基樁樁身完整性檢測原理與方法選擇及驗證

摘" 要：為建設工程基樁樁身完整性檢測提供真實、可靠、準確的檢測結果。依據我國現行的相關技術標準，采用低應變法、聲波透射法、鉆芯法進行樁身完整性檢測。結果表明，低應變法存在一定的局限性，受地質條件及成樁工藝的影響較大。說明采用低應變法檢測樁身完整性需要用其他2種方法去驗證，再綜合分析判斷出準確的檢測結果，確保工程項目樁基質量安全。

關鍵詞：基樁;技術標準;樁身完整性;檢測原理;檢測方法

中圖分類號：TU473.1+6" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0155-05

Abstract： The purpose of this paper is to provide true， reliable and accurate test results for the integrity testing of foundation piles in construction projects. According to the current relevant technical standards in China， the pile integrity is tested by low strain method， acoustic transmission method and core drilling method. The results show that the low strain method has some limitations， which is greatly influenced by geological conditions and pile forming technology. It shows that using the low strain method to test the pile integrity needs to be verified by the other two methods， and then comprehensively analyze and judge the accurate test results to ensure the quality and safety of the pile foundation of the project.

Keywords： foundation pile; technical standard; pile integrity; testing principle; testing method

我國樁基工程是主要在建工行業建筑工程、市政道路橋梁工程、交通公路工程中應用最廣泛的一種基礎形式。樁基礎是基礎的一部分，是由上部構筑物永久荷載及臨時荷載傳遞至樁基礎，再將這部分荷載傳遞至地基中。由于樁基工程其承載力高，具有良好的使用性和足夠的耐久性，保障上部結構的安全性，所以在施工工序中也是至關重要的一部分。假如樁基工程未滿足設計和規范要求，構筑物上部結構也會出現不同程度的質量問題，如樁基下沉均導致上部結構不同程度開裂、傾斜，嚴重時甚至導致倒塌。樁基礎工程的基樁樁身完整性質量直接影響基樁承載力的質量。目前基樁樁身完整性檢測方法有低應變法、高應變法、鉆芯法、聲波透射法。低應變法和高應變法屬于動力測樁試驗，兩者有相同的理論基礎。

本文通過實際工程案例對某工程鉆孔灌注樁采用低應變、聲波透射法、鉆芯法檢測樁身完整性，依據相關技術標準及規范檢測的結果進行分析驗證這3種方法選擇的優缺點及局限性。

1" 基樁檢測樁身完整性有關的技術標準及規范

我國現行樁基設計、施工、驗收試驗相關的國家標準主要有GB 50202—2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準》和GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》。

我國現行樁基設計、施工、驗收試驗相關的建筑工程行業標準主要有JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》、JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術規范》、JGJ 94—2008《建筑基樁設計規范》。

我國現行樁基設計、施工、驗收試驗相關的交通公路工程行業標準主要有JTG/T 3512—2020《公路工程基樁檢測技術規程》。

我國現行樁基設計、施工、驗收試驗相關的電力工程行業標準主要為DL/T 5493—2014《電力工程基樁檢測技術規程》。

基樁檢測樁身完整性依據相關的法律法規及設計文件，同時也滿足合同約定內容、現行國家標準及行業標準，為了保證工程質量，建議選取更加嚴格的技術規范標準來執行。

2" 樁身完整性檢測方法的基本原理

2.1" 基樁低應變法

低應變法檢測樁身完整性適用于檢測鉆孔灌注樁及沖孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、預應力管樁/方樁。采用低應變反射波法使用力棒在樁頂垂直施加一瞬時作用力，樁的端面上的質點受力后產生振動的傳播就形成了波，此時彈性波就會沿著樁身進行傳播。①激振產生的是半球面波，要求垂直激振，只產生縱波;②因波長較長，遠離樁頭后可按準平面波考慮;③接近樁頭部分有斜射發生，會有折射縱波、折射橫波，向樁身外傳播;④垂直入射的縱波傳播至樁底，再向上反射。通過采集波形的分析判斷對于縮頸類缺陷（縮徑、空洞、離析、裂縫等），反射波與入射波相同;對于擴勁類缺陷，反射波與入射波相反當樁長和樁徑一定時，樁身強度愈大、樁側土強度愈小、樁底反射信號愈強;反之，樁身強度愈低、樁側土強度愈大，樁底反射信號愈弱。

2.2" 基樁聲波透射法

聲波透射法檢測樁身完整性適用于鉆孔灌注樁及沖孔灌注樁、人工挖孔灌注樁，同時也適用于大直徑灌注樁。采用聲波透射法的檢測預埋2根或2根以上的聲測管作為檢測通道，聲測管中注滿清水作為耦合劑，把發射換能器與接受換能器放置于聲測管中，由超聲儀器激勵發射換能器產生超聲脈沖，聲波發射穿過樁身混凝土，并經接收換能器，由儀器接收并顯示接收的超聲波的波形及數據，判斷出超聲波透過混凝土是接收波首波的波幅及接收波形、聲時參數。自樁底到樁頭每隔10 mm間距，設置1個超聲測點，聲測管通常采用強度較高的金屬管，聲測管的常規用的內徑規格是50～60 mm。目前樁身混凝土缺陷判別主要依據實測聲速、波幅及其隨深度的變化曲線，綜合分析樁身質量及混凝土缺陷程度。

2.3" 基樁檢測鉆芯法

基樁鉆芯法適用于檢測混凝土灌注樁的樁長、樁底沉渣厚度、樁身混凝土強度和樁身完整性。采用鉆芯法檢測是混凝土齡期不得少于28 d或者達到設計要求。為了保證鉆取的芯樣的真實性，鉆芯取樣采用設備是液壓操縱的高速鉆機（額定最高轉速不低于790 r/min;轉速調節范圍不少于4檔;額定配用壓力不低于1.5 MPa），鉆機并配置合適的水泵（水泵排水量最好在50～160 L/min，泵壓最好在1.0～2.0 MPa）、孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩定器和可撈取松軟渣樣的鉆具。規范明確規定：適用單動雙管鉆具取芯樣，嚴禁使用單動單管鉆具。鉆頭應根據混凝土設計強度等級選用合適粒度、濃度、胎體硬度的金剛石鉆頭，外徑一般選擇101、110 mm 2種。基樁每回次鉆孔進尺控制在1.5 m內，鉆至樁底，采取減壓、慢速鉆進，鉆取沉渣并測定沉渣厚度。

3" 工程案例

3.1" 工程概況

湖南長沙某項目，地基基礎設計等級為甲級，基樁類型為旋挖鉆孔灌注樁，樁徑為800 mm，基樁持力層為中風化花崗巖，樁長在30～35 m，混凝土強度為C35。

3.2" 工程地質情況

根據鉆孔揭露情況，擬建場地上覆土層為第四系全新統人工填土（Q4ml）、第四系沖積層（Qal），下伏基巖為燕山期（γ）花崗巖，現對該場地地層自上而下分述如下。

1）人工填土①1（Q4ml）：褐灰色，主要由黏性土混少量碎石、磚塊回填而成，稍濕，結構松散，密實度不均勻，未完成自重固結。層頂高程39.64～44.75 m，層厚0.50～4.90 m。場地局部分布。

2）粉質黏土②1（Qal）：褐紅色，具網紋斑狀結構，稍濕，稍有光滑，無搖震反應，干強度及韌性中等，硬塑。層頂高程37.32～44.72 m，層厚3.40～13.40 m，全場分布。

3）卵石②2（Qal）：褐灰、灰黃色，粒徑一般在2～15 cm，中粗砂充填，飽和，中密狀態。層頂高程28.62～39.98 m，層厚2.30～12.70 m，全場分布。

4）砂質黏性土③1（Qel）：灰白、灰黃色，花崗巖風化殘積而成，稍濕，無搖震反應，干強度及韌性中等，硬塑。層頂高程17.20～33.38 m，層厚0.60～10.30 m，部分地段缺失。

5）全風化花崗巖④1（γ）：灰白、灰黃色，絕大部分礦物已風化成土狀，可見殘余結構，稍濕，無搖震反應，干強度及韌性中等，堅硬狀態。層頂高程2.92～32.38 m，層厚2.30～23.10 m，全場分布。

6）強風化花崗巖④2（γ）：灰黃色，主要礦物成分為長石、石英、云母等，中粗粒花崗結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖芯破碎，屬極軟巖，巖體基本質量等級為V級。層頂高程-5.73～15.94 m，揭露層厚0.50～9.60 m。

7）中風化花崗巖④3（γ）：灰白、青灰色，主要礦物成分為長石、石英、云母等，中粗粒花崗結構，塊狀構造，節理裂隙稍發育，巖芯較完整，屬較硬巖，巖體基本質量等級為III級。層頂高程-9.33～13.55 m。

8）孤石④4：中風化花崗巖孤石，巖質堅硬。層頂高程-6.83～18.59 m，揭露層厚1.10～3.80 m。

3.3" 低應變法檢測

該項目現場對鉆孔灌注樁Z7-1#樁進行了低應變檢測，檢測波形圖如圖1所示。

通過現場低應變法檢測以及分析波形得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁在距樁頭9.57 m左右處有明顯缺陷反射波，無樁底反射波，該樁判定為Ⅲ類。

3.4" 聲波透射法檢測

該項目現場對鉆孔灌注樁Z7-1#樁進行了聲波透射法檢測，檢測波形圖如圖2所示。

通過現場聲波透射法檢測以及分析波形得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁所以聲測線聲學參數無異常，接收波形正常，該樁判定為Ⅰ類。

3.5" 鉆芯法檢測

該項目現場對鉆孔灌注樁Z7-1#樁進行了鉆芯法檢測，檢測照片如圖3所示。

通過現場鉆芯法檢測以及分析數據得出：鉆孔灌注樁Z7-1#樁樁身混凝土芯樣通過觀察，芯樣完整，未出現破碎。同時連續，未出現不連續。膠結好，芯樣側表面光滑、未出現溝槽及蜂窩麻面。骨料分布基本均勻，未出現骨料分布不均勻。芯樣呈長柱狀，未發現破碎及短柱樁。斷口基本吻合，未出現不吻合情況。該樁判定為Ⅰ類。

該項目通過3種方法的檢測結果綜合分析可知：低應變法檢測結果對樁身完整性判別為Ⅲ類，聲波透射法檢測結果對樁身完整性判別為Ⅰ類，鉆芯法檢測結果對樁身完整性判別為Ⅰ類。收集現場的地勘報告發現該工程的土層順序：粉質黏土—卵石—砂質黏性土—全風化花崗巖—強風化花崗巖—中風化花崗巖，其中卵石層厚度均在設計標高8～10 m，卵石層下面地層為砂質黏性土，地層由強度低—強度高—強度低導致低應變檢測結果不一致，低應變法檢測樁身完整性存在一定的局限性，受地質的影響較大，此方法只適合定性的判別，存在較大的誤差，當檢測出樁身完整性存在一定的缺陷時需采用其他方法進一步去驗證。

聲波透射法檢測一個剖面的聲學參數，可以定量分析，樁身完整性只要發現有缺陷情況，聲學參數均會出現異變，能夠準確地發現缺陷位置和大小。

鉆芯法檢測結果較為直觀，缺陷位置及缺陷大小可以直觀發現，檢測結果的可信度較高，同時對聲波透射法的檢測結果也進一步地驗證。

4" 樁身完整性檢測方法選擇分析

4.1" 低應變法優缺點

低應變法存在一定的局限性，場地的地址條件、樁型、施工工藝等客觀因素的影響對反射波的判讀產生較大的影響，其選擇優點：①檢測操作便捷、使用方便、經濟實惠、對工期沒有影響、而且需要做檢測的都可以做。②混凝土沒有達到臨期的也可以進行檢測，及時發現樁身完整性的質量情況，是否存在嚴重缺陷。③同時也能夠檢測出比較明顯的樁身缺陷，也可以比較準確地檢測出缺陷的位置。但是低應變法也存在缺點：①如果樁身阻抗發生漸變的缺陷發現比較困難;②如果有2個相近或者是多個樁身缺陷的情況下，很難在檢測過程中判斷樁身完整性的缺陷深度;③在樁周土層的影響下情況也很難準確發現缺陷位置④無法檢測樁身豎向有誤裂縫情況;⑤同時也不能較為準確地根據平均波速計算及推斷樁身混凝土強度;⑥主要依靠檢測員的經驗和專業技術能力。

4.2" 聲波透射法優缺點

聲波透射法其選擇優點：①對其樁身完整性檢測面及數據豐富、全面、準確、細致;②聲波檢測的范圍覆蓋樁身長度的每個橫截面，檢測數據量大，現場操作也便捷、快速、沒有場地限制。聲波透射法其選擇缺點：①需要預埋聲測管，施工過程中容易造成聲測管的堵塞;②工序步驟較為麻煩;③對樁徑有一定的要求。

4.3" 鉆芯法優缺點

鉆芯法是檢測灌注樁的樁身完整性的一種擇優選擇，該辦法選擇優勢：①此方法適用于大直徑800 mm混凝土灌注樁，通過眼睛可以直觀發現混凝土樁身完整性的質量情況，是否有芯樣破碎情況，是否有芯樣斷層夾泥及離析情況。②同時可以判斷樁底是否有成渣以及厚度情況，根據設計圖紙及地勘資料也可以判斷基樁是否進入設計的持力層。③芯樣通過現場見證取樣條件下，在實驗室可以根據數據判斷其樁身混凝土的強度是否達到要求。其選擇缺點：①對該鉆取芯樣的位置有一定的局限性，只能得出鉆孔長度范圍內的芯樣質量情況，未涉及的混凝土質量無存考證，存在一定的盲區，現場檢測容易形成一點蓋面、以偏概全從而造成誤判或漏判。②對樁身完整性的縮頸及局部夾泥、離析等局部缺陷判斷有一定的局限性。③此方法同時也屬于半損壞樁身完整性檢測，工人及耗材成本高，現場做事效率低，只能現場進行抽樣檢測。

5" 結論

選擇基樁檢測樁身完整性技術標準規范時，應根據工程地質條件實際情況、設計結構圖的具體要求、合同文件中的約定、經濟合理和確保質量安全等為原則。結合基樁檢測樁身完整性檢測的低應變法、聲波透射法、鉆芯法優點及缺點，按照實際情況，靈活運用各種方法，對樁基進行全面準確的分析評價，保證樁身完整性檢測的質量，通過樁身完整性檢測方法選擇進行相互驗證，得出的結論真實、準確性，為設計、施工、驗收提供可靠的依據。

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