淺談橋梁樁基檢測

羅浩然

(內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

1 概述

橋梁基礎(chǔ)將構(gòu)造物所受各項(xiàng)力傳導(dǎo)至地基，在橋梁結(jié)構(gòu)中有著重要的作用，現(xiàn)內(nèi)蒙古地區(qū)大中橋梁基本采用灌注樁作為橋梁基礎(chǔ)。因此，灌注樁的檢測在工程檢測中應(yīng)予以高度重視，并理解試驗(yàn)手段及步驟。

樁基檢測中主要有以下幾個(gè)項(xiàng)目，樁基成孔質(zhì)量檢測、樁身完整性檢測、樁基承載力檢測。其中樁基成孔質(zhì)量檢測又細(xì)分為泥漿性能指標(biāo)檢測和成孔質(zhì)量檢測；樁身完整性檢測中，目前常規(guī)手段可分為低應(yīng)變反射波法、超聲投射波法、鉆探取芯法；樁基承載力檢測中，主要的檢測試驗(yàn)包括以下幾項(xiàng)：單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變動力樁法。在樁基試驗(yàn)檢測過程中，檢測項(xiàng)目較多，方法較多，涉及參數(shù)較多，筆者對現(xiàn)行的檢測項(xiàng)目、手段、規(guī)范進(jìn)行總結(jié)歸納，為今后的橋梁樁基檢測提供了理論依據(jù)。

2 成孔質(zhì)量檢測

成孔質(zhì)量檢測主要包括：樁位偏差測量、鉆孔傾斜度檢查、樁的孔徑和垂直度檢測、樁底沉淀厚度檢測。樁的孔徑和垂直度檢測是橋梁樁基檢測中的重要檢測項(xiàng)目，主要的檢測手段有：探孔器檢測、傘形孔徑儀檢測、聲波法檢測3種方法，其中探孔器為自行制作簡便探孔工具，應(yīng)注意探孔器外徑不應(yīng)小于設(shè)計(jì)鉆孔，且探孔器長度不應(yīng)小于4倍～6倍的外徑。因?yàn)闃兜壮恋硗恋暮穸葮O大地影響了樁端承載力，因此樁底沉淀厚度檢測極為重要，對于樁徑≤1.5 m的摩擦樁不宜大于200 mm，對于樁長>40 m或樁徑>1.5 m的樁基及土質(zhì)較差的摩擦樁不宜大于300 mm，對于支撐樁不宜大于 50mm，重要的檢測方法有垂球法、電阻率法、電容法。

3 樁身完整性檢測

樁身完整性的檢測主要有以下3種手段：低應(yīng)變反射波法、聲波透射法、鉆探取芯法。

3.1 低應(yīng)變反射波法

反射波法檢測系統(tǒng)由基樁動測儀、傳感器和激振設(shè)備組成。在錘擊振時(shí)應(yīng)根據(jù)被測樁基實(shí)際情況而選擇不同材質(zhì)重量的擊能錘。

當(dāng)被檢樁直徑較大且樁長較長時(shí)，在選擇錘或者力棒時(shí)應(yīng)選擇質(zhì)量較大的，以產(chǎn)生頻率低且能量大的激振信號。當(dāng)錘擊物材料偏硬時(shí)，可產(chǎn)生高頻脈沖，這樣有利于提高樁身缺陷的分辨率，但提高分辨率的同時(shí)會造成高頻信號衰減較快的問題，對于被測樁較深處的缺陷探測有較大影響。當(dāng)錘擊物材料較軟時(shí)，會產(chǎn)生低頻脈沖波，雖然降低了被測樁樁身缺陷的分辨率，但是對樁底缺陷檢測信號的獲得更為有利。小鋼錘脈沖寬度約為0.6 ms、尼龍錘約為2.0 ms、橡皮錘約為4.6 ms。在現(xiàn)場檢測時(shí)應(yīng)注意，激振點(diǎn)的位置和傳感器的安裝位置應(yīng)避開被檢樁鋼筋籠的主筋位置，根據(jù)樁徑大小，分別布置2個(gè)～4個(gè)傳感器，實(shí)心樁的激振點(diǎn)應(yīng)選擇在樁中心，檢測點(diǎn)宜在距樁中心2/3半徑處；空心樁應(yīng)設(shè)置在壁厚的1/2處，激振點(diǎn)與樁中心連線成90度角。

主要原理是把樁作為一維彈性均質(zhì)桿件，設(shè)介質(zhì)密度為ρ、截面面積為A、縱波波速為C、彈性模量為E，則樁身材料的廣義波阻Z=ρAC=EA/C。經(jīng)整理可得以下3個(gè)公式作為低應(yīng)變反射波法判斷樁完整性的依據(jù)：

n=Z1/Z2=ρ1A1C1/ρ2A2C2

(1)

F=(1-n)/(1+n)

(2)

T=2/(1+n)

(3)

判斷標(biāo)準(zhǔn)為：

①當(dāng)Z1≈Z2時(shí)，即樁身連續(xù)，無明顯阻抗差異，n=1、F=0、T=1。②當(dāng)Z1>Z2時(shí)，即樁身有縮頸、離析、空洞及摩擦樁樁底的情況，此時(shí)n>1、F<0、T>0。③當(dāng)Z10、T>0。

3.2 超聲透射波法

聲波透射法是在灌注樁中預(yù)埋兩根或兩根以上的聲測管作為檢測通道，管中注滿水作為耦合劑，將超聲波發(fā)射器與接收器分別置于管內(nèi)，對樁體進(jìn)行檢測。目前聲波檢測儀主要有兩種：①模擬式聲波儀，模擬式聲波儀工作量大、效率低、容易出錯；②數(shù)字式聲波儀，數(shù)字式聲波儀提高了檢測精確度，提高了效率。

聲測管數(shù)量與樁徑大小有關(guān)，當(dāng)樁徑<1 000 mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)2根管，當(dāng)樁徑>1 000 mm且<1 600 mm時(shí)應(yīng)埋設(shè)3根管，當(dāng)樁徑>1 600 mm且≤2 500 mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)4根管。受檢樁的混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不應(yīng)低于15 MPa,齡期不得低于7天。測點(diǎn)總數(shù)不應(yīng)少于20個(gè)，異常點(diǎn)不參與統(tǒng)計(jì)。

3.3 鉆探取芯法

鉆探取芯法是檢測混凝土灌注樁成樁質(zhì)量的一種有效方法，受檢樁的樁徑不宜小于800 mm，長徑比不宜大于40，一般樁身混凝土強(qiáng)度不宜低于C10。所取鉆孔數(shù)，樁徑<1 200 mm的樁不應(yīng)少于1孔，樁徑1 200 mm～1 600 mm的樁不應(yīng)少于2孔，樁徑>1 600 mm的樁不宜少于3孔。當(dāng)樁長小于10 m時(shí)，每孔贏取2組芯樣，當(dāng)樁長在10 m～30 m間時(shí)，每孔應(yīng)取3組芯樣，當(dāng)樁長>30 m時(shí)，每孔不應(yīng)少于4組芯樣。上部芯樣及下部芯樣取樣位置不宜大于1倍樁徑或2 m。

混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度代表值按一組3塊試樣強(qiáng)度的平均值確定。單樁混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值是指該樁不同深度位置的混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度代表值的最小值。當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)以下情況時(shí)，則該樁不滿足設(shè)計(jì)要求：抗壓強(qiáng)度檢測值小于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，沉渣厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，端持力層巖土性狀或厚度不滿足設(shè)計(jì)要求。

4 基樁承載力檢測

基樁承載力的確定方法有靜載試驗(yàn)和樁的動力試驗(yàn)兩大類，其中靜載試驗(yàn)室確定單樁承載力最原始、最基本的方法，也是最可靠的方法。基樁靜載試驗(yàn)是獲得基樁軸向抗壓、抗拔及水平向承載力最直接、最可靠的方法。

4.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

樁基靜載荷實(shí)驗(yàn)方法主要有等貫入速率法、循環(huán)加載法、終極荷載長時(shí)間維持法，在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且不少于規(guī)范規(guī)定的休止時(shí)間。成樁工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與工程樁一致。試樁樁頭混凝土強(qiáng)度不得低于C30，露出試坑地面高度不宜小于600 mm。

公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程中的慢速維持荷載法的相關(guān)要求為，每級加載量為預(yù)估極限荷載的1/15—1/10，首級可按2倍分級加載，未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)不可進(jìn)行下級加載，每級加載后按照5 min、15 min、30 min、45 min、60 min測讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測一次。當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)終止加載：被檢樁在某級荷載下沉降量是前一級沉降量的5倍，且樁頂總沉降量>40 mm；被檢樁在某級荷載作用下沉降量為前一級2倍，且24 h內(nèi)未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)總沉降量>40 mm；荷載—沉降曲線呈緩變形時(shí)，可加載至樁頂總沉降量60 mm～80 mm，當(dāng)樁長超過40 m或被檢樁為鋼樁時(shí)，宜考慮樁身的壓縮變形，應(yīng)加載至樁頂總沉降量80 mm；荷載已達(dá)到承載力允許值的2倍或設(shè)計(jì)要求的最大加載量，且沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；樁身出現(xiàn)明顯破壞；錨樁上拔量已達(dá)到允許值。

單樁豎向抗壓極限承載力的確定，對于陡降型Q-s曲線，取發(fā)生陡降起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值；根據(jù)沉降時(shí)間變化的特征確定，取s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯下彎的前一級荷載值；被檢樁在某級荷載下沉降量是前一級沉降量的5倍，且樁頂總沉降量>40 mm時(shí)取前一級的荷載值；被檢樁在某級荷載作用下沉降量為前一級2倍，且24 h內(nèi)未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)總沉降量>40 mm時(shí)取前一級的荷載值；荷載已達(dá)到承載力允許值的2倍或設(shè)計(jì)要求的最大加載量，且沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)取本級荷載值。

4.2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)

單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法。出現(xiàn)下列狀況時(shí)應(yīng)停止加載：某級加載時(shí)大于前一級上拔力5倍，累計(jì)上拔量超過100 mm，上拔荷載達(dá)到受拉鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大上拔荷載或最大上拔位移。檢測數(shù)據(jù)的確定可參考單樁抗壓靜載力試驗(yàn)。

4.3 單樁水平靜載試驗(yàn)

單樁水平靜載試驗(yàn)適用于檢測樁頂自由時(shí)的單樁水平承載力，推定樁側(cè)地基土水平抗力系數(shù)。每級加載量為預(yù)估極限荷載的1/10—1/12作為加載極差。加載方法主要分為兩種：單向多循環(huán)加、卸載法，每級荷載施加后，維持荷載4 min后測讀水平位移并卸載至零，停2 min后測讀殘余水平位移，如此為一個(gè)循環(huán)，如此循環(huán)5次后，完成一級荷載的試驗(yàn)觀測，試驗(yàn)不得中間停歇。慢速維持荷載法與豎向靜載試驗(yàn)要求一致。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一是即可終止加載：樁身折斷，當(dāng)水平位移超過30 mm～40 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量或水平位移允許值。

5 高應(yīng)變動力試樁法

高應(yīng)變動力樁法是通過與樁應(yīng)力水平相近的重錘沖擊樁頂后，產(chǎn)生沿樁身向下傳播應(yīng)力波和一定的樁-土相對位移，利用傳感器記錄沖擊波作用下的加速度與應(yīng)變信號。高應(yīng)變動力試樁法的檢測目的，對被檢樁的豎向抗壓承載力進(jìn)行監(jiān)測，對所得監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，進(jìn)而得到被檢樁的樁側(cè)摩阻力和被檢樁的樁端承載力。對被檢樁的樁身完整性進(jìn)行檢測，判定缺陷位置及缺陷程度。監(jiān)測混凝土預(yù)制樁和鋼樁沉樁過程中樁身應(yīng)力和錘擊你能量傳遞比，為選擇沉樁工藝參數(shù)和確定樁長提供依據(jù)。

現(xiàn)場檢測信號出現(xiàn)下列情況之一時(shí)應(yīng)停止檢測，嚴(yán)禁將其用于分析：①力和速度信號第一峰起始比例失調(diào)；②測試波形紊亂；③樁身缺陷程度加劇。

6 結(jié)束語

筆者研究參考大量樁基檢測規(guī)范，對公路工程中橋梁樁基檢測進(jìn)行了總結(jié)歸納，根據(jù)規(guī)范內(nèi)容，簡要概述了規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定與檢測步驟，對重點(diǎn)項(xiàng)目及較容易忽略部分進(jìn)行詳細(xì)描述，同時(shí)重點(diǎn)分析了樁身完整性檢測、基樁承載力檢測，對今后的公路樁基檢測提供了一定幫助。