鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制與檢測(cè)

胡延贊

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

鉆孔灌注樁在橋梁結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用。在具體工程中，受地質(zhì)條件、承載能力和環(huán)境的影響，對(duì)樁的質(zhì)量要求存在差異，但都必須滿足工程對(duì)樁的力學(xué)性能的要求，這就離不開(kāi)施工過(guò)程的質(zhì)量控制和成樁后的質(zhì)量檢測(cè)。

1 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制

目前，鉆孔灌注樁已由原來(lái)的小樁徑、短樁長(zhǎng)，發(fā)展為大樁徑、長(zhǎng)樁長(zhǎng)。目前，我國(guó)高速公路采用的單樁直徑均在1500mm 以上，樁長(zhǎng)也達(dá)到了100m。

1.1 鉆孔灌注樁施工方案

鉆孔灌注樁施工前，要制定合理完善的施工方案，明確施工過(guò)程的施工環(huán)節(jié)、施工重點(diǎn)以及安全管理措施，并對(duì)施工方案進(jìn)行逐級(jí)審核。在施工過(guò)程中，要依據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題和狀況不斷地對(duì)方案進(jìn)行查漏、調(diào)整和補(bǔ)缺，使施工方案逐步趨于完善。

1.1.1 鉆孔灌注樁的前期準(zhǔn)備工作

樁基礎(chǔ)施工之前，首先，要做好地質(zhì)情況、施工現(xiàn)場(chǎng)和施工環(huán)境等的勘察工作，然后根據(jù)建設(shè)需求和現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求的設(shè)計(jì)圖紙。其次，是制定科學(xué)合理的施工技術(shù)方案，并對(duì)技術(shù)人員做好技術(shù)和安全交底，技術(shù)交底主要是根據(jù)施工圖紙、現(xiàn)場(chǎng)情況和施工水平，對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析和復(fù)核，讓施工技術(shù)人員能夠熟悉和掌握設(shè)計(jì)圖紙和施工方案的意圖，同時(shí)發(fā)現(xiàn)與圖紙和現(xiàn)場(chǎng)相互矛盾的技術(shù)要點(diǎn)，并及時(shí)上報(bào)且制定出相應(yīng)的解決措施。再次，是施工前根據(jù)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)位置對(duì)原地面進(jìn)行平整和填土壓實(shí)，形成工作平臺(tái)，工作平臺(tái)的大小要滿足鉆孔、吊裝鋼筋籠和澆筑混凝土的需要。

1.1.2 護(hù)筒的埋設(shè)環(huán)節(jié)

在進(jìn)行護(hù)筒的埋設(shè)施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先使用全站儀或更高精度的測(cè)量?jī)x器對(duì)樁的中心位置進(jìn)行放樣，護(hù)筒的中心位置與樁的中心位置偏差和護(hù)筒的豎向傾斜度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量完成后，要認(rèn)真地對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核。對(duì)護(hù)筒周?chē)灭べ|(zhì)土分層夯實(shí)，確保護(hù)筒的穩(wěn)定和底口不漏失泥漿。

1.1.3 泥漿的制備環(huán)節(jié)

泥漿的性能應(yīng)結(jié)合鉆孔方法和地質(zhì)情況通過(guò)試驗(yàn)確定，并在鉆孔過(guò)程中隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整。

1.1.4 清孔環(huán)節(jié)

清孔工作應(yīng)在孔深、孔徑、傾斜度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后方可進(jìn)行，清孔時(shí)必須防止護(hù)壁坍塌。在灌注混凝土之前，應(yīng)再次檢查泥漿的性能和沉渣的厚度，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次清孔，符合要求后方可灌注混凝土。

1.1.5 鋼筋籠安裝環(huán)節(jié)

鋼筋的規(guī)格型號(hào)和焊接標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)符合設(shè)計(jì)要求，制作、運(yùn)輸和吊裝應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，防止出現(xiàn)骨架變形的現(xiàn)象。安裝前應(yīng)對(duì)聲測(cè)管的位置和密封性進(jìn)行檢查，盡量保證聲測(cè)管暢通。

1.1.6 混凝土灌注環(huán)節(jié)

混凝土灌注前應(yīng)根據(jù)方案?jìng)潺R相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，主要儀器設(shè)備應(yīng)有備用。混凝土的性能應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行試驗(yàn)后確定配合比。導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密試驗(yàn)，在灌注混凝土的時(shí)候，根據(jù)混凝的高度及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管在混凝土中的埋置深度，嚴(yán)格控制混凝土的灌注時(shí)間和灌注過(guò)程的連續(xù)性，并充分考慮由于時(shí)間、運(yùn)輸距離和溫度引起的坍落度損失，保證混凝土的和易性。

1.2 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量影響因素及對(duì)策

鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量控制環(huán)節(jié)分為成孔質(zhì)量控制和成樁質(zhì)量控制。成孔質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素有：成孔垂直度、成孔位置及深度、泥漿性能指標(biāo)和鉆孔速度。成樁質(zhì)量控制主要有鋼筋籠的制作與吊裝和混凝土灌注質(zhì)量。

1.2.1 成孔質(zhì)量控制的對(duì)策

（1）施工前應(yīng)檢查鉆機(jī)的定位和穩(wěn)定性是否滿足要求，并檢查鉆頭的垂直度，防止在施工過(guò)程中出現(xiàn)傾斜等問(wèn)題，在鉆孔過(guò)程中還需經(jīng)常復(fù)核鉆頭的垂直度，若有偏差應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（2）施工前應(yīng)對(duì)鋼護(hù)筒的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，并用鋼測(cè)繩定期測(cè)量孔深，及時(shí)了解成孔進(jìn)度，避免樁長(zhǎng)不夠或超鉆。

（3）成孔過(guò)程中，需根據(jù)巖層的情況調(diào)整泥漿的配合比，經(jīng)常性地對(duì)泥漿的指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，以確保泥漿的護(hù)壁剛度，避免塌孔。

（4）鉆孔過(guò)程中要根據(jù)巖層情況控制好鉆頭的鉆進(jìn)速度，盡量避免因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致孔壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）成孔后要通過(guò)清孔對(duì)樁底沉渣厚度進(jìn)行控制，清孔過(guò)程中不但要保證沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求，還要對(duì)泥漿的性能進(jìn)行檢測(cè)，防止因清孔而導(dǎo)致泥漿護(hù)壁剛度不足引起的塌孔。

1.2.2 成樁質(zhì)量控制的對(duì)策

（1）鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)制做時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制主筋和螺旋筋的位置，經(jīng)檢查合格后方可吊放，并布置保護(hù)層厚度的墊塊，吊放時(shí)應(yīng)緩慢下降，對(duì)準(zhǔn)孔位，現(xiàn)場(chǎng)搭接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照要求對(duì)鋼筋進(jìn)行搭接。運(yùn)輸及吊放的過(guò)程中要防止鋼筋籠發(fā)生變形。

（2）混凝土灌注前，應(yīng)嚴(yán)格按照配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁鶕?jù)攪拌站與施工地點(diǎn)的距離調(diào)整混凝土的和易性，以保證首批混凝土的灌注時(shí)間不能超過(guò)初凝時(shí)間。灌注過(guò)程中嚴(yán)格控制灌注速度，防止鋼筋籠上浮。

2 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量檢測(cè)

2.1 鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)方法

鉆孔灌注樁樁身完整性是反映樁身截面尺寸相對(duì)變化、樁身材料密實(shí)性和連續(xù)性的綜合定性指標(biāo)。檢測(cè)方法有低應(yīng)變法、聲波透射法、高應(yīng)變法，鉆芯取樣法等。

（1）低應(yīng)變法具有儀器操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快和檢測(cè)成本低等特點(diǎn)，但存在檢測(cè)深度有限、小缺陷靈敏度不高、無(wú)法檢測(cè)樁底沉渣等局限性。

（2）聲波透射法可以可靠地判別樁身的缺陷及其位置，無(wú)測(cè)試盲區(qū)，不受樁長(zhǎng)樁徑限制，可判定混凝土的均勻性，并且還能分析出混凝土的強(qiáng)度。但澆筑混凝土之前要在鋼筋籠上預(yù)埋聲測(cè)管，操作比較復(fù)雜。

（3）鉆芯法具有準(zhǔn)確、直觀等特點(diǎn)，能較為客觀的反映樁身質(zhì)量缺陷以及樁底沉渣等情況。但其速度慢、費(fèi)用高，屬于有損檢測(cè)，一般工程上用于無(wú)法判定缺陷類(lèi)型和對(duì)檢測(cè)結(jié)果存在爭(zhēng)議的樁基上。

2.2 聲波透射法測(cè)試原理

2.2.1 測(cè)試原理

聲波透射法是目前工程上最為常見(jiàn)的一種檢測(cè)樁基完整性的方法，本文將通過(guò)介紹該檢測(cè)方法的原理，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步分析鉆孔灌注樁施工質(zhì)量引起的樁基缺陷，并提出施工過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)。

鉆孔灌注樁一方面屬于隱蔽工程，其施工過(guò)程具有不可預(yù)見(jiàn)性，技術(shù)人員無(wú)法直觀了解每個(gè)工序的情況，因此樁身質(zhì)量直接決定了上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另一方面，混凝土是一種由水、水泥、砂石、外加劑等多種材料組成的非均質(zhì)材料，尤其水下樁基礎(chǔ)的混凝土無(wú)法通過(guò)人工干預(yù)密實(shí)，所以存在孔洞、裂縫、夾泥夾砂、縮頸，甚至斷樁等缺陷，這些缺陷在超聲波通過(guò)時(shí)會(huì)使混凝土產(chǎn)生聲阻。

超聲波是彈性波的一種，若將混凝土介質(zhì)視為彈性體，則超聲波會(huì)在混凝土按照彈性波在彈性體中的傳播規(guī)律傳播。超聲波檢測(cè)儀從發(fā)射端換能器探頭發(fā)射出聲波,并經(jīng)過(guò)水的耦合作用傳到聲測(cè)管，再傳到混凝土介質(zhì)中，并從混凝土傳到接收端的聲測(cè)管，經(jīng)水的耦合作用后到達(dá)接收端換能器探頭。該過(guò)程考慮液體和氣體沒(méi)有剪切彈性，只能傳遞播縱波，因此該技術(shù)采用波分量。

2.2.2 測(cè)試要求

在樁基礎(chǔ)的施工階段要對(duì)聲波透射法的檢測(cè)做好準(zhǔn)備工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做如下要求：

（1）焊接鋼筋籠時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁徑的大小確定聲測(cè)管的埋置數(shù)量，樁徑≥1.5m 時(shí)，埋設(shè)3 根聲測(cè)管，樁徑＞1.5m 時(shí)，埋設(shè)4 根聲測(cè)管。

（2）聲測(cè)管需采用金屬管，并且聲測(cè)管直徑保證不能影響換能器上下的暢通，還要保證不變形、不斷裂，聲測(cè)管下端封閉、上端加蓋、管內(nèi)無(wú)異物，接口處光滑過(guò)渡，管口高出樁頂100～300mm，且每根聲測(cè)管的埋置深度和管口高度均要保持一致。

（3）混凝土齡期至少達(dá)到14d，混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不應(yīng)低于15MPa。

（4）檢測(cè)前保證換能器在聲測(cè)管內(nèi)全程范圍升降順暢，對(duì)于堵塞的管應(yīng)及時(shí)進(jìn)行疏通。管道暢通則在聲測(cè)管內(nèi)注滿清水，并保證檢測(cè)過(guò)程中管內(nèi)水位不低于設(shè)計(jì)樁頭標(biāo)高。

（5）準(zhǔn)確測(cè)量聲測(cè)管的內(nèi)外徑和外壁距離，精確到lmm。

2.2.3 測(cè)試方式

聲波透射法檢測(cè)樁基完整性有對(duì)測(cè)、斜側(cè)和扇形測(cè)三種方法。

（1）對(duì)測(cè)。發(fā)射和接收換能器分別置于兩聲測(cè)管的同一高度，自下而上，將收發(fā)換能器以相同步長(zhǎng)（≤100mm）向上提升，進(jìn)行水平檢測(cè)。若平測(cè)后，對(duì)存在樁身質(zhì)量問(wèn)題的可疑點(diǎn)進(jìn)行加密平測(cè)，以確定異常部位的縱向范圍。

（2）斜測(cè)。讓發(fā)、收換能器在聲測(cè)管內(nèi)保持一定的高程差，在聲測(cè)管中以相同步長(zhǎng)，同步升降進(jìn)行測(cè)試。斜測(cè)分單向斜測(cè)和交叉斜測(cè)。斜測(cè)時(shí)，發(fā)、收換能器中心連線與水平夾角一般取30°～40°。斜測(cè)可探出局部缺陷、縮徑或?qū)y(cè)管附著泥團(tuán)、層狀缺陷等。

（3）扇形測(cè)。扇形測(cè)在樁頂、樁底斜測(cè)范圍受限或?yàn)闇p小換能器升降次數(shù)時(shí)采用。一只換能器固定在某一高程不動(dòng)，另一只逐步移動(dòng)，測(cè)線呈扇形分布。此時(shí)換算的波速可以相互比較，但幅值無(wú)可比性，只能根據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)幅值的突變來(lái)判斷是否有異常[1-3]。

2.3 樁基檢測(cè)案例

某橋梁項(xiàng)目樁徑為1.6m，孔深30m 的樁基埋置4根聲測(cè)管，第一次聲波透射法檢測(cè)的波形圖如圖1 所示。由圖1 分析，在孔深10.8～11.8m 處，1～2，2～3，2～4 剖面聲速、波幅值均低于臨界值，PSD 值也有異常反應(yīng)，初步判斷為2 號(hào)聲測(cè)管泥漿包管、夾泥。

圖1 第一次聲波透射法檢測(cè)的波形圖

經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，聲測(cè)管泥漿包管，如圖2 所示。經(jīng)人工挖孔至11m 左右處驗(yàn)證，孔壁局部坍落，致使泥團(tuán)包裹聲測(cè)管，故判定為Ⅲ類(lèi)樁。

圖2 聲測(cè)管泥漿包管

后采用人工挖孔鑿出該聲測(cè)管處泥團(tuán)，清洗混凝土面后用C40 混凝土修補(bǔ)，經(jīng)處理后復(fù)測(cè)，檢測(cè)波形圖如圖3 所示。聲速、波幅均大于臨界值，波形正常，判定為Ⅰ類(lèi)樁。

圖3 處理后聲波透射法檢測(cè)的波形圖

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鉆孔灌注樁作為橋梁結(jié)構(gòu)的主要受力部位，不但要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工，加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制，還要加強(qiáng)成樁后的質(zhì)量檢測(cè)，通過(guò)科學(xué)的檢測(cè)手段交叉進(jìn)行驗(yàn)證，判定成樁質(zhì)量。實(shí)踐證明，聲波透射法可以可靠地判斷樁身的缺陷及其位置，無(wú)測(cè)試盲區(qū)，不受樁長(zhǎng)、樁徑限制，可判定混凝土的均勻性，并且還能分析出混凝土的強(qiáng)度。