攝像法在管樁樁身完整性檢測中的應(yīng)用

（中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)廈門宏業(yè)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

淺部檢測出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，下部的另外豎向缺陷則無法識別，另外對于樁長的檢測常常由于特殊地質(zhì)條件而無法獲得相關(guān)缺陷的具體數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，在缺陷位置的定位準(zhǔn)確性方面效果較低，常常會出現(xiàn)一些誤差。而攝像法的應(yīng)用則主要是運(yùn)用現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)、數(shù)字化信息技術(shù)，結(jié)合工程項目實(shí)際針對工程項目部分施工效果進(jìn)行檢測的新檢測技術(shù)方法。

1 關(guān)于攝像法

1.1 攝像法定義

近些年來，隨著光學(xué)技術(shù)以及數(shù)字化信息技術(shù)的快速發(fā)展，攝像法又稱為孔內(nèi)攝像技術(shù)，其在建筑工程的多個領(lǐng)域都得到了更加廣泛的應(yīng)用，如巖土工程、工程質(zhì)量檢測、工程地質(zhì)等等。攝像法整體技術(shù)不僅能夠?qū)變?nèi)現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和顯示，而且還具備一定的分析功能，同時攝像法在現(xiàn)代攝像設(shè)備技術(shù)水平不斷提高支持下，具備著很高分辨率，在一些廣角鏡頭應(yīng)用下對孔壁覆蓋率也提升了一大截，整體可靠程度較高。

1.2 攝像法工作原理

攝像法的工作原理是依據(jù)光學(xué)應(yīng)用原理實(shí)現(xiàn)對鉆孔內(nèi)部現(xiàn)象進(jìn)行直觀的觀測。利用鉆芯芯孔作為直接的觀測通道，利用一些攝像所需要的裝備和相關(guān)的配套裝置通過恒定的速度對樁身的內(nèi)側(cè)進(jìn)行拍攝，同時進(jìn)行存儲并記錄，再通過對攝像數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和分析，準(zhǔn)確判別工程基樁樁身存在問題的具體位置，表現(xiàn)形式，以及樁身底部的沉渣厚度等，最終對樁身完整程度進(jìn)行科學(xué)合理的評價?？變?nèi)攝像技術(shù)所需要的設(shè)備主要有主機(jī)、探頭、電纜線、支架、深度計數(shù)器以及數(shù)據(jù)傳輸線等。

1.3 攝像法應(yīng)用優(yōu)勢

管樁的基樁部分使用攝像法具有很好的直觀檢測效果，其能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力波反射法一些不足上的彌補(bǔ)，能夠針對其缺陷位置進(jìn)行準(zhǔn)確的識別，通過直觀上的觀測來查探到缺陷的準(zhǔn)確位置。但在實(shí)際的應(yīng)用中也存在一定的問題，例如僅能夠通過攝像法觀測到管樁內(nèi)壁的裂縫情況，而對于尾管通道內(nèi)部的內(nèi)壁和外側(cè)一些處于局部位置的裂縫，并且如果管樁的內(nèi)部存在一些雜質(zhì)或者掌握，十分容易導(dǎo)致攝像頭無法進(jìn)行延伸，而且一些攝像死角也無法進(jìn)行檢測，對于圖像完整性有著很大的影響。另外一些孔內(nèi)存水的環(huán)境條件下由于水體渾濁，對圖像清晰度會造成很大的降低情況，嚴(yán)重影響檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以，對于攝像法的運(yùn)用需要具備一定的經(jīng)驗才能夠做出準(zhǔn)確的檢測判斷。在實(shí)際的應(yīng)用中，需要不斷進(jìn)行管樁攝像法檢測手段的分析與改進(jìn)研究，與其他如方法結(jié)合使用，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)做出對比后確定，提高樁身完整性檢測的準(zhǔn)確性。

2 管樁存在的質(zhì)量問題

管樁的施工過程當(dāng)中存在的質(zhì)量問題主要包括以下幾個方面：

第一，管樁的樁頭易發(fā)生損壞。在進(jìn)行打樁施工時，由于使用的樁錘過重，再加上落槌高度基本較大，或者由于夾裝了一些強(qiáng)度較高的墊層，都會存在一定概率造成樁頂和接觸面之間的傾斜，最終導(dǎo)致樁身或樁機(jī)傾斜，結(jié)果是發(fā)生偏心錘擊。另外在管樁樁頭的局部位置如果進(jìn)行過多 次數(shù)的錘擊，或是有硬夾層、樁頂混凝土出現(xiàn)破損也會容易導(dǎo)致管樁樁頭發(fā)生損壞。

第二，管樁樁身開裂或發(fā)生斷裂。在管樁施工當(dāng)中，常會因為吊運(yùn)時吊點(diǎn)設(shè)置不合理、張拉力不夠或接頭焊接質(zhì)量、上軟下硬或軟硬突變的底層等諸多因素，這些情況的出現(xiàn)都會引起樁擊的拉應(yīng)力發(fā)生偏大的狀態(tài)，由此就會造成出現(xiàn)樁身的傾斜或是偏心錘擊，再或者出現(xiàn)基坑頂部的重物、設(shè)備機(jī)械產(chǎn)生傾斜而對樁身造成擠壓或者碰撞，也就會引起樁身的開裂或斷裂。

第三，管樁樁端破碎。管樁機(jī)樁截面過大或樁端進(jìn)入持力層較深，或所使用的錘擊工藝由于終端返力過大，結(jié)構(gòu)抗力超出樁身，就容易使樁端破碎。

3 管壁裂縫形態(tài)分析

管壁裂縫的形態(tài)分析主要可以從其外形特點(diǎn)和質(zhì)量問題的相關(guān)情況入手，其可能存在的裂縫形態(tài)可以總結(jié)為：

其一，管壁出現(xiàn)均勻開裂的水平向裂縫，其全截面發(fā)生開裂，并且裂縫寬度基本相等。這部分裂縫出現(xiàn)的原因有很大可能是因為管樁的樁身受到軸向的上拉力開裂，但管樁的樁身是不會出現(xiàn)彎曲或者變形，也不具備這種彈性，所以破壞時的受力相對不大，管樁的樁身裂縫均勻開裂的水平向裂縫常常發(fā)生在法蘭盤焊接位置或者法蘭盤與混凝土的銜接位置。樁身的長度較長而樁尖土質(zhì)較差，錘擊施工會使錘擊入射的壓力波會傳導(dǎo)至中間位置，容易引起反射為拉力波的情況。尤其當(dāng)拉應(yīng)力超過了混凝土抗拉強(qiáng)度時，則有很大可能會導(dǎo)致管樁樁身發(fā)生裂縫，最終的形態(tài)就表現(xiàn)為均勻開裂的水平向裂縫[1]。

其二，不均勻開裂水平向裂縫。其主要形態(tài)表現(xiàn)為樁身的全截面開裂，主要原因在于在錘擊施工時受力偏心所引起的，特別是在錘擊時，由于錘擊發(fā)生偏心錘擊，會導(dǎo)致水平向荷載，由此造成樁身的傾斜，最終使樁身發(fā)生開裂，不均勻開裂水平向裂縫是較為常見的管樁裂縫，如果開裂的程度較低，僅僅在外壁發(fā)生開裂，則會存在一定幾率其內(nèi)壁也出現(xiàn)了細(xì)微裂縫，不易察覺，沒有開裂的混凝土承載壓力與開裂位置鋼筋拉力為平衡狀態(tài)。

其三，非水平向裂縫。這一類裂縫所發(fā)生的原因很多都是因為混凝土受壓破碎，或者由于施工過程中引起的動力荷載所引起的。主要的原因在于：進(jìn)行管樁打樁或壓樁時，混凝土抗壓承載力超過了極限值，由此導(dǎo)致了管身發(fā)生非水平向裂縫。

4 管樁孔內(nèi)攝像法樁身完整性判斷

在管樁完整性檢測當(dāng)中應(yīng)用攝像法，首先要能夠保證分類標(biāo)準(zhǔn)與工程標(biāo)準(zhǔn)一致，但在分類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范方面并不明確，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).因此，檢測時，通常會根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)先制定。

針對水平向裂縫檢測的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要包括裂縫的寬度和長度標(biāo)準(zhǔn)制定，在實(shí)際的檢測中，對管樁完整性的判斷依據(jù)是依照內(nèi)裂縫的長度和寬度，如果沒有發(fā)生全截面開裂，寬度與長度是與完整性有著緊密聯(lián)系的關(guān)鍵條件。局部發(fā)生裂縫開裂時，如果其開裂長度沒有超過截面周長的1/2，就可以不考慮裂縫的寬度，但如果裂縫的長度超過了截面周長的1/2，這時就必須采取相應(yīng)的計算公式來進(jìn)行最大裂縫寬度的計算。而從開裂長度、角度而言，開裂的長度主要反映的是管樁樁身的受損范圍。通?？梢耘袛喑龉軜稑渡硗暾牟糠终急容^高，管樁樁身的承載力影響則降低[2]。承受豎向荷載的管樁，主要考慮的是其豎向承載力達(dá)到極限才會出現(xiàn)豎向劈裂裂縫，要對縱向劈裂裂縫的管樁類別進(jìn)行判斷。而針對改進(jìn)型法蘭接口處裂縫進(jìn)行判斷時，法蘭盤的對接面、法蘭盤與混凝土金屬面是屬獨(dú)立平面，存在裂縫的原因通常為施工技術(shù)不合理或質(zhì)量問題，并不是因為受力才產(chǎn)生的問題，而如果不屬于貫通裂縫，對管樁的豎向承載力的影響并不大[3]。

5 孔內(nèi)攝像法檢測與低應(yīng)變法檢測對比實(shí)驗

在進(jìn)行法蘭盤下部混凝土管樁開裂的檢測過程當(dāng)中，首次檢測使用攝像法檢測發(fā)現(xiàn)全截面開裂有流掛痕跡，表明存在貫通裂縫，最大開裂的寬度小于4mm，本實(shí)驗所選用的管樁直徑為500mm，壁厚為125mm[4]。而應(yīng)用低應(yīng)變法檢測則發(fā)生多次的同向反射，第一次的同向反射較為明顯，第二次同向反射也較為明顯，如圖1對比所示：

圖1 孔內(nèi)攝像法檢測與低應(yīng)變法檢測對比

對比之下可以判斷出其裂縫屬于樁身具有明顯缺陷且對樁身結(jié)構(gòu)的承載力有影響的標(biāo)準(zhǔn)類。而在針對水平向裂縫檢測中，開裂區(qū)的區(qū)段大于0.5L，裂縫雖為閉合狀態(tài)，但分析結(jié)果顯示開裂位置并不是法蘭盤接口，如此就可以判斷為屬于樁身具有明顯缺陷，且對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響，利用低應(yīng)變法進(jìn)行檢測后，也發(fā)現(xiàn)多次同向反射，且第一、第二次同向反射較為明顯，與攝像法檢測結(jié)果相同[5]。

6 工程實(shí)例

上海閩行區(qū)某工程項目，針對其18#樁，利用鉆芯法進(jìn)行裝內(nèi)完整性檢測，樁長為16.73m，直徑為1000mm，混凝土整體強(qiáng)度設(shè)計等級為C30，鉆取一小孔現(xiàn)場進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，該樁在深度3.12-至5.31m 位置有麻面，深度12.45 到13.62m 位置有麻面，樁的持力層接觸一般。

依據(jù)相關(guān)檢測的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，在開樁基的缺陷位置進(jìn)行采樣觀察，并進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度檢測，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)判定，該樁基完整性類別為二類。

運(yùn)用鉆芯法完成檢測工作之后，將鉆芯孔作為觀測通道，對該工程項目地樁基基樁進(jìn)行孔內(nèi)攝像法的應(yīng)用，利用攝像法后，檢測結(jié)果照片與現(xiàn)場芯樣照片進(jìn)行對比輔助分析。

根據(jù)孔內(nèi)攝像照片結(jié)果顯示，可以清晰的看到，該樁鉆芯孔內(nèi)骨料顏色清晰可辨，且鉆芯孔攝像在深度2.61 至5.93m 處清晰看見連續(xù)的溝槽深度，12.60 到13.31m 位置清晰看見蜂狀，樁底持力層接觸緊密，與現(xiàn)場鉆芯孔照片缺陷位置及缺陷類型均有出入，在采用攝像法進(jìn)行輔助檢測時，最終檢測結(jié)果更改鉆芯孔在深度12.60 到13.21m 位置見到連續(xù)的溝槽深度，12.65 到13.35m 位置見到蜂窩，由于抗壓強(qiáng)度滿足要求，判斷該樁完整性類別為二類。通過孔內(nèi)攝像法的應(yīng)用，本工程項目能夠有效的避免了由于鉆芯法的一些缺陷而出現(xiàn)檢測不準(zhǔn)確的問題。

7 結(jié)語

攝像法在管樁樁身完整性的檢測應(yīng)用過程當(dāng)中。由于孔內(nèi)攝像法與應(yīng)力波反射法相比有著極為直觀的優(yōu)勢和局限性，但通過攝像法與應(yīng)力波反射法相協(xié)調(diào)和相互印證來進(jìn)行判斷具有很高的準(zhǔn)確性。管樁樁身的受力不同，其開裂的方式也會不同，管壁中也會出現(xiàn)不同裂縫。我國對于管樁樁身完整性檢測技術(shù)的研究交晚，多數(shù)采用傳統(tǒng)技術(shù)或借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，而且由于國內(nèi)對于判斷標(biāo)準(zhǔn)并沒有做出明確的規(guī)定，其內(nèi)容也不清晰。所以需要結(jié)合多種因素和多項技術(shù)進(jìn)行綜合實(shí)踐研究，如在實(shí)際的應(yīng)用中將攝像法與應(yīng)力波反射法檢測結(jié)果進(jìn)行相互的印證有助于準(zhǔn)確性的提升，在實(shí)際的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確制定時，要結(jié)合工程的實(shí)際要求和實(shí)際情況，在相互印證下來進(jìn)管樁樁身完整性的準(zhǔn)確檢測，如此才能夠確保管樁樁身檢測精度的提升，提高工程施工質(zhì)量。