基樁完整性檢測技術在公路工程中的應用研究

葉時祿

（江西長基工程檢測有限公司，江西 贛州 341000）

1 基樁的特點

1.1 承載能力強

根據工程地質、水文地質等方面的特點，通過樁徑、樁長和配筋比例的確定，保證樁身的承載力達到設計要求。在樁基持力層為巖石的情況下，采用嵌巖樁作為樁基礎，從而最大限度地利用剛性巖層的承載力，減少沉陷的影響[1]。

1.2 施工工藝簡便易行

由于混凝土灌注樁采用機械化施工，因此，無論樁長、樁徑如何，都能按一定的程序進行樁身成形。

1.3 抗震性能突出

采用合理的配筋方式，可以有效地改善樁身對水平荷載的抗剪承載力，使其具有良好的抗震性能。雖然灌注樁具有很多優勢，但是其施工工藝較為復雜，工序繁雜，影響樁基礎質量的因素很多。根據目前的數據，每年需要的基樁數量高達數百萬根，其成本約為總成本的1/4[2]。而且，隨著基礎設施的不斷完善，這個數字還會繼續增長。隨著工程建設的不斷增加，對基樁施工隊伍的需求也越來越大。但是，我國建筑行業的建設隊伍質量還有待進一步提升。在施工過程中，許多施工人員對基樁施工工藝和基樁施工中的突發情況缺乏應對措施，導致樁基礎出現了混凝土離析、斷樁、縮頸、樁底沉淀等問題。鑒于樁基礎完整性是確保其具有高承載力的前提，因此，對其進行施工質量檢測，及時發現并采取相應的補救措施，確保其安全運行[3]。

2 常用基樁檢測方法

根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2003）、《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB 10218—2019）、《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/T F81-01—2004）等，按行業標準來確定基樁的檢測方法。

2.1 低應變反射波法

低應變反射波法是目前東北地區應用最廣泛的一種基樁檢測技術，具有較好的理論基礎和實踐經驗。它的基本思想是一維彈性桿的應力波運動理論，也就是錘擊法。振源在樁頂上施加一次沖擊載荷，沿樁身方向產生一維的縱向彈性波，并在樁身波阻抗改變的情況下，如擴徑、縮頸、斷樁等，都會引起應力波的反射和傳輸。在樁頂部設置的加速度傳感器能夠檢測到應力波的傳播，并對其傳播速度、缺陷類型和部位進行分析，以此判定基樁的完整性[4]。圖1是用低應變反射波探測基樁完整性的原理圖。由于它方便、靈活，所以被廣泛地使用。但是它也有其不足之處：無法探測出樁底一段的樁身缺陷；無法量化地判斷樁的缺陷，僅能從質上判斷；多缺陷樁易出現誤判、漏判；對檢測人員的工作經驗有一定的要求。

圖1 低應變反射波法檢測基樁完整性示意圖

2.2 超聲波透射法

超聲波檢測基樁完整性的基本原理是：在鋼筋籠內，焊接或捆綁一定數量的聲測管，用清水做耦合介質，在2 根聲測管中分別安裝一個發射和接收傳感器，把電能轉化為機械能，由接收探測器將機械能轉化為電信號。由于2 個傳感器的間距是固定的，且超聲波的傳輸時間是由信號檢測得出的，所以可以計算出超聲波在混凝土中的傳播速率，從而判斷混凝土的質量。總體上講，混凝土強度愈高，波速愈高；而在較疏松的混凝土中，有離析、蜂窩、裂縫等，則波速較小[5]。總之，超聲波檢測基樁完整性的基本原則是以波速、振幅等作為識別指標，根據混凝土質量和超聲波波速的相互關系來判定基樁的完整性。圖2為超聲波透射法檢測基樁完整性示意圖。這是一種非破壞性的檢測方法，需要的儀器相對簡單，便于現場檢測。超聲波透射法具有檢測精度高、檢測深度深、檢測速度快等優點。超聲波透射法是近年來發展起來的一種新型的檢測方法。但是這種檢測方法需要有很好的垂直性，否則會造成檢測結果的畸變。

圖2 超聲波透射法檢測基樁完整性示意圖

2.3 高應變動力測樁法

高應變動力測樁法是利用大錘在樁頂部施加錘擊載荷，在樁頂部兩側設置速度傳感器和力傳感器，以獲取錘擊載荷下的加速度和力響應，從而在一定程度上克服了樁周土的摩擦力和阻力，實現了樁側和樁端的抗力。由于樁基礎檢測信號中含有承載力，所以高應變動力測樁法既能評定基樁的完整性，同時能夠對樁體的承載力進行判斷。這種方法需要的設備比較復雜，造價也比較高，一般都是用來檢測地基的承載力，很少應用到基樁完整性的判斷。

2.4 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是直接評定樁身質量、樁長、樁底沉渣厚度和樁端承載力的最直接方法，也是評定樁身混凝土強度的一種可靠方法。這種方法要求在樁身鉆孔，是一種局部破壞的測試方法，適合于800mm 以下的基樁。這種方法在判斷大范圍的混凝土離析、夾泥等局部缺陷時是行之有效的，但在橫向裂紋等方面，一般不能很好地用于其他非破壞性檢測中。

3 超聲波透射法基樁完整性檢測及判定

3.1 聲測管埋設的基本要求

埋設聲測管的基本要求如下：其一，在基樁直徑不超過1.5m 時，應埋設3 個；在基樁直徑超過1.5m 的情況下，埋設4 個聲測管道。其二，選用金屬管，內徑應大于傳感器外直徑15mm，并以螺紋形式接頭，不得滲漏。其三，在鋼筋籠內部焊接或捆綁，必須牢固、相互平行、定位準確，并埋入樁底，聲測管管口必須高出基樁頂部30cm。聲測管底部應該是密封的，并在上部加蓋。聲測管的起始點是線路正前方的一個頂點，然后將它按照順時針方向排列，分成一組。

3.2 有關檢測規程

在檢測之前的準備工作如下：其一，檢測基樁樁齡為14d 或更長。其二，用清水填充聲測管，確保傳聲器通暢。其三，校準超聲波檢測系統的延遲時間，用t0表示。其四，精確地測定聲測管的內外徑和相鄰2 個聲測管的外壁間距，使其精度達到要求。其五，在超聲波檢測之前，取芯孔的垂直偏差不能超過0.5%。

超聲波檢測必須符合以下條件：其一，檢測點之間的間隔不能超過25cm。超聲波的發射和接收探針應該保持同步上升，其相對高度差不超過20mm，并且可以在任何時候進行修正。其二，對相同的基樁進行檢測時，必須保證超聲發射端的電壓不變。其三，對聲時和波幅出現異常的部位，進行加密檢測，如等差同步、水平加密或扇形掃描等，并與波形分析相結合，以確定缺陷部位和嚴重程度。

3.3 常用檢測方法

在對測、斜測、差斜測、扇形掃描等基樁完整性的超聲波檢測中，常用的方法是平面法。對于可能存在的缺陷，可以采用斜測、交叉斜測和扇形掃描等方法進行輔助定位。在使用平面法時，檢測步驟如下：

第一步，在2 個聲測管的檢測點上，分別設置發送傳感器和接收傳感器。

第二步，在同一高度上，同步提升發射傳感器和接收傳感器，檢測點的步長通常在250mm 以下。

第三步，對超聲波接收的信號進行實時的顯示與記錄，讀取聲時、首波、周期值，并將其主頻率及頻譜曲線顯示出來。

第四步，若在多個聲測管中設置，以2 個聲測管為一檢測剖面，對各剖面進行聯合檢測。

第五步，對可能出現的樁身有缺陷的部位，應采用相關的輔助檢查，如密測（5cm 或1cm）、斜測、掃測等，以進一步明確缺陷的部位及嚴重性。

第六步，在檢測相同的基樁時，應將超聲波裝置的輸出電壓及參數設定值保持一致。

4 基于不確定層次分析法的基樁完整性判定

在應用超聲波透射法、低應變反射波法等方法進行樁基礎質量檢測時，基樁的波速、聲時、波形曲線等參數與混凝土的灌漿質量有著直接的關系。目前，基樁的整體剛度只能根據有關的技術指標來確定。但是，在實踐中，許多因素影響基樁的完整性判定。所以，有必要在工程實踐中，充分考慮各種影響因素，做出最合理的判定。需要構建一套評價指標體系，用以評價樁基礎施工質量；各指標對基樁質量的影響程度存在差異，采用不確定層次分析方法求出了各指標的權重；利用評價指標體系進行評價；最后，利用權重法對基樁的質量進行評價。

4.1 不確定層次分析法基本原理

使用AHP 進行綜合評價時，其核心步驟是建立一個合理的判斷矩陣，并運用適當的計算方法確定各指標的權重。在普通 AHP 中，指標間的重要性通常用1～9 來表示，不能用來描述不明確的東西。在工程實踐中，由于環境的復雜性和人的主觀能動性，很難做出準確的評判。當用區間數來判定兩個因子的重要程度時，這個判斷矩陣就是不確定的判斷矩陣。

4.2 評價指標體系建立

根據基樁承載力的主要影響因素，依據整體性和相對獨立性的基本原理，提出了一套完整的基樁工程質量評價指標。這套體系主要從樁身實際施工長度、樁身施工直徑、樁身缺陷分布、樁身的地質情況、樁身的沉降厚度等五個方面進行分析。根據這五項得分，對基樁質量進行了全面的評價。

根據國內外有關文獻、現行技術規程和相關數據，對樁身實際施工長度、樁身施工直徑、樁身缺陷分布狀況、樁身地質狀況、樁底沉渣厚度等五項指標進行評價。

5 工程實例分析

在某高速公路K132+083 中橋，樁長27m、直徑1.5m。在距樁身7m 處有一個同相位的反射，根據應力波反射原理，判斷這是一個縮頸樁，該縮頸樁實測波形如圖3所示。

圖3 某縮頸樁實測波形

由于許多因素會影響到基樁的完整性判定。因此，依據單參數判定基樁的完整性是不全面的。為此，以某縮頸樁為例，構建了一套評價指標體系，用以評價基樁的施工質量。在不確定 AHP 方法的基礎上，求出各個指標的權重；利用評價指標體系進行評價；最后，利用權重法對基樁的質量進行評價。通過實例計算，證明了所提出的評價方法是有效的。

6 結語

隨著國民經濟快速發展和城市化進程加快，社會對基礎設施的需求也在不斷增加。成本高和安全運行沒有因果關系。樁基礎是橋梁下部結構中的一種主要構件，可以為上部結構提供足夠的承載力。但是，這種地基的施工過程比較復雜，工序比較多。目前我國施工隊伍的質量還有待提升，對于基樁施工工藝和基樁施工中的突發情況，施工人員仍缺乏相應的應對措施。這導致了樁基礎出現了混凝土離析、斷樁、縮頸、樁底沉淀等問題。鑒于基樁完整性是確保其高承載力的充分條件，對其進行有效的施工質量檢測，及時發現并采取相應的補救措施，對于確保其安全運行具有重要的意義。