基樁完整性檢測方法應用分析

贠寶革，於嘉旺

（1.中交二航局建筑科技有限公司，湖北 武漢 430000；2.中冶交通建設集團有限公司，北京 100000）

0 引言

在公路水運工程建設中，樁基完整性檢測不但影響下一環節施工，而且是構筑物整體質量評定的關鍵性參數。《水運工程基樁試驗檢測技術規范》[1]中樁身完整性檢測方法主要是高應變法、低應變法、鉆芯法和聲波透射法；錢芬芳[2]通過對比試驗的方法分析了各種單一檢測方法的優缺點；蔡杰龍等[3]通過工程實例評價了不同檢測方法在工程基樁檢測中的優勢和不足；吳斌杰等[4]運用理論計算和模型試驗相結合的方法，研究了尺寸效應及樁身阻抗變化對低應變法檢測基樁完整性的影響；林婷[5]通過分析低應變法和聲波透射法的特點，并結合工程案例分析了綜合運用兩種方法的優勢；王煒等[6]通過理論和實際相結合的方法分析了不同缺陷程度的反射波形曲線；黃政霖[7]結合工程實際對大直徑長灌注樁進行了完整性檢測方法對比分析；Guan Wenjie 等[8]通過低應變反射波法研究了樁土系統三維效應對大直徑樁豎向動力響應的影響；吳騰輝[9]對不同樁基完整性的檢測方法進行了介紹并分析了其優缺點；袁金興等[10]通過工程實例研究了軟土樁基中聲波透射法檢測關鍵；燕季紅[11]分析了主要檢測方法對工程樁基檢測的影響；Meng Kun 等[12]通過土樁模型和異樁模型的分析方法研究了層狀飽和土中樁基完整性檢測方法的應用。本文在前人的研究上進一步介紹分析常用樁基完整性檢測方法的優缺點、關鍵要點和工程實際應用。

1 樁基完整性檢測方法及優缺點

1.1 高應變法及其優缺點

高應變法是用重錘在樁頂施加瞬時豎向動載荷，在沖擊作用下使樁土體產生相對位移，從而激發樁土效應。在動載實施前將加速度傳感器和應力應變傳感器對稱安裝在樁頂兩側，用以傳遞動測信號，通過傳遞回的動測信號分析樁身的完整程度。

高應變法存在以下優點：

（1）錘擊能量大，能夠檢測到長樁中下段及底部存在的缺陷，尤其是在多節預制長樁的檢測，能夠檢測到最深接樁位置的質量；

（2）基樁完整性等級評定可以通過完整性指數β 進行直接判定，簡單直觀；

（3）能夠在檢測完整性的同時兼顧檢測基樁承載能力，尤其是在試打樁和打樁監測中有著獨特的功能。

高應變法存在以下不足：

（1）重錘體積笨重，錘擊過程復雜，檢測設備價格高，檢測成本高而檢測效率較低；

（2）重錘起落過程中存在的安全隱患多安全風險大，造成人身機械傷害概率大；

（3）錘擊能力量大雖然能夠很好地檢測到深處缺陷但同時樁頂位置的輕微缺陷容易被遮蓋。

1.2 低應變法及其優缺點

低應變法是將樁假設為彈性連續桿，在樁頂施加低能量瞬態（或穩態）激振力產生彈性波且沿樁身向下縱向傳播，當樁身出現明顯變化時波阻抗也將發生明顯變化并產生反射波傳遞至樁頂傳感器通過儀器進行分析計算，定性分析樁身缺陷位置。

低應變法存在以下優點：

（1）工作原理簡單易理解，分析計算理論完善，儀器設備輕便易攜帶；

（2）檢測操作過程簡單，檢測輔助設備便攜只需體積稍小的手錘或力棒敲擊即可，不需要大型吊裝設備輔助配合；

（3）儀器設備便宜，檢測成本低，檢測速度快，檢測效率高，適用于大批量檢測且能夠很好地保證完整性檢測質量。

低應變法存在以下不足：

（1）樁身不規則形狀和尺寸影響檢測結果，容易錯判，但實際工程中不規則樁使用極少比如漸細樁、漸粗樁和彎曲樁等；

（2）樁身缺陷只能定性判定，無法定量判定，尤其是嵌巖樁；

（3）對小缺陷靈敏性低易被忽視，當有多處缺陷時，由于激振能量有限，樁身深處缺陷容易漏判；

（4）在不知樁長、樁身強度的條件下，禁止被用于校核被測樁的樁長和樁身強度。

1.3 鉆芯法及其優缺點

鉆芯法是一種局部破壞性檢測方法，它是用取芯設備從基樁中鉆取芯樣，直觀反映樁身的完整情況。

鉆芯法存在以下優點：

（1）直接準確反饋樁身的完整情況的同時驗證樁長、強度、樁底沉渣等情況；

（2）檢測結果如果只是輕微缺陷可通過加壓注漿增強處理，提升整體強度，修復輕微缺陷以滿足規范和設計要求；

（3）取芯數量少，但能反映樁的整體質量，尤其是長樁的深層質量；

（4）驗證無損檢測完整性異常的判定結果為后期處理提供依據。

鉆芯法存在以下不足：

（1）適用范圍有局限性，一般在旋噴樁和灌注樁使用，不在預制樁中使用；

（2）取芯會造成原有結構局部破壞，影響原結構的耐久性和安全性，取芯位置的選取專業性和經驗性強，需要剛好選在缺陷正上方；

（3）取芯速度慢，用時久，效率低，檢測花費大。

1.4 聲波透射法及其優缺點

聲波透射法是用聲波換能器在預埋樁中的聲測管間發射和接收聲波，并將聲波信號傳遞到檢測儀中。通過收集到的聲時、聲速、波幅和主頻等參數判斷樁身缺陷程度及相應位置。

聲波透射法存在以下優點：

（1）可以檢測從樁底到樁頂各處各橫截面砼質量，檢測結果精準可靠，不僅能判定缺陷程度還能確定其具體位置；

（2）可進行超長灌注樁檢測不受長徑比限制，尤其適用于大體積樁檢測；

（3）檢測現場操作簡單，檢測速度快，樁身軸向檢測充分，存在多處缺陷時不會漏測。

聲波透射法存在以下不足：

（1）需提前埋設聲測管且確保其不彎折、不堵塞，技術要求高；

（2）檢測前需清洗測管，將管內注滿清水，一旦發生堵管、斷裂等將無法完成后續檢測工作，如果洗管不徹底可能會造成樁底檢測結果錯判誤判情況；

（3）只能檢測到聲測管間的縱剖面范圍，存在隨機性；

（4）檢測過程需要團隊人員配合，分工明確協同作業，做好管距測量、換能器同橫截面、提升裝置和儀器設備檢測記錄同步。

2 檢測方法的關鍵要點

2.1 高應變法關鍵要點

高應變是一種既能檢測完整性又能檢測承載力的方法應掌握以下關鍵要點：

（1）操作人員具備一定的英語基礎，能夠熟練掌握儀器使用，確保采集的數據可靠、準確和有效；

（2）加速度和應力應變傳感器對稱安裝在同一截面的樁身兩側，緊貼樁壁安裝牢固，應力應變傳感器安裝牢固前應存在一定的活動量避免應力殘余；

（3）重錘落點位于樁中心且重力方向同樁中心軸向重合，避免偏心情況發生；

（4）檢測開始前測試傳感器及線纜傳遞信號情況，確保儀器設備性能良好；

（5）檢測過程中時刻關注人員安全和采集信號情況，確保安全準確地采集記錄信號；

（6）根據采集信號并結合地勘資料分析樁身完整性及承載力。

2.2 低應變法關鍵要點

低應變是一種操作簡便使用廣泛的完整性檢測方法應掌握以下關鍵要點：

（1）鑿除超澆部分，露出堅硬密實混凝土，并按規范要求在樁頂清理出三到四個無水、平整、干凈平面以備檢測使用，預制樁可在破樁頭前進行檢測；

（2）傳感器黏接位置干凈平整，合理選擇耦合劑將傳感器和樁頂平面黏接牢固；

（3）根據樁型和樁長合理選擇敲擊手錘或力棒，根據工作經驗一般15.00m 內的樁使用手錘敲擊信號，超過15.00m 選擇力棒敲擊信號以便更好地檢測到樁底信號；

（4）敲擊位置應干凈密實堅硬無積水，敲擊方向需同樁軸線方向保持平行；

（5）儀器設備內輸入的樁長、樁號、強度及波速要準確合理，一般強度在C30～C40范圍內，波速設定為3.800～4.000 km/s，強度在C60～C80 范圍內，波速設定為4.100～4.200 km/s；

（6）通過時域曲線和頻域曲線共同分析來提高基樁完整性評定的可靠性。

2.3 鉆芯法關鍵要點

鉆芯是一種專業技術要求強的局部破壞性檢測方法應掌握以下關鍵點：

（1）取芯機底座安裝要牢固水平合理；

（2）取芯設備需由專業的技術人員使用，芯樣提取過程要注意人身安全：

（3）取芯過程中要時刻保持鉆桿鉆進方向同基樁軸線平行，開始緩慢鉆進，如果遇到鋼筋及時調整角度緩慢鉆取，保證鉆取過程中有充分的水冷卻；

（4）每回次進尺和取芯長度嚴格按照相關規范進行并做好相關記錄；

（5）取出的芯樣由樁頂到樁底依次有序排列放置并做好米數位置標記。

2.4 聲波透射法關鍵要點

聲波透射是一種精準度高靈敏性強的無損檢測方法應掌握以下關鍵點：

（1）檢測前應做好聲測管清理工作，確保聲測管通暢且注滿清水；

（2）測試聲波換能器工作性能良好，儀器設備記錄分析功能正常；

（3）以北向為基準沿順時針方向依次標記管號并繪制成圖；

（4）將各個聲波換能器嚴格對應放入相應聲測管內；

（5）測量各個聲測管間的水平距離；

（6）團隊合作，分工明確協同作業，換能器同橫截面且在樁底位置剛剛立起、提升裝置和儀器設備檢測記錄同步；

（7）嚴格按照波形、波速、波幅和PSD 值進行等級評定。

3 檢測方法在工程中的應用

3.1 高應變法實例應用

以某實際工程中的PHC 樁為例進行高應變分析。PHC 樁的相關參數為樁長：18.00m，樁徑1 000mm，強度C80，此次采用D-100 筒式柴油錘進行檢測。由圖1 高應變力和速度阻抗乘積波形曲線圖可知，該樁樁底反射信號明顯，完整性指數β=0.87判定為Ⅱ類樁，該樁在15.20m 位置存在輕微缺陷反射波。

圖1 高應變力和速度阻抗乘積波形曲線圖

3.2 低應變法實例應用

以某實際工程中的PHC 樁為例進行低應變分析。PHC 樁的相關參數為樁長28.00m，樁徑500mm，強度C80，此次采用5kg 力棒進行敲擊。由圖2 低應變實測時域曲線圖可知，該樁未檢測到樁底信號考慮為樁底土同樁身阻抗相近所致，樁頂以下約3.00m 位置雖有同向反射信號但并非缺陷，是因為樁頂靠下位置澆筑薄層混凝土墊層造成的，因此將該樁評定為Ⅰ類樁。

圖2 低應變實測時域曲線圖

3.3 鉆芯法實例應用

以某實際工程中的鉆孔灌注樁為例進行鉆芯分析。灌注樁的相關參數為樁長68.70m，樁徑1 800mm，強度C40，此次按規范要求采用雙管單動取芯機進行取芯。由圖3 鉆取芯樣圖可知，該孔實際取芯長度71.4m，樁身混凝土芯樣連續、完整、斷口吻合、呈長柱狀、外表面光滑，判定此孔樁身完整。

圖3 鉆取芯樣圖

3.4 聲波透射法實例應用

圖4 聲波透射法曲線圖、圖5 聲波透射法波列影像圖和圖3 鉆取芯樣圖為同一根樁。由圖可知此樁6 個剖面從樁底到樁頂PSD 值、聲速值及波幅值均在臨界值右側正常范圍內，因此判定樁身完整評定為Ⅰ類樁。

圖4 聲波透射法曲線圖

圖5 聲波透射法波列影像圖

4 結論與展望

通過理論分析和工程實踐，針對不同方法在基樁完整性檢測中的特點得到如下結論：

（1）高應變、低應變、鉆芯及聲波透射各有其優點和不足。

（2）高應變一般用于PHC 樁的承載力和完整性檢測，低應變普遍適用于各類型樁但受樁長、尺寸、阻抗等多因素影響，鉆芯一般用來驗證無損檢測結果，聲波透射通常僅用于要求較高且提前埋設好的混凝土灌注樁。

（3）掌握相應檢測方法的關鍵要點能為結果判定奠基堅實的原始基礎。

（4）在實際工程中如遇到異常樁可通過多種方法共同檢測來提升判定結果的準確性和可靠性。

基樁完整性關系著基礎工程和建筑物的質量安全，因受本人時間、知識儲備及實際工程經歷的限制，只進行了應用上的實用技能分析，下一步將進行相應方法的細化研究。