喻安鳳

（貴州路橋集團(tuán)有限公司, 貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 前言

巖溶地區(qū)地形特殊，常規(guī)基礎(chǔ)難以滿足建筑物的承載力需求，無(wú)法保障工程施工質(zhì)量。沖孔灌注樁具有承載力強(qiáng)、抗震性好、沉降小等特征，其樁根植于基巖內(nèi)部，提高了整體承載力，可于多種地質(zhì)條件下應(yīng)用，巖溶地區(qū)使用沖孔灌注樁基本滿足工程需求，為確保項(xiàng)目質(zhì)量奠定了良好的基礎(chǔ)[1-3]。樁基施工為地下工程，具有較強(qiáng)的隱蔽性，而樁基質(zhì)量直接決定項(xiàng)目質(zhì)量水平，加強(qiáng)樁基質(zhì)量完整性檢測(cè)對(duì)保障項(xiàng)目質(zhì)量意義深遠(yuǎn)。筆者以巖溶地區(qū)灌注樁工程實(shí)踐及樁身完整性檢測(cè)案例為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)資料、工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，探究巖溶地區(qū)基樁低應(yīng)變反射波法檢測(cè)技術(shù)在樁身完整性檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果，同時(shí)對(duì)其影響因素加以分析[4-5]。

1 低應(yīng)變反射波法

低應(yīng)變動(dòng)力試樁法是檢測(cè)樁身完整性的一種樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法，包括水電效應(yīng)法、反射波法、機(jī)械阻抗法、共振法等。現(xiàn)階段，樁身完整性檢測(cè)最常用的低應(yīng)變動(dòng)力試樁方法為反射波法。反射波法是樁身質(zhì)量檢測(cè)的常見(jiàn)手段，具有費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)便、檢測(cè)迅速、結(jié)果可靠的特點(diǎn)，可彌補(bǔ)靜載試驗(yàn)法抽樣率不足，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確的弊端，常將其檢測(cè)結(jié)果作為靜載試驗(yàn)、鉆芯法、高應(yīng)變法等檢測(cè)樁身樁位結(jié)果的參考值。與此同時(shí)，靜載試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)不合格樁，為擴(kuò)大檢測(cè)面積，并提供合理的處置方案，也會(huì)選擇低應(yīng)變反射波法進(jìn)行樁身檢測(cè)[6]。

低應(yīng)變反射波法以一維線彈性桿件模型為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用中需保持被檢測(cè)樁長(zhǎng)細(xì)比、有效波長(zhǎng)與樁回轉(zhuǎn)半徑之比均大于5。因此檢測(cè)前需保障選用的沖孔灌注樁尺寸符合要求。根據(jù)一維理論，采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè)，必須滿足應(yīng)力波在樁身傳播平截面假設(shè)，該檢測(cè)方法不適宜于H 型鋼樁、薄壁鋼管樁的樁基質(zhì)量檢測(cè)。

低應(yīng)變反射波樁身完整性檢測(cè)法應(yīng)用的設(shè)備為基樁動(dòng)測(cè)儀，型號(hào)為RS—1616K（S），由武漢巖海公司生產(chǎn)，該設(shè)備由加速傳感器組成，具有測(cè)量精度高、操作便捷、攜帶方便、能耗低等特點(diǎn)，可在多場(chǎng)景條件下應(yīng)用。樁長(zhǎng)不足100 m 或樁身存在淺部缺陷時(shí)，可使用手錘增加采樣精度，當(dāng)樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，選用專用力棒改善測(cè)量效果。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)要求

2.1 樁頭處理

（1）鑿除或鋸掉樁頭浮漿及破碎處，使樁頭平整，混凝土截面清晰可見(jiàn)，詳見(jiàn)圖1（a）和圖1（b）。

（2）樁頂承臺(tái)在正式檢測(cè)前，不得綁扎鋼筋，檢測(cè)前需切除樁頭外漏柱鋼筋，避免影響正常檢測(cè)，詳見(jiàn)圖1（c）。

（3）確保樁頭清潔，清理雜物、積水、碎石等，保持樁頭干燥，詳見(jiàn)圖1（d）。

2.2 樁位選擇

需檢測(cè)樁位選擇原則如下：1）施工工藝差異者；2）設(shè)計(jì)方制定者；3）施工質(zhì)量問(wèn)題者；4）局部地質(zhì)條件異常者；5）同類型樁均勻隨機(jī)分布。

2.3 傳感器安裝與錘擊設(shè)備的選擇

錘擊設(shè)備應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件合理選擇，結(jié)合樁身長(zhǎng)度、缺陷位置、缺陷深度等數(shù)據(jù)進(jìn)行錘擊脈沖寬度的調(diào)整。一般淺部缺陷或短樁時(shí)，選擇較窄沖擊入射波脈沖，反之則選較寬沖擊入射波脈沖，上部缺陷多以小錘檢測(cè)，而下部缺陷多以大錘檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇不同錘擊設(shè)備進(jìn)行激振[7]。

3 工程檢測(cè)實(shí)例

該工程為某鐵路橋梁基樁檢測(cè)項(xiàng)目，項(xiàng)目位于巖溶地區(qū)，工程類型為沖鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為6～70 m，樁徑為1～2.5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25～C40，該區(qū)域持力層由頁(yè)巖、弱風(fēng)化灰?guī)r組成。根據(jù)項(xiàng)目施工規(guī)范要求，需采用低應(yīng)變法進(jìn)行基裝檢測(cè)以確保項(xiàng)目質(zhì)量。該項(xiàng)目位于巖溶地區(qū)，為確保成樁質(zhì)量需結(jié)合地質(zhì)條件和施工細(xì)節(jié)進(jìn)行波形采集和數(shù)據(jù)分析，沖鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波法檢測(cè)典型波形以評(píng)估施工進(jìn)展與項(xiàng)目質(zhì)量。

3.1 Ⅰ類樁波形

實(shí)例1：JCLY—33 樁。持力層為弱風(fēng)化灰層，樁身長(zhǎng)10.5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁徑1.25 m，采用沖鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示樁身反射波頻率高，樁底有反向反射信號(hào)，表明該基樁混凝土強(qiáng)度高，樁身結(jié)構(gòu)完整，可判定為Ⅰ類樁，詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 Ⅰ類樁低應(yīng)變反射波法檢測(cè)波形圖

3.2 特殊波形

實(shí)例1：GT—2 樁。該基樁持力層為弱風(fēng)化頁(yè)巖，樁長(zhǎng)21 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁徑1.25 m，采用沖鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示樁身波形頻率低，樁底混凝土強(qiáng)度信號(hào)偏低。施工現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)該基樁0.5 m 處有樁身擴(kuò)徑，直徑約2 m，可能與該基樁樁頂阻抗大于樁身有關(guān)，導(dǎo)致頂部反射波頻率大于樁身，在實(shí)踐中需要結(jié)合實(shí)際情況選用鉆芯取樣法結(jié)合沖鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波進(jìn)行綜合分析，詳見(jiàn)圖3 所示。

圖3 樁頂擴(kuò)徑低應(yīng)變反射波法檢測(cè)波形圖

實(shí)例2：JSC7 樁。該基樁持力層為弱風(fēng)化頁(yè)巖，長(zhǎng)20 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁徑1.25 m。沖鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波檢測(cè)法發(fā)現(xiàn)樁身3.5 m 處存在同向多重反射波，判斷為縮徑缺陷，結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果和地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，可見(jiàn)樁身下3.5 m 處水滴狀巖溶，該波形信號(hào)范圍在1.5～3.5 m 區(qū)域內(nèi)樁身擴(kuò)徑變大，隨后恢復(fù)正常，信號(hào)為多重同相反射波。此類型樁身信號(hào)為局部阻抗后變大重新恢復(fù)原波形，需結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證，詳見(jiàn)圖4。

圖4 樁身局部阻抗突變低應(yīng)變反射波法檢測(cè)波形圖

實(shí)例3：TPT22—F 樁。該基樁持力層為弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，樁長(zhǎng)21 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。鉆孔灌注樁低應(yīng)變反射波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)樁底存在同向強(qiáng)度反射低頻波，初步判斷基樁底部存在問(wèn)題，對(duì)施工資料進(jìn)行查閱后并未發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步分析，混凝土由水泥、水和砂石等材料混合而成，并不符合完全彈性一維桿件體條件，可能由于樁身—樁側(cè)土—樁端持力層的存在導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中形成了介質(zhì)體系，導(dǎo)致信號(hào)傳輸至樁底后頻率減弱，信號(hào)強(qiáng)度降低，高頻反射信號(hào)強(qiáng)度減小，與此同時(shí)樁底入巖前擴(kuò)徑也會(huì)導(dǎo)致同相反射波信號(hào)增強(qiáng)[8-9]。綜上所述，項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)進(jìn)行樁底沉渣檢測(cè)時(shí)，要采用鉆芯法取樣與低應(yīng)變反射波結(jié)合的綜合方法提高檢測(cè)精準(zhǔn)度，詳見(jiàn)圖5 所示。

圖5 樁身底部擴(kuò)徑低應(yīng)變反射波法檢測(cè)波形圖

3.3 振源頻率問(wèn)題

激振源產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)頻率變化與基樁檢測(cè)結(jié)果之間存在關(guān)聯(lián)，頻率變化可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果失真。對(duì)樁身混凝土完整性進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件和實(shí)際需求合理選擇檢測(cè)手段，提高激振信號(hào)頻率與缺陷處匹配度，以增強(qiáng)反射信號(hào)波的準(zhǔn)確性，改善檢測(cè)精度。被測(cè)試樁存在淺部缺陷時(shí)，可用小手錘錘擊樁頂提高激振信號(hào)頻率降低波長(zhǎng)，從而準(zhǔn)確地反映出缺陷位置，提高檢測(cè)精準(zhǔn)度。如果被測(cè)試樁存在深部缺陷，可采用專用力棒作為激振源，降低激振信號(hào)頻率，提高激振信號(hào)傳播距離，并降低樁身對(duì)高信號(hào)的衰減，以獲得較深位置反射信號(hào)波。該項(xiàng)目橋梁工程施工選用了大直徑?jīng)_鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)較大，為提高檢測(cè)精準(zhǔn)度，選用帶尼龍頭力棒作為激振工具提高頻率吻合性，如樁身淺部存在缺陷則可將激振源改為小手錘[10]。

4 結(jié)論

低應(yīng)變反射波法在樁基完整性檢測(cè)中廣泛應(yīng)用，該方法的應(yīng)用需結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄、樁基特征等因素具體分析，從而提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，沖孔樁多為端承樁，雖有詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘查資料，實(shí)際情況是巖土結(jié)構(gòu)與施工樁特點(diǎn)并不完全符合地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，兩者之間會(huì)存在一定出入，巖溶地區(qū)基樁沖孔施工操作必須結(jié)合樁身完整性、實(shí)地勘測(cè)結(jié)果、巖層進(jìn)尺速度等合理選擇檢測(cè)方法，通過(guò)提高終孔位置精確度，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁端持力層的詳細(xì)研究，為提高項(xiàng)目施工質(zhì)量創(chuàng)造條件。