橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)檢測技術(shù)要點(diǎn)分析

解海東 解秀梅

摘 要：鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是公路橋梁中最重要的構(gòu)件之一，一直是橋梁工程研究的熱門方向。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)屬于地下施工項(xiàng)目，施工完成后難以通過常規(guī)方法對其質(zhì)量進(jìn)行檢測。然而，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的質(zhì)量在很大程度上決定了橋梁的使用壽命。因此，有必要結(jié)合鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)，使用特定方法進(jìn)行質(zhì)量檢測。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁;低應(yīng)變反射波法;超聲波法;鉆孔取芯法

中圖分類號：U443.15文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）17-0100-03

Analysis on Key Points of Inspection Technology for

Bridge Bored Pile Foundation

XIE Haidong1 XIE Xiumei2

（1. Winbond Construction Investment Group Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730030;2. Shandong Keda Infrastructure Co.， Ltd.，Dongying Shandong 257000）

Abstract： Bored pile foundation is one of the most important components in highway bridges， and it has always been a popular direction for bridge engineering research. The bored pile foundation is an underground construction project， and it is difficult to inspect its quality by conventional methods after the completion of the construction. However， the quality of the bored pile foundation largely determines the service life of the bridge. Therefore， it is necessary to combine the characteristics of bored pile foundations and use specific methods for quality inspection.

Keywords： bored pile;low-strain reflected wave method;ultrasonic method;drilling core method

1 檢測方法簡述

1.1 低應(yīng)變反射波法

1.1.1 原理。低應(yīng)變反射波法以一維波動理論為基礎(chǔ)，假設(shè)樁基礎(chǔ)是一種一維彈性連續(xù)桿，在樁頂制造豎向彈性波，波將從樁頂傳播到樁底。若樁身存在斷樁、離析等現(xiàn)象或其截面積發(fā)生變化，波阻抗亦會隨之變化，形成反射波，該反射波再被安裝于樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮?，通過對反射波的一系列處理、分析和計(jì)算，可以判斷樁身混凝土的完整性及樁長等信息[1-2]。

1.1.2 適用范圍。低應(yīng)變反射波法適用于樁長≤50 m、樁徑≤1.8 m、長徑比≥5的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)樁身完整性、缺陷位置及程度檢測。

1.2 超聲波法

1.2.1 原理。澆筑水下混凝土前，預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管，經(jīng)過水的耦合，在一根聲測管發(fā)出的超聲波可以在另一根聲測管接收。由于超聲波具有繞射、折射及反射的特性，在遇到不均勻介質(zhì)時(shí)，其波幅及頻率會發(fā)生改變，通過分析、處理超聲波的相關(guān)數(shù)據(jù)，判定樁身缺陷的范圍、位置及大小。

1.2.2 適用范圍。超聲波法適用于樁徑≥0.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)樁身完整性以及缺陷的位置、范圍和程度檢測。

1.3 鉆孔取芯法

1.3.1 原理。鉆孔取芯法利用鉆孔機(jī)械，從樁頂貫穿整個(gè)樁身，直至樁底，可以直觀地反映出鉆孔灌注樁基礎(chǔ)樁身完整性、樁底沉淀厚度、樁身的缺陷及其位置、樁底一定范圍內(nèi)的巖土性質(zhì)、是否存在溶洞等。若樁基為端承樁，還可以鉆取巖樣，驗(yàn)證樁底承載力是否滿足要求。

1.3.2 適用范圍。鉆孔取芯法適用于樁徑≥0.8 m、長徑比不大于40的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 樁基檢測技術(shù)要點(diǎn)

2.1 低應(yīng)變反射波法檢測技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1 測點(diǎn)布置。檢測前，樁頭應(yīng)已破除，且鑿出樁頂新鮮的混凝土，并打磨平整。宜打磨多個(gè)測點(diǎn)，其直徑不小于10 cm，測點(diǎn)距樁基礎(chǔ)鋼筋籠主筋的間距不小于5 cm[3-4]。測點(diǎn)在樁中心布置1個(gè)，其余3個(gè)以樁中心為對稱點(diǎn)對稱布置，如圖1所示。

2.1.2 信號采集。激振點(diǎn)最好位于樁中心，傳感器位于其余測點(diǎn)處，且距鋼筋籠主筋的間距應(yīng)大于5 cm。樁徑不超過1 m時(shí)，應(yīng)布置2個(gè)測點(diǎn);樁徑超過1 m時(shí)，應(yīng)布置3～4個(gè)測點(diǎn)。每個(gè)測點(diǎn)應(yīng)至少記錄3次有效信號數(shù)，并且波形應(yīng)盡量保持一致。如果檢測環(huán)境中有較大干擾，可采取信號疊加增強(qiáng)技術(shù)重復(fù)激振，以達(dá)到提高信噪比的目的，如發(fā)現(xiàn)時(shí)域信號的一致性不滿足要求，應(yīng)暫停檢測，查找原因，排除相關(guān)干擾后，重新對該樁基進(jìn)行檢測，或者增加檢測數(shù)量。

2.1.3 數(shù)據(jù)分析及評定。對于樁身的完整性，目前以時(shí)域曲線波形為主要判斷依據(jù)，同時(shí)將頻域分析作為輔助，綜合地質(zhì)資料、樁基類型、相關(guān)施工資料及波形呈現(xiàn)的特征等多種因素進(jìn)行評定。當(dāng)發(fā)現(xiàn)樁基礎(chǔ)樁身完整性存在缺陷時(shí)，可利用式（1）計(jì)算出缺陷位置。

式中：[n]為參加波速平均值計(jì)算的基樁數(shù)量;[Δtx]為時(shí)域信號第一峰與缺陷反射波波峰間的時(shí)間差，ms;[ci]為平均波速，m/s。

當(dāng)樁身完整性檢測中出現(xiàn)四種情況時(shí)，宜將低應(yīng)變反射波法與其他檢測方法結(jié)合進(jìn)行綜合評定。一是樁長過大，檢測信號未能如實(shí)反映樁底及樁底附近樁身完整性情況;二是樁身截面積變化較大;三是推算的樁長與實(shí)際樁長存在明顯差異，且無其他資料能解釋原因;四是無法準(zhǔn)確評定樁身完整性。

2.2 超聲波法檢測技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 測點(diǎn)布置。樁徑不超過1 m時(shí)，對稱布置2根聲測管;樁徑大于1 m且不超過1.6 m時(shí)，呈等邊三角形埋置3根聲測管;樁徑大于1.6 m且不超過2.5 m時(shí)，呈正方形埋置4根聲測管;樁徑超過2.5 m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加聲測管數(shù)量，對稱布設(shè)并穩(wěn)定牢固。在加工鋼筋籠時(shí)，聲測管綁扎在鋼筋籠加強(qiáng)筋內(nèi)側(cè)，確保牢固、順直，并相互平行，定位準(zhǔn)確。聲測管必須埋置至樁底，管口高出樁頂至少50 cm，管口高度一致，聲測管采用外徑54 cm的鋼管，接頭采用直徑60 cm套管連接，并保證接口密封。下端采用[Φ]74 cm×10Q235鋼板封底焊接，不得漏水。聲測管安裝完成后，用測繩探測每根聲測管長度并做好記錄，上口用塞子塞住，防止混凝土、雜物等堵塞聲測管。布置示意圖如圖2所示。

2.2.2 信號采集。檢測前，應(yīng)先標(biāo)定超聲波檢測儀自發(fā)射至接收的延遲時(shí)間，標(biāo)定方法為：將收、發(fā)換能器平行放置在同一高度，且置于清水中，其中心間距逐漸由0.4 m開始，以0.1 m/次的變化速度加大兩者的間距，改變間距時(shí)，測量其聲時(shí)，再以聲時(shí)為橫坐標(biāo)，間距為縱坐標(biāo)作圖，在聲時(shí)橫軸上的截距為延遲時(shí)間。聲測管內(nèi)充滿潔凈水，管體無堵塞、較大變形，以換能器能自由升降為宜。在檢測的過程中，應(yīng)避免與檢測信號頻率接近的其他干擾。發(fā)射器與接收器須以大致相同的速度從樁頂逐步降至樁底，相對高差應(yīng)不大于0.2 m，并隨其下降隨時(shí)調(diào)整。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析及評定。被檢測樁基的樁身完整性類別可根據(jù)各剖面可疑缺陷區(qū)及其聲參量偏離度、波形變化情況等因素，綜合樁基類別、地質(zhì)資料、施工資料等，綜合判定，具體判定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

聲時(shí)修正值可按式（2）計(jì)算：

式中：[t′]為聲時(shí)修正值，μs;[ti]為第[i]測點(diǎn)的聲時(shí)，μs;[t0]為系統(tǒng)延遲時(shí)間，μs;[D]為聲測管外徑，mm;[d]為聲測管內(nèi)徑，mm;[vt]為聲測管壁厚方向聲速值，km/s;[d′]為換能器外徑，mm;[vw]為水的聲速值，km/s。

聲時(shí)值可按式（3）計(jì)算：

式中：[t]為聲時(shí)值，μs。

聲速可按式（4）計(jì)算：

式中：[vi]為第[i]測點(diǎn)的聲速，km/s;[l]為聲測管外壁間距，mm。

2.3 鉆孔取芯法檢測技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 孔位布置。樁徑小于1.2 m的樁基應(yīng)鉆至少1孔，樁徑在1.2～1.6 m的樁基應(yīng)至少鉆3孔，樁基大于1.6 m的樁基應(yīng)至少鉆3孔。若鉆孔僅為確定樁基混凝土強(qiáng)度、長度、持力層與沉淀厚度，可只鉆1孔。鉆孔的孔位宜對稱布置。若設(shè)計(jì)文件對鉆進(jìn)持力層厚度無明確要求時(shí)，其中1孔進(jìn)入樁底持力層的深度應(yīng)大于3倍樁徑，其余孔宜鉆進(jìn)持力層至少0.5 m[5]。鉆孔孔位布置如圖3所示。

2.3.2 鉆孔注意事項(xiàng)。鉆孔過程中，孔內(nèi)應(yīng)循環(huán)通水，以降低摩擦熱，同時(shí)根據(jù)鉆孔過程中回水的含砂率、水色，調(diào)整水量和鉆進(jìn)速度。進(jìn)尺應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)，當(dāng)鉆至樁身缺陷處，鉆進(jìn)速度突然加快時(shí)，應(yīng)及時(shí)取出鉆桿，測量其長度，做好標(biāo)記。鉆至樁底時(shí)，應(yīng)及時(shí)取樁底芯樣，及時(shí)記錄樁底沉淀厚度、持力層長度及巖性等。提出鉆桿取芯樣時(shí)，應(yīng)采取措施盡量保持芯樣完整。

2.3.3 完整性評定。芯樣取出后，應(yīng)截取芯樣用以檢測混凝土相關(guān)性能指標(biāo)。樁長小于10 m時(shí)，每孔取2組芯樣，樁長介于10～30 m時(shí)，每孔取3組芯樣，樁長大于30 m時(shí)，每孔取4組芯樣。每組芯樣應(yīng)制作3個(gè)抗壓強(qiáng)度試件。如果該樁基為端承樁，應(yīng)在樁底處截取樁底巖樣檢測。樁身完整性等級應(yīng)根據(jù)檢測的鉆孔取芯數(shù)量、芯樣混凝土強(qiáng)度及質(zhì)量、樁底沉淀厚度、持力層等情況綜合評定?；炷翉?qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)值，混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度按式（5）計(jì)算：

式中：[P]為芯樣測得的極限荷載，N;[d]為芯樣的平均直徑，mm。

3 結(jié)語

樁基檢測是一項(xiàng)專業(yè)程度極高的工作。對橋梁樁基樁身完整性進(jìn)行檢測，可以進(jìn)一步確保橋梁工程質(zhì)量。工程實(shí)踐中，橋梁鉆孔灌注樁樁基往往要求100%檢測，并對Ⅰ類樁的比例有最低要求。一座橋梁的樁基礎(chǔ)檢測中，往往要求低應(yīng)變反射波檢測和超聲波檢測各占50%，再加上一定比例的強(qiáng)制抽芯檢測，通過不同的檢測方法，能倒逼橋梁樁基礎(chǔ)施工進(jìn)一步精細(xì)，這對其施工過程提出了更高的要求。

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