基樁質(zhì)量檢測方法的綜合研究及案例分析

胡靜

（廣東省有色工業(yè)建筑質(zhì)量檢測站有限公司）

0 前言

建筑工程基樁質(zhì)量檢測，常見的檢測分為完整性與承載力檢測。其中完整性檢測方法有：低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法、高應(yīng)變法，承載力檢測有：單樁抗壓靜載試驗、單樁抗拔靜載試驗、水平靜載試驗、高應(yīng)變法。本文運用上述幾種檢測方法，針對檢測數(shù)據(jù)存疑情況進行驗證，確實存在質(zhì)量問題情況經(jīng)設(shè)計制訂處理方案后進行樁身復(fù)驗，對后期工程施工及驗收提供重要依據(jù)。

基樁完整性檢測方面，學(xué)者也做了很多研究。王建文[1]對聲測法檢測混凝土灌注樁基本原理進行了介紹,并結(jié)合工程檢測數(shù)據(jù)實例的分析,對聲測法檢測樁基中聲學(xué)參數(shù)的分析方法及注意事項進行了討論；劉慶生[2]針對聲波透射法檢測過程精細化控制，以達到最終數(shù)據(jù)準確性判斷，對聲波透射法具體實施細則做了詳細介紹；賴劉保[3]分析了三種樁身完整性檢測方法的原理，識別常見樁身缺陷的經(jīng)驗，結(jié)合工程中典型的淺部斷樁、樁底沉渣、中部離析等缺陷說明低應(yīng)變法、聲波透射法和鉆芯法的綜合應(yīng)用。上述學(xué)者都相應(yīng)分析了幾種樁身完整性檢測方法的適用性，其中賴劉保也對三種方法進行了綜合應(yīng)用。

本文將分別針對四種完整性檢測的優(yōu)缺點及局限性進行闡明，用典型工程案例進行分析，本文只對完整性檢測有疑問的基樁進行加固處理后的復(fù)驗工作進行介紹?？紤]靜載試驗的成本問題，復(fù)驗方法主要包括高應(yīng)變法和鉆芯法。在此基礎(chǔ)上總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，結(jié)合實際地質(zhì)條件，對質(zhì)量檢測幾種方法的運用與工程檢測分析提供參考。

1 基本原理及局限性

1.1 低應(yīng)變法

本方法是通過在樁頂施加一定能量的激振信號產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過程中，遇到突變不連續(xù)的界面（如縮徑、夾泥、離析、松散等缺陷）和樁底面時，將產(chǎn)生反射波，檢測分析反射波的傳播時間、幅值和波形特征，綜合分析來判斷樁的完整性。

缺陷的程度根據(jù)缺陷反射的幅值定性確定，缺陷位置根據(jù)反射波的時間tx由下式確定：

低應(yīng)變法的優(yōu)點包括可操作性強，檢測方便快捷。但因其原理，局限性主要反應(yīng)在以下幾個方面：

⑴針對豎向裂縫或缺陷等敏感性較弱或不敏感；

⑵地質(zhì)條件復(fù)雜，樁周土對應(yīng)力波的削弱，長徑比較大時，激振能量較小，往往很難反應(yīng)出樁長及樁底情況；

⑶對漸變性、彎曲、微小缺陷不能判別，只能對嵌巖效果做評判，不能判斷是否為沉渣影響。

1.2 高應(yīng)變法

本方法是運用重錘沖擊樁頂，產(chǎn)生一定數(shù)量級能量激振信號，使樁—土產(chǎn)生足夠的相對位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收樁的應(yīng)力波信號，應(yīng)用應(yīng)力波理論分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身質(zhì)量完整性。

原理同理于低應(yīng)變法，因此，其樁身應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可寫為：

假設(shè)土阻力是由靜阻力和動阻力兩部分組成：

R=Rs+Rd

推導(dǎo)可得樁的一維波動方程：

分析方法采用Case法和實測曲線擬合法：

記沖擊速度峰對應(yīng)時間為t1，t2=t1+ 2L/C為樁底反射對應(yīng)時間，根據(jù)實測的力、速度曲線F(t)、V(t)推導(dǎo)可得Case法判定樁的承載力的計算公式為：

實測曲線擬合法采用了較復(fù)雜的樁－土力學(xué)模型，選擇實測力、速度或上行波作為邊界條件進行擬合，擬合完成時計算曲線應(yīng)與實測曲線基本吻合，樁側(cè)土摩阻力應(yīng)與地質(zhì)資料基本相符，貫入度的計算值應(yīng)與實測值基本吻合，從而獲得樁的豎向承載力和樁身完整性。

高應(yīng)變法檢測原理與低應(yīng)變法基本一致，主要是樁身激振能量數(shù)量級的不同，達到的應(yīng)變量級的差異。因此，高應(yīng)變不僅能進行完整性判別，還能通過力學(xué)模型擬合，獲得樁的豎向承載力。其完整性判別的局限性與低應(yīng)變類似，此處不作贅述。

1.3 聲波透射法

由超聲波脈沖發(fā)射源在砼內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特征；當混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當砼內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)砼的密實度參數(shù)。測試記錄不同剖面、樁身高度內(nèi)的超聲波動特征，經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)內(nèi)砼的參考強度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。

聲波透射法類似于醫(yī)學(xué)CT，對樁長范圍內(nèi)按照一定間距進行掃描，對范圍性缺陷非常敏感，且準確度高。其局限性是對橫向缺陷，如斷樁、裂縫等不敏感，在聲時、波幅及PSD 曲線上都不會發(fā)生明顯的變化。另外，本方法只能對樁身聲測管埋設(shè)范圍內(nèi)完整性進行判定，樁底沉渣及豎向承載力無法進行判斷。

1.4 鉆芯法

本方法是根據(jù)鉆取芯樣，確定樁長（墻深）、樁（墻）底沉渣厚度，鑒別巖石地基性狀、樁（墻）持力層巖土性狀，并通過芯樣特征、芯樣單軸抗壓強度判斷混凝土灌注樁、地下連續(xù)墻、復(fù)合地基增強體、水泥土墻的施工質(zhì)量的檢測方法。能對其他檢測方法的檢測結(jié)果進行驗證檢測。

鉆芯法通過芯樣特征對樁身完整性分類，芯樣的表觀缺陷主要劃分為分層、水平裂縫，氣孔、蜂窩麻面、溝槽、破碎、松散和夾泥。因此，具有比高低應(yīng)變及聲波透射法更直觀的一面，也有“一孔之見”代表性差的一面，特別是針對樁底入巖情況與沉渣厚度判斷有很大的參考性。

2 工程案例分析

⑴樁A 為嵌巖樁，持力層為中風(fēng)化砂巖，樁徑1000mm，設(shè)計樁長11.00m，混凝土強度C40。進行低應(yīng)變法檢測，嵌巖樁樁底同向反射（圖1），初步判斷樁底存在沉渣或者離析破碎，導(dǎo)致入巖效果不佳。根據(jù)規(guī)范要求，對該根樁進行鉆芯驗證。結(jié)果顯示樁底10.75m至11.20m 為離析破碎狀（如圖2）。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及查閱地勘資料，該工程地下水豐富，樁底部分被地下水侵蝕。針對此類質(zhì)量問題，常見處理方式：一是由設(shè)計方重新制訂樁基方案，進行補樁處理；二是在原有基樁進行補強處理。從經(jīng)濟與安全方面考慮，可優(yōu)先補強處理，通過高壓注漿后再進行復(fù)驗。因此復(fù)驗方式可選擇高應(yīng)變法或鉆芯法，檢驗補強效果，依此來判定處理效果。

圖1 樁A低應(yīng)變法曲線

圖2 樁A鉆芯示意圖

⑵樁B 為嵌巖樁，持力層為中風(fēng)化砂巖，樁徑1000mm，設(shè)計樁長9.40m，混凝土強度C40。檢測方案選定此根樁進行聲波透射法檢測，檢測結(jié)果顯示：距樁頂8.90m 至9.10m 范圍，兩個剖面存在波幅與波速均劇烈下降，PSD 曲線發(fā)生突變，如圖3 所示，初步判定為樁身局部缺陷。

圖3 樁B聲波波列圖曲線

擬分別采用低應(yīng)變法與鉆芯法進行驗證，結(jié)果顯示：低應(yīng)變對小型局部缺陷不敏感（如圖4），鉆芯法所顯示缺陷為夾泥約3cm、輕微離析合計約15cm（如圖5）。此樁情況與樁A 類似，只是缺陷類型不一樣，檢測出來的方法反應(yīng)方式也不一樣，間接證明了不同方法適用性與局限性。

圖4 樁B低應(yīng)變法曲線

圖5 樁B鉆芯示意圖

⑶某橋樁C 為沖孔摩擦樁，樁徑1400mm，設(shè)計樁長33.40m，混凝土強度C35。進行低應(yīng)變法檢測，距樁頂7.70m 左右存在輕微缺陷（如圖6）；進行聲波透射法檢測，在靠河流一側(cè)的剖面距樁頂7.50m 至7.90m 范圍存在缺陷，其余兩剖面完好（如圖7）。查驗地勘資料得知，在該范圍內(nèi)存在砂土層。

圖6 樁C低應(yīng)變法曲線

圖7 樁C聲波波列圖曲線

此案例反應(yīng)針對范圍性缺陷，低應(yīng)變與聲波透射法均能很準確做出判斷；針對此類情況，按照規(guī)范相關(guān)條款，完整性類別可判定為II 類樁。對缺陷產(chǎn)生原因做初步分析，地質(zhì)條件對樁身質(zhì)量影響較大，澆筑過程中砂土易受水滲透侵蝕，砂土流失后會對樁身混凝土密實度有一定影響，在檢測數(shù)據(jù)上就可能定性為缺陷。

3 建議

⑴嚴格按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計文件制訂地基基礎(chǔ)檢測方案，檢測順序宜優(yōu)先完整性檢測，再進行承載力檢測。針對完整性檢測中存疑或完整性類別為III 與IV樁進行復(fù)驗、擴大檢測與驗證檢測，提出合理化意見供設(shè)計參考，做出下一步的規(guī)劃。

⑵無論完整性檢測或承載力檢測，都需提前做好相關(guān)準備，盡可能排除一切能干擾到檢測結(jié)果的外部因素。如低應(yīng)變法應(yīng)打磨樁頭，鑿除浮漿；聲波透射法應(yīng)清理聲測管內(nèi)部泥漿或雜物，確保耦合劑為清水；鉆芯法應(yīng)搭建好鉆孔平臺，防止傾斜、搖擺，導(dǎo)致偏出樁外；高應(yīng)變法應(yīng)對灌注樁按照標準做好樁帽，確保樁帽上部平整及其強度滿足要求；單樁抗壓靜載試驗應(yīng)確保地基承載力滿足堆載要求，合理根據(jù)現(xiàn)場情況預(yù)設(shè)堆載形式與組裝順序，安裝安全警示牌，設(shè)置安全警戒區(qū)。

⑶驗證單樁承載力時，靜載試驗成本較高，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況與設(shè)計要求綜合考慮。所以進行承載力檢測時，可選取存疑或需驗證的樁進行，避免先進行承載力檢測后，為驗證檢測增加工程成本。

⑷在對待樁身質(zhì)量問題時，運用低應(yīng)變法的快速普查效果與聲波透射法對缺陷的高敏感性特點，結(jié)合鉆芯法進行驗證，根據(jù)地勘資料的地質(zhì)環(huán)境，確定工程質(zhì)量問題原因，為后期補強或補樁等措施提供依據(jù)。

⑸基樁質(zhì)量關(guān)乎整體工程項目質(zhì)量的好壞，施工單位應(yīng)提升施工工藝與水平，針對特殊地質(zhì)情況或施工環(huán)境應(yīng)具有較高適應(yīng)性；檢測單位作為工程質(zhì)量標尺，應(yīng)嚴守道德底線，嚴格依據(jù)規(guī)范要求，為工程質(zhì)量保駕護航。

4 總結(jié)

建筑工程中，樁基礎(chǔ)質(zhì)量決定工程的整體質(zhì)量。復(fù)雜的地質(zhì)條件與不合格的施工技術(shù)往往是工程質(zhì)量的絆腳石。要熟悉地質(zhì)條件對工程檢測的影響，用以甄別各類質(zhì)量問題。因此，實施檢測過程中，應(yīng)既規(guī)范，也應(yīng)熟練運用各類檢測方法，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，對檢測數(shù)據(jù)做出合理判斷，為施工改進或驗收提供保證，在普查、復(fù)驗與驗證各個環(huán)節(jié)，做出準確的判定并提出合理合規(guī)的建議。這樣才能保證工程進度，也能便于高質(zhì)量施工管理，減少不必要的經(jīng)濟損失。