基樁完整性檢測技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究

葉時祿

（江西長基工程檢測有限公司，江西 贛州 341000）

1 基樁的特點

1.1 承載能力強

根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的特點，通過樁徑、樁長和配筋比例的確定，保證樁身的承載力達到設(shè)計要求。在樁基持力層為巖石的情況下，采用嵌巖樁作為樁基礎(chǔ)，從而最大限度地利用剛性巖層的承載力，減少沉陷的影響[1]。

1.2 施工工藝簡便易行

由于混凝土灌注樁采用機械化施工，因此，無論樁長、樁徑如何，都能按一定的程序進行樁身成形。

1.3 抗震性能突出

采用合理的配筋方式，可以有效地改善樁身對水平荷載的抗剪承載力，使其具有良好的抗震性能。雖然灌注樁具有很多優(yōu)勢，但是其施工工藝較為復(fù)雜，工序繁雜，影響樁基礎(chǔ)質(zhì)量的因素很多。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，每年需要的基樁數(shù)量高達數(shù)百萬根，其成本約為總成本的1/4[2]。而且，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，這個數(shù)字還會繼續(xù)增長。隨著工程建設(shè)的不斷增加，對基樁施工隊伍的需求也越來越大。但是，我國建筑行業(yè)的建設(shè)隊伍質(zhì)量還有待進一步提升。在施工過程中，許多施工人員對基樁施工工藝和基樁施工中的突發(fā)情況缺乏應(yīng)對措施，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)了混凝土離析、斷樁、縮頸、樁底沉淀等問題。鑒于樁基礎(chǔ)完整性是確保其具有高承載力的前提，因此，對其進行施工質(zhì)量檢測，及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的補救措施，確保其安全運行[3]。

2 常用基樁檢測方法

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2003）、《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（TB 10218—2019）、《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》（JTG/T F81-01—2004）等，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定基樁的檢測方法。

2.1 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變反射波法是目前東北地區(qū)應(yīng)用最廣泛的一種基樁檢測技術(shù)，具有較好的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。它的基本思想是一維彈性桿的應(yīng)力波運動理論，也就是錘擊法。振源在樁頂上施加一次沖擊載荷，沿樁身方向產(chǎn)生一維的縱向彈性波，并在樁身波阻抗改變的情況下，如擴徑、縮頸、斷樁等，都會引起應(yīng)力波的反射和傳輸。在樁頂部設(shè)置的加速度傳感器能夠檢測到應(yīng)力波的傳播，并對其傳播速度、缺陷類型和部位進行分析，以此判定基樁的完整性[4]。圖1是用低應(yīng)變反射波探測基樁完整性的原理圖。由于它方便、靈活，所以被廣泛地使用。但是它也有其不足之處：無法探測出樁底一段的樁身缺陷；無法量化地判斷樁的缺陷，僅能從質(zhì)上判斷；多缺陷樁易出現(xiàn)誤判、漏判；對檢測人員的工作經(jīng)驗有一定的要求。

圖1 低應(yīng)變反射波法檢測基樁完整性示意圖

2.2 超聲波透射法

超聲波檢測基樁完整性的基本原理是：在鋼筋籠內(nèi)，焊接或捆綁一定數(shù)量的聲測管，用清水做耦合介質(zhì)，在2 根聲測管中分別安裝一個發(fā)射和接收傳感器，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，由接收探測器將機械能轉(zhuǎn)化為電信號。由于2 個傳感器的間距是固定的，且超聲波的傳輸時間是由信號檢測得出的，所以可以計算出超聲波在混凝土中的傳播速率，從而判斷混凝土的質(zhì)量?？傮w上講，混凝土強度愈高，波速愈高；而在較疏松的混凝土中，有離析、蜂窩、裂縫等，則波速較小[5]?？傊暡z測基樁完整性的基本原則是以波速、振幅等作為識別指標(biāo)，根據(jù)混凝土質(zhì)量和超聲波波速的相互關(guān)系來判定基樁的完整性。圖2為超聲波透射法檢測基樁完整性示意圖。這是一種非破壞性的檢測方法，需要的儀器相對簡單，便于現(xiàn)場檢測。超聲波透射法具有檢測精度高、檢測深度深、檢測速度快等優(yōu)點。超聲波透射法是近年來發(fā)展起來的一種新型的檢測方法。但是這種檢測方法需要有很好的垂直性，否則會造成檢測結(jié)果的畸變。

圖2 超聲波透射法檢測基樁完整性示意圖

2.3 高應(yīng)變動力測樁法

高應(yīng)變動力測樁法是利用大錘在樁頂部施加錘擊載荷，在樁頂部兩側(cè)設(shè)置速度傳感器和力傳感器，以獲取錘擊載荷下的加速度和力響應(yīng)，從而在一定程度上克服了樁周土的摩擦力和阻力，實現(xiàn)了樁側(cè)和樁端的抗力。由于樁基礎(chǔ)檢測信號中含有承載力，所以高應(yīng)變動力測樁法既能評定基樁的完整性，同時能夠?qū)扼w的承載力進行判斷。這種方法需要的設(shè)備比較復(fù)雜，造價也比較高，一般都是用來檢測地基的承載力，很少應(yīng)用到基樁完整性的判斷。

2.4 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是直接評定樁身質(zhì)量、樁長、樁底沉渣厚度和樁端承載力的最直接方法，也是評定樁身混凝土強度的一種可靠方法。這種方法要求在樁身鉆孔，是一種局部破壞的測試方法，適合于800mm 以下的基樁。這種方法在判斷大范圍的混凝土離析、夾泥等局部缺陷時是行之有效的，但在橫向裂紋等方面，一般不能很好地用于其他非破壞性檢測中。

3 超聲波透射法基樁完整性檢測及判定

3.1 聲測管埋設(shè)的基本要求

埋設(shè)聲測管的基本要求如下：其一，在基樁直徑不超過1.5m 時，應(yīng)埋設(shè)3 個；在基樁直徑超過1.5m 的情況下，埋設(shè)4 個聲測管道。其二，選用金屬管，內(nèi)徑應(yīng)大于傳感器外直徑15mm，并以螺紋形式接頭，不得滲漏。其三，在鋼筋籠內(nèi)部焊接或捆綁，必須牢固、相互平行、定位準(zhǔn)確，并埋入樁底，聲測管管口必須高出基樁頂部30cm。聲測管底部應(yīng)該是密封的，并在上部加蓋。聲測管的起始點是線路正前方的一個頂點，然后將它按照順時針方向排列，分成一組。

3.2 有關(guān)檢測規(guī)程

在檢測之前的準(zhǔn)備工作如下：其一，檢測基樁樁齡為14d 或更長。其二，用清水填充聲測管，確保傳聲器通暢。其三，校準(zhǔn)超聲波檢測系統(tǒng)的延遲時間，用t0表示。其四，精確地測定聲測管的內(nèi)外徑和相鄰2 個聲測管的外壁間距，使其精度達到要求。其五，在超聲波檢測之前，取芯孔的垂直偏差不能超過0.5%。

超聲波檢測必須符合以下條件：其一，檢測點之間的間隔不能超過25cm。超聲波的發(fā)射和接收探針應(yīng)該保持同步上升，其相對高度差不超過20mm，并且可以在任何時候進行修正。其二，對相同的基樁進行檢測時，必須保證超聲發(fā)射端的電壓不變。其三，對聲時和波幅出現(xiàn)異常的部位，進行加密檢測，如等差同步、水平加密或扇形掃描等，并與波形分析相結(jié)合，以確定缺陷部位和嚴重程度。

3.3 常用檢測方法

在對測、斜測、差斜測、扇形掃描等基樁完整性的超聲波檢測中，常用的方法是平面法。對于可能存在的缺陷，可以采用斜測、交叉斜測和扇形掃描等方法進行輔助定位。在使用平面法時，檢測步驟如下：

第一步，在2 個聲測管的檢測點上，分別設(shè)置發(fā)送傳感器和接收傳感器。

第二步，在同一高度上，同步提升發(fā)射傳感器和接收傳感器，檢測點的步長通常在250mm 以下。

第三步，對超聲波接收的信號進行實時的顯示與記錄，讀取聲時、首波、周期值，并將其主頻率及頻譜曲線顯示出來。

第四步，若在多個聲測管中設(shè)置，以2 個聲測管為一檢測剖面，對各剖面進行聯(lián)合檢測。

第五步，對可能出現(xiàn)的樁身有缺陷的部位，應(yīng)采用相關(guān)的輔助檢查，如密測（5cm 或1cm）、斜測、掃測等，以進一步明確缺陷的部位及嚴重性。

第六步，在檢測相同的基樁時，應(yīng)將超聲波裝置的輸出電壓及參數(shù)設(shè)定值保持一致。

4 基于不確定層次分析法的基樁完整性判定

在應(yīng)用超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法等方法進行樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測時，基樁的波速、聲時、波形曲線等參數(shù)與混凝土的灌漿質(zhì)量有著直接的關(guān)系。目前，基樁的整體剛度只能根據(jù)有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)來確定。但是，在實踐中，許多因素影響基樁的完整性判定。所以，有必要在工程實踐中，充分考慮各種影響因素，做出最合理的判定。需要構(gòu)建一套評價指標(biāo)體系，用以評價樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量；各指標(biāo)對基樁質(zhì)量的影響程度存在差異，采用不確定層次分析方法求出了各指標(biāo)的權(quán)重；利用評價指標(biāo)體系進行評價；最后，利用權(quán)重法對基樁的質(zhì)量進行評價。

4.1 不確定層次分析法基本原理

使用AHP 進行綜合評價時，其核心步驟是建立一個合理的判斷矩陣，并運用適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ù_定各指標(biāo)的權(quán)重。在普通 AHP 中，指標(biāo)間的重要性通常用1～9 來表示，不能用來描述不明確的東西。在工程實踐中，由于環(huán)境的復(fù)雜性和人的主觀能動性，很難做出準(zhǔn)確的評判。當(dāng)用區(qū)間數(shù)來判定兩個因子的重要程度時，這個判斷矩陣就是不確定的判斷矩陣。

4.2 評價指標(biāo)體系建立

根據(jù)基樁承載力的主要影響因素，依據(jù)整體性和相對獨立性的基本原理，提出了一套完整的基樁工程質(zhì)量評價指標(biāo)。這套體系主要從樁身實際施工長度、樁身施工直徑、樁身缺陷分布、樁身的地質(zhì)情況、樁身的沉降厚度等五個方面進行分析。根據(jù)這五項得分，對基樁質(zhì)量進行了全面的評價。

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)文獻、現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程和相關(guān)數(shù)據(jù)，對樁身實際施工長度、樁身施工直徑、樁身缺陷分布狀況、樁身地質(zhì)狀況、樁底沉渣厚度等五項指標(biāo)進行評價。

5 工程實例分析

在某高速公路K132+083 中橋，樁長27m、直徑1.5m。在距樁身7m 處有一個同相位的反射，根據(jù)應(yīng)力波反射原理，判斷這是一個縮頸樁，該縮頸樁實測波形如圖3所示。

圖3 某縮頸樁實測波形

由于許多因素會影響到基樁的完整性判定。因此，依據(jù)單參數(shù)判定基樁的完整性是不全面的。為此，以某縮頸樁為例，構(gòu)建了一套評價指標(biāo)體系，用以評價基樁的施工質(zhì)量。在不確定 AHP 方法的基礎(chǔ)上，求出各個指標(biāo)的權(quán)重；利用評價指標(biāo)體系進行評價；最后，利用權(quán)重法對基樁的質(zhì)量進行評價。通過實例計算，證明了所提出的評價方法是有效的。

6 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化進程加快，社會對基礎(chǔ)設(shè)施的需求也在不斷增加。成本高和安全運行沒有因果關(guān)系。樁基礎(chǔ)是橋梁下部結(jié)構(gòu)中的一種主要構(gòu)件，可以為上部結(jié)構(gòu)提供足夠的承載力。但是，這種地基的施工過程比較復(fù)雜，工序比較多。目前我國施工隊伍的質(zhì)量還有待提升，對于基樁施工工藝和基樁施工中的突發(fā)情況，施工人員仍缺乏相應(yīng)的應(yīng)對措施。這導(dǎo)致了樁基礎(chǔ)出現(xiàn)了混凝土離析、斷樁、縮頸、樁底沉淀等問題。鑒于基樁完整性是確保其高承載力的充分條件，對其進行有效的施工質(zhì)量檢測，及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的補救措施，對于確保其安全運行具有重要的意義。