侯憲穩(wěn) 王得盟

山東華材工程檢測(cè)鑒定有限公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

房屋建筑工程中對(duì)混凝土樁基質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試以確保樁基的正常運(yùn)行，該測(cè)試在樁帽施工前進(jìn)行。大部分現(xiàn)澆樁的失效是由于樁軸頸縮不良、外來(lái)物質(zhì)侵入，以及土壤顆粒污染基部混凝土造成的樁趾形成不當(dāng)、混凝土不連續(xù)、高水流導(dǎo)致混凝土浸出、施工不當(dāng)方法，混凝土質(zhì)量控制不佳等。預(yù)制混凝土樁的搬運(yùn)操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生裂縫，這也可能導(dǎo)致預(yù)制混凝土樁的失效。因此，為確保樁的正確放置、強(qiáng)度和耐久性，在完成樁承臺(tái)之前進(jìn)行樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)。

1 房屋建筑工程中樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的重要性和必要性

混凝土樁和鉆孔是基礎(chǔ)的重要類別。盡管它們的成本相對(duì)較高，想將重型上層建筑（橋梁、房屋建筑工程等）的載荷轉(zhuǎn)移到較低的土壤層時(shí)，就變得很有必要了。一般來(lái)說(shuō)，樁的完整性是指深基礎(chǔ)和樁的某些特征，例如：樁的物理尺寸（長(zhǎng)度或橫截面）、樁的連續(xù)性（存在空隙或主要裂縫）、樁的材料一致性等。這些元素的特殊幾何形狀（例如：長(zhǎng)度、直徑和鋼筋籠的存在）在施工過(guò)程中提出了一定的挑戰(zhàn)：樁的形成問(wèn)題、具體放置問(wèn)題、鋼筋籠安裝問(wèn)題。這些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致缺陷，例如：不連續(xù)（裂縫、空隙）或樁單元橫截面的突然變化（鼓脹、頸縮），由于樁元件通常埋在地下，這些元件的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

在過(guò)去的幾十年中，已經(jīng)開發(fā)了不同的侵入式和非侵入式方法，以幫助工程師使用簡(jiǎn)單、可靠和經(jīng)濟(jì)高效的方法來(lái)評(píng)估這些元素的質(zhì)量和一致性。大多數(shù)時(shí)候，樁頭是唯一可以進(jìn)行檢查和測(cè)試的區(qū)域。樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)是指對(duì)樁的物理尺寸、連續(xù)性和樁的材料一致性進(jìn)行定性評(píng)估。而測(cè)試方法的選擇取決于許多參數(shù)，包括（但不限于）：樁尺寸（橫截面、深度）、樁型、地層/土壤狀況等。接觸樁元件通常僅限于樁頭區(qū)域，因此測(cè)試要么必須在樁頭上進(jìn)行，要么在樁施工期間需要實(shí)施某些特征。

樁基有效地將作用在上部結(jié)構(gòu)上的荷載傳遞到土壤的下層。盡管成本相對(duì)較高，但它們?cè)跇蛄?、房屋建筑工程等方面的需求量很大，但是樁的?dú)特幾何形狀在施工過(guò)程中帶來(lái)了特定的挑戰(zhàn)。最常見的挑戰(zhàn)涉及與混凝土澆筑、鋼筋籠安裝、樁形成、套管管理、鉆孔、泥漿管理等有關(guān)的問(wèn)題，所有這些問(wèn)題都可能導(dǎo)致不連續(xù)性，并帶來(lái)可能影響整體樁完整性的橫截面變化。一旦樁元件被埋在地下，就無(wú)法進(jìn)行質(zhì)量控制和保證。在大多數(shù)情況下，樁頭是唯一可以進(jìn)行檢查和測(cè)試的部分。因此，通過(guò)樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)，依靠其可靠且具有成本效益的方法來(lái)評(píng)估樁元件的質(zhì)量和完整性[1]。

2 房屋建筑工程中樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的方法與具體措施

評(píng)估樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法主要有：低應(yīng)變樁完整性測(cè)試、超聲波交叉孔測(cè)試、平行地震測(cè)試、熱完整性測(cè)試等，每種測(cè)試方法都有一定的優(yōu)勢(shì)和局限性。下文將主要介紹和討論這些測(cè)試方法。

2.1 低應(yīng)變沖擊完整性測(cè)試

深地基低應(yīng)變沖擊完整性試驗(yàn)或樁體完整性試驗(yàn)是評(píng)價(jià)樁構(gòu)件完整性最常用的無(wú)損檢測(cè)方法。在這種方法中，使用高精度傳感器記錄樁頭對(duì)外部施加沖擊的響應(yīng)。在測(cè)試過(guò)程中，傳感器安裝在樁頭上，使用的傳感器可以是速度傳感器或加速器。該測(cè)試方法可以使用脈沖回波法（PEM）、聲波回波（SE）法和脈沖響應(yīng)（IR）瞬態(tài)響應(yīng)程序來(lái)確定加速度和原信息。低應(yīng)變樁完整性測(cè)試確定：樁中的不連續(xù)性，如空隙和裂縫、樁橫截面的變化，如頸縮或鼓脹、樁的深度、堆料的一致性。該方法不提供樁的承載能力，不能在樁帽上進(jìn)行。此外，當(dāng)在具有可變橫截面的樁上進(jìn)行時(shí)，該測(cè)試無(wú)效。

在使用低應(yīng)變沖擊完整性測(cè)試時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到該方法的能力和局限性?；咏Y(jié)果的質(zhì)量直接取決于操作員對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和對(duì)樁基的經(jīng)驗(yàn)，例如，傳感器連接的樁表面處理、對(duì)特定樁尺寸使用特定錘重、數(shù)據(jù)處理等因素，如果不認(rèn)識(shí)它們的貢獻(xiàn)，很容易影響結(jié)果。鉆孔樁或螺旋鉆孔灌注樁，其橫截面具有多個(gè)或大的變化，可能會(huì)導(dǎo)致難以或不可能分析的復(fù)雜記錄。此外，一般情況下，長(zhǎng)徑比不超過(guò)30的樁可以產(chǎn)生必要的信號(hào)，而不會(huì)因土壤阻力或樁的材料特性而產(chǎn)生過(guò)度阻尼，盡管有時(shí)可能會(huì)偏離這一規(guī)則，并且在特殊情況下，對(duì)較大比的樁進(jìn)行合理測(cè)試。

低應(yīng)變沖擊完整性測(cè)試不會(huì)生成有關(guān)樁承載力或樁荷載傳遞機(jī)制的信息。然而，低應(yīng)變沖擊完整性測(cè)試能夠產(chǎn)生有關(guān)樁質(zhì)量的信息，如，是否存在空洞或斷裂等缺陷，以及樁的長(zhǎng)度等，即使這些能力也會(huì)受到信號(hào)處理過(guò)程中需要做出的假設(shè)的影響。此外，即使在理想條件下，也應(yīng)謹(jǐn)慎地允許結(jié)果存在一定程度的不確定性，盡管不確定性程度受可用信息的可信度的影響。假設(shè)樁長(zhǎng)上的坑結(jié)果變化高達(dá)10%的情況并不少見，尤其是已知由于材料質(zhì)量（例如混凝土）的變化，波速變化為±5%的可能性很大。

2.2 超聲波交叉孔測(cè)試

超聲波交叉孔測(cè)試提供有關(guān)混凝土均勻性和完整性的信息。該方法用于識(shí)別劣質(zhì)混凝土區(qū)域，克服了低應(yīng)變沖擊完整性測(cè)試的局限性。這種方法需要在混凝土澆筑期間使用平行的金屬或塑料管制作許多垂直孔，根據(jù)樁的直徑，可以確定這些孔的數(shù)量和配置，孔應(yīng)充滿水。一個(gè)聲波發(fā)射換能器被降低到一個(gè)管子的底部，而另一個(gè)聲波接收換能器被放置在第二個(gè)管子的底部，兩個(gè)換能器都以相同的速率向上拉，來(lái)自發(fā)射器和接收器探頭以及深度測(cè)量裝置的信號(hào)被傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)化設(shè)備，用于以超聲波剖面的形式記錄、處理和顯示數(shù)據(jù)，分析信號(hào)以確定缺陷的位置，以及識(shí)別缺陷的程度?？梢允褂枚鄠€(gè)孔擴(kuò)展測(cè)試，從而對(duì)樁進(jìn)行完整的橫截面分析。超聲波交叉孔測(cè)試是評(píng)估大直徑樁時(shí)的理想測(cè)試。

例如，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)獲得的超聲波交叉孔測(cè)試數(shù)據(jù)可能顯示缺陷，也可能不顯示缺陷。在現(xiàn)場(chǎng)獲得的所有掃描中，也可能只有很少一部分顯示出缺陷。在這種情況下，了解缺陷沿樁長(zhǎng)的范圍以及橫向的范圍非常重要，這可以通過(guò)斷層掃描分析實(shí)現(xiàn)，斷層掃描分析可用于獲得缺陷的三維分析或圖像視圖，層析成像分析要求樁體內(nèi)至少有4根管子和6次掃描，并使用混凝土波速作為參數(shù)來(lái)獲得輸出，該方法評(píng)估缺陷的程度和大小。為簡(jiǎn)潔起見，僅提供了一次掃描，盡管該直徑為1000mm的鉆孔樁獲得了6次掃描。通過(guò)此類分析了解缺陷的確切位置和范圍，可以更換或修復(fù)樁。

2.3 平行地震測(cè)試

低應(yīng)變沖擊完整性和超聲波交叉孔測(cè)試方法需要清楚地進(jìn)入樁尖。平行地震法主要用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的混凝土樁的完整性評(píng)估，因?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)已經(jīng)建立在基礎(chǔ)上。對(duì)于完整性評(píng)估，在靠近樁并與樁平行的地方鉆孔。鉆孔襯有塑料管并充滿水，用于傳感器和周圍表面之間的耦合，聲波接收器放置在管的底部，以恒定的速度向上移動(dòng)。樁帽由手持錘進(jìn)行擊打，來(lái)自接收器探頭和深度測(cè)量裝置的信號(hào)被記錄下來(lái)，并以聲波輪廓的形式進(jìn)行分析，然后使用該輪廓來(lái)評(píng)估樁的完整性。

例如，當(dāng)使用平行地震測(cè)試確定安裝樁的長(zhǎng)度時(shí)，使用混凝土和土壤中的波速變化，如果接收器位于樁尖下方，波的到達(dá)會(huì)延遲，這可以在制作地震儀時(shí)看到。然后，可以通過(guò)兩條線的交點(diǎn)以圖形方式估算樁的長(zhǎng)度，由于鉆孔偏移，提出了一個(gè)修正系數(shù)，并證明該修正系數(shù)可以改善結(jié)果。此外，已知放置接收器的鉆孔在樁附近時(shí)會(huì)發(fā)生偏差，這是由于樁安裝期間土壤變硬造成的，提出了另一個(gè)修正系數(shù)，其中考慮了這種偏差，這意味著應(yīng)該知道鉆孔的偏差，這可以在鉆孔或錐體中使用測(cè)斜儀。樁留下的另一個(gè)印象是腳趾的振動(dòng)，樁尖作為一個(gè)新的振動(dòng)源，以相對(duì)較高的振幅向各個(gè)方向發(fā)送聲波。從數(shù)值和實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)看，平行地震測(cè)試在確定長(zhǎng)度時(shí)被證明相對(duì)準(zhǔn)確，它可以用于多種類型的基礎(chǔ)，如深基礎(chǔ)或房屋建筑工程中。與其他無(wú)損檢測(cè)方法相比，平行地震測(cè)試方法成本較高，因此并不總是首選方法[2]。

平行地震測(cè)試的成本主要來(lái)自鉆孔或在地面安裝接收器。樁身缺陷檢測(cè)在尋找缺陷時(shí)，過(guò)程更加復(fù)雜，地震儀可以用來(lái)顯示波在不同深度的到達(dá)時(shí)間，這將顯示阻抗變化時(shí)波的速度如何變化，或波如何被反射、折射等。例如，如果樁的直徑減小，穿過(guò)土壤的路徑就會(huì)增加，由于土壤中的波速小于通過(guò)樁體的波速，因此缺陷附近接收器處的a.t延遲。如果存在凸起，則可以預(yù)期相反的情況，且a.t較短。如果振動(dòng)從樁轉(zhuǎn)移到缺陷位置的土壤，這是可以測(cè)量的。除了p波的到達(dá)外，s波的到達(dá)可能也很重要。缺陷的一個(gè)可能跡象是兩種波的振幅，根據(jù)缺陷的類型，p波或s波變得更加突出。在這種情況下，缺陷和接收器的深度也很重要。缺陷的另一個(gè)指標(biāo)是在缺陷上方測(cè)量的波在缺陷處的反射，同樣，使用清晰的地震儀，可以看到頭波后的反射。

2.4 熱完整性分析

最近，利用養(yǎng)護(hù)混凝土的自然溫升，開發(fā)了一種評(píng)估鉆孔豎井完整性的新方法。熱完整性分析（TIP）使用混凝土水泥漿的溫度變化來(lái)評(píng)估樁和深基礎(chǔ)的完整性。該方法涵蓋范圍廣泛的樁和深地基，包括鉆孔樁、微型樁、現(xiàn)澆預(yù)鉆樁、連續(xù)飛行預(yù)鉆樁、鉆孔置換樁等。該技術(shù)背后的概念是記錄水泥固化期間的溫度變化和歷史，該溫度可以與混凝土的強(qiáng)度增益以及樁和深地基的完整性相關(guān)聯(lián)。

與之前描述的方法相比，TIP有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

2.4.1 熱完整性分析可用于評(píng)估鋼筋籠外的混凝土部分，提供樁質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以縮短施工時(shí)間，數(shù)據(jù)解釋相對(duì)容易。TIP測(cè)量對(duì)樁和深基礎(chǔ)的完整性測(cè)試有一些限制，包括：只能用于新樁的完整性測(cè)試。熱完整性分析需要一個(gè)參考圖來(lái)比較記錄的日志以進(jìn)行完整性評(píng)估，TIP電線和傳感器在安裝和混凝土澆筑過(guò)程中可能會(huì)損壞。

2.4.2 TIP測(cè)量是一種用于完整性評(píng)估的比較方法，即使混凝土樁是健全的，與參考圖相比，混合設(shè)計(jì)的變化可能會(huì)導(dǎo)致巨大的差異。

2.4.3 TIP這個(gè)概念涉及精確測(cè)量井筒內(nèi)的溫度，這是由于溫度梯度存在時(shí)（第一周內(nèi)）產(chǎn)生的水合熱。隨后與計(jì)算機(jī)模型的信號(hào)匹配用于識(shí)別不產(chǎn)生熱量的夾雜物的位置和大小。

2.4.4 除了全面完整性評(píng)估的優(yōu)點(diǎn)外，該方法還可以在混凝土仍為“綠色”時(shí)提供完整性反饋，便于取芯、沖洗和灌漿受影響區(qū)域。在1980年底，南佛羅里達(dá)州大學(xué)研究人員理想化了一種基于固化混凝土基礎(chǔ)單元周圍的實(shí)測(cè)土壤溫度評(píng)價(jià)鉆孔軸完整性的方法，被認(rèn)為當(dāng)時(shí)正在發(fā)展的準(zhǔn)靜態(tài)圓錐貫入儀可以配備熱電偶，能夠記錄水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量引起的土壤溫度的細(xì)微變化，這些溫度變化表明豎井結(jié)構(gòu)受損。從概念上講，均質(zhì)混凝土圓柱體將產(chǎn)生隨深度變化的均勻溫度剖面（某些變化歸因于土壤地層學(xué)）。然而，由于許多鉆孔豎井是在不適合圓錐貫入試驗(yàn)的土壤（例如巖石或礫石土壤）中澆筑的，因此這種方法的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。例如，鉆桿加固籠中的進(jìn)入管的一般使用重新聚焦熱完整性概念，以考慮從樁內(nèi)部捕獲和建模溫度數(shù)據(jù)，利用加窗或聚焦紅外系統(tǒng)對(duì)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的最新進(jìn)展，使USF的研究人員能夠設(shè)計(jì)一個(gè)初步系統(tǒng)，用于記錄接入管內(nèi)壁上的連續(xù)熱跡，使用的紅外傳感器堅(jiān)固耐用，可以使用反射波技術(shù)記錄表面溫度[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在房屋建筑工程中，樁基工程是房屋建筑過(guò)程中的重要任務(wù)，其施工質(zhì)量將對(duì)整個(gè)房屋建筑工程的質(zhì)量起著決定性的作用，因此樁基質(zhì)量檢測(cè)也尤為重要，而無(wú)損檢測(cè)是評(píng)估樁的一致性和完整性的最佳解決方案之一。在實(shí)際工程中，由于樁基檢測(cè)是存在一定施工難度，因此必須要采用科學(xué)的檢測(cè)控制技術(shù)，以保證房屋建筑的安全。