1。②當Z1>Z2時，即樁身有縮頸、離析、空洞及摩擦樁樁底的情況，此時n>1、F<0、T>0。③當Z10、T>0。

3.2 超聲透射波法

聲波透射法是在灌注樁中預埋兩根或兩根以上的聲測管作為檢測通道，管中注滿水作為耦合劑，將超聲波發射器與接收器分別置于管內，對樁體進行檢測。目前聲波檢測儀主要有兩種：①模擬式聲波儀，模擬式聲波儀工作量大、效率低、容易出錯；②數字式聲波儀，數字式聲波儀提高了檢測精確度，提高了效率。

聲測管數量與樁徑大小有關，當樁徑<1 000 mm時，應埋設2根管，當樁徑>1 000 mm且<1 600 mm時應埋設3根管，當樁徑>1 600 mm且≤2 500 mm時，應埋設4根管。受檢樁的混凝土強度不應低于設計強度的70%，且不應低于15 MPa,齡期不得低于7天。測點總數不應少于20個，異常點不參與統計。

3.3 鉆探取芯法

鉆探取芯法是檢測混凝土灌注樁成樁質量的一種有效方法，受檢樁的樁徑不宜小于800 mm，長徑比不宜大于40，一般樁身混凝土強度不宜低于C10。所取鉆孔數，樁徑<1 200 mm的樁不應少于1孔，樁徑1 200 mm～1 600 mm的樁不應少于2孔，樁徑>1 600 mm的樁不宜少于3孔。當樁長小于10 m時，每孔贏取2組芯樣，當樁長在10 m～30 m間時，每孔應取3組芯樣，當樁長>30 m時，每孔不應少于4組芯樣。上部芯樣及下部芯樣取樣位置不宜大于1倍樁徑或2 m。

混凝土芯樣抗壓強度代表值按一組3塊試樣強度的平均值確定。單樁混凝土芯樣試件抗壓強度代表值是指該樁不同深度位置的混凝土芯樣的抗壓強度代表值的最小值。當混凝土抗壓強度出現以下情況時，則該樁不滿足設計要求：抗壓強度檢測值小于混凝土的設計強度，沉渣厚度不滿足設計要求，端持力層巖土性狀或厚度不滿足設計要求。

4 基樁承載力檢測

基樁承載力的確定方法有靜載試驗和樁的動力試驗兩大類，其中靜載試驗室確定單樁承載力最原始、最基本的方法，也是最可靠的方法。基樁靜載試驗是獲得基樁軸向抗壓、抗拔及水平向承載力最直接、最可靠的方法。

4.1 單樁豎向抗壓靜載試驗

樁基靜載荷實驗方法主要有等貫入速率法、循環加載法、終極荷載長時間維持法，在試驗時應保證混凝土強度應達到設計要求，且不少于規范規定的休止時間。成樁工藝和質量控制標準應與工程樁一致。試樁樁頭混凝土強度不得低于C30，露出試坑地面高度不宜小于600 mm。

公路工程基樁檢測技術規程中的慢速維持荷載法的相關要求為，每級加載量為預估極限荷載的1/15—1/10，首級可按2倍分級加載，未達到穩定時不可進行下級加載，每級加載后按照5 min、15 min、30 min、45 min、60 min測讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測一次。當出現以下情況之一時終止加載：被檢樁在某級荷載下沉降量是前一級沉降量的5倍，且樁頂總沉降量>40 mm；被檢樁在某級荷載作用下沉降量為前一級2倍，且24 h內未能達到穩定狀態，同時總沉降量>40 mm；荷載—沉降曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量60 mm～80 mm，當樁長超過40 m或被檢樁為鋼樁時，宜考慮樁身的壓縮變形，應加載至樁頂總沉降量80 mm；荷載已達到承載力允許值的2倍或設計要求的最大加載量，且沉降達到穩定狀態；樁身出現明顯破壞；錨樁上拔量已達到允許值。

單樁豎向抗壓極限承載力的確定，對于陡降型Q-s曲線，取發生陡降起始點對應的荷載值；根據沉降時間變化的特征確定，取s-lgt曲線尾部出現明顯下彎的前一級荷載值；被檢樁在某級荷載下沉降量是前一級沉降量的5倍，且樁頂總沉降量>40 mm時取前一級的荷載值；被檢樁在某級荷載作用下沉降量為前一級2倍，且24 h內未能達到穩定狀態，同時總沉降量>40 mm時取前一級的荷載值；荷載已達到承載力允許值的2倍或設計要求的最大加載量，且沉降達到穩定狀態取本級荷載值。

4.2 單樁豎向抗拔靜載試驗

單樁豎向抗拔靜載試驗應采用慢速維持荷載法。出現下列狀況時應停止加載：某級加載時大于前一級上拔力5倍，累計上拔量超過100 mm，上拔荷載達到受拉鋼筋抗拉強度設計值，達到設計要求的最大上拔荷載或最大上拔位移。檢測數據的確定可參考單樁抗壓靜載力試驗。

4.3 單樁水平靜載試驗

單樁水平靜載試驗適用于檢測樁頂自由時的單樁水平承載力，推定樁側地基土水平抗力系數。每級加載量為預估極限荷載的1/10—1/12作為加載極差。加載方法主要分為兩種：單向多循環加、卸載法，每級荷載施加后，維持荷載4 min后測讀水平位移并卸載至零，停2 min后測讀殘余水平位移，如此為一個循環，如此循環5次后，完成一級荷載的試驗觀測，試驗不得中間停歇。慢速維持荷載法與豎向靜載試驗要求一致。

當出現下列情況之一是即可終止加載：樁身折斷，當水平位移超過30 mm～40 mm，達到設計要求的最大加載量或水平位移允許值。

5 高應變動力試樁法

高應變動力樁法是通過與樁應力水平相近的重錘沖擊樁頂后，產生沿樁身向下傳播應力波和一定的樁-土相對位移，利用傳感器記錄沖擊波作用下的加速度與應變信號。高應變動力試樁法的檢測目的，對被檢樁的豎向抗壓承載力進行監測，對所得監測數據進行分析和計算，進而得到被檢樁的樁側摩阻力和被檢樁的樁端承載力。對被檢樁的樁身完整性進行檢測，判定缺陷位置及缺陷程度。監測混凝土預制樁和鋼樁沉樁過程中樁身應力和錘擊你能量傳遞比，為選擇沉樁工藝參數和確定樁長提供依據。

現場檢測信號出現下列情況之一時應停止檢測，嚴禁將其用于分析：①力和速度信號第一峰起始比例失調；②測試波形紊亂；③樁身缺陷程度加劇。

6 結束語

筆者研究參考大量樁基檢測規范，對公路工程中橋梁樁基檢測進行了總結歸納，根據規范內容，簡要概述了規范中的相關規定與檢測步驟，對重點項目及較容易忽略部分進行詳細描述，同時重點分析了樁身完整性檢測、基樁承載力檢測，對今后的公路樁基檢測提供了一定幫助。