公路橋梁中鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)
2012-12-05 來(lái)源：作者：朱木峰 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，鉆孔灌注樁作為一種基礎(chǔ)形式以其適應(yīng)性強(qiáng)、成本適中、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)仍將被廣泛地應(yīng)用于公路橋梁及其它工程領(lǐng)域。灌注樁能將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層中，從而大大減少基礎(chǔ)沉降，是一種極為有效，安全可靠的基礎(chǔ)形式。但是，灌注樁的施工大多是在地面下或水下完成，施工工序多，質(zhì)量控制難度大，稍有不慎易產(chǎn)生斷樁等嚴(yán)重缺陷。因此，灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)和依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷樁身質(zhì)量就顯得格外重要。
鉆孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁型。20世紀(jì)40年代初隨著大功率鉆孔機(jī)具的研制成功首先在美國(guó)問(wèn)世，二戰(zhàn)后，世界各地特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇與發(fā)展，時(shí)至今日，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展，鉆孔灌注樁在高層、超高層的建筑物和重型構(gòu)筑物中被廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，在我國(guó)，鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)及施工水平也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。
一、目前國(guó)內(nèi)外常用的樁基檢測(cè)方法
1.鉆芯檢測(cè)法：用地質(zhì)鉆機(jī)在樁身上沿長(zhǎng)度方向鉆取芯樣，通過(guò)對(duì)芯樣的觀察和測(cè)試確定樁質(zhì)量。但這種方法只能反映鉆孔范圍內(nèi)的小部分混凝土質(zhì)量，而且設(shè)備龐大、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、價(jià)格昂貴，不宜作為大面積檢測(cè)方法，而只能用于抽樣檢查，或作為無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的校核手段。
2. 振動(dòng)檢測(cè)法：它是在樁頂用各種方法施加一個(gè)激振力，使樁體及樁土體系產(chǎn)生振動(dòng)。并在樁內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力波，通過(guò)對(duì)波動(dòng)及波動(dòng)參數(shù)的分析，以推定樁體混凝土質(zhì)量及總體承載力的一種方法。這類方法主要有四種，分別為敲擊法和錘擊法、穩(wěn)態(tài)激振機(jī)械阻抗法、瞬態(tài)激振機(jī)械阻抗法、水電效應(yīng)法。
3.超聲波脈沖檢驗(yàn)法：該法是在檢測(cè)混凝土缺陷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其方法是在灌注樁混凝土前沿樁的長(zhǎng)度方向平行預(yù)埋若干根檢測(cè)用管道，作為超聲檢測(cè)探頭的通道。檢測(cè)時(shí)探頭分別在兩個(gè)管子中同步移動(dòng)，沿不同深度逐點(diǎn)測(cè)出橫斷面上超聲波脈沖穿過(guò)混凝土?xí)r的各項(xiàng)參數(shù)，并按超聲波檢測(cè)原理分析每個(gè)斷面上混凝土質(zhì)量。
4.射線法：該法是以放射性同位素輻射線在混凝土中的衰減、吸收、散射等現(xiàn)象為基礎(chǔ)的一種方法。當(dāng)射線穿過(guò)混凝土?xí)r，因混凝土質(zhì)量不同或因存在缺陷，接收儀所記錄的射線強(qiáng)弱發(fā)生變化，據(jù)此來(lái)判斷樁的質(zhì)量。
5.動(dòng)力檢測(cè)法。目前對(duì)灌注樁質(zhì)量檢測(cè)一般都采用對(duì)樁身無(wú)破損的動(dòng)力檢測(cè)法（主要是低應(yīng)變檢測(cè)）。根據(jù)作用在樁頂上動(dòng)荷載能量是否使樁土之間發(fā)生一定塑性位移或彈性位移，而把動(dòng)力測(cè)樁分為高、低應(yīng)變兩種方法。對(duì)樁頂施加錘擊，使樁身不沉應(yīng)變達(dá)到1.5～2.5mm以上的稱為高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法，否則稱為低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法。前者對(duì)了解樁的承載力效果較好，后者對(duì)檢驗(yàn)樁身混凝土勻質(zhì)性效果較優(yōu);前者檢測(cè)設(shè)備較笨重，價(jià)格貴，且因要求錘與樁的重量比須大于O.08～0.2，因此檢測(cè)大直徑、深長(zhǎng)的灌注樁，錘的質(zhì)量要求大于10噸以上，相應(yīng)的吊張、搬運(yùn)設(shè)備都顯得笨重;后者設(shè)備較輕便，價(jià)格低。
二、應(yīng)力反射波法檢測(cè)分析
1.反射波法的基本原理。
反射波法源于應(yīng)力波理論，基本原理是在樁頂進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播。在樁身明顯存在波阻抗界面（如樁底、斷樁或嚴(yán)重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴(kuò)頸）部位，將產(chǎn)生反身波。經(jīng)接收、放大濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來(lái)自樁身不同部位的反射信息。據(jù)此計(jì)算樁身波速、判斷樁身完整性和混凝土強(qiáng)度等級(jí)。當(dāng)樁嵌于土體中，將受到樁周圍土的阻尼作用，樁的動(dòng)力特性滿足一維波動(dòng)方程。即：δ2v/δx2—1/vp2×δ2v/δt2一n/EA ×δv/δt=O.其中v----質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移，X----振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)到振源的距離，t----質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間，n----阻尼系數(shù)，A----樁的截面積，Vp----縱波在樁中傳播的速度Vp=E/p.p----樁的質(zhì)量密度。
當(dāng)在樁頂施加瞬時(shí)外力F（t）時(shí)，樁內(nèi)只存在下行波，波在不同的波阻抗面上發(fā)生反射。從上式中，可推導(dǎo)出應(yīng)力波在樁體中旅行的時(shí)間及其對(duì)不同結(jié)構(gòu)介質(zhì)樁的縱波速度：Vp=2Lhb，L----樁長(zhǎng)，tb----樁底反射波到達(dá)時(shí)間，當(dāng)樁身存在缺陷或斷樁時(shí)，各界面反射波使曲線變得復(fù)雜，認(rèn)真分析波形并選出可靠的缺陷反射時(shí)間t，從而得到缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x：Lˊ=VpmΔtb/2，Vpm--同一工地多根已檢合格樁樁身縱波速度的平均值。Lˊ----缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x。
2.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及注意事項(xiàng)。
?、侔惭b全部測(cè)試設(shè)備，并應(yīng)確認(rèn)各項(xiàng)儀器裝置處于正常工作狀態(tài);
②在測(cè)試前應(yīng)正確選定儀器系統(tǒng)的各項(xiàng)工作參數(shù)，使儀器在設(shè)定的狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn);
③在瞬態(tài)激振試驗(yàn)中，重復(fù)測(cè)試的次數(shù)應(yīng)大于4次;且應(yīng)采取不同重量和材料的激振設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，必要時(shí)應(yīng)采用不同類型的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而確定正確的激振設(shè)備和傳感器。
?、茉跍y(cè)試過(guò)程中應(yīng)觀察各設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備均處于正常狀態(tài)時(shí)，則該次測(cè)試有效;
3.實(shí)測(cè)曲線判讀解釋的基本方法。
由于樁身種類復(fù)雜，實(shí)測(cè)曲線判讀人員的技術(shù)水平有限，實(shí)測(cè)資料的解釋是一項(xiàng)較為困難的工作。
?。?）缺陷存在可能性的判讀。判斷樁身缺陷存在與否，需分辨實(shí)測(cè)曲線中有無(wú)缺陷的反射信號(hào)，及分辨樁底反射信號(hào)。樁底反射明顯，一般表明樁身完整性好，或缺陷輕微、規(guī)模小。另外計(jì)算樁身平均波速，從而評(píng)價(jià)樁身是否有缺陷及其嚴(yán)重程度。此外，還應(yīng)分析地層等資料，排除由于樁周圍土層對(duì)波阻抗變化過(guò)大等因素造成的假反射現(xiàn)象。
?。?）多次反射及多層反射問(wèn)題。當(dāng)實(shí)測(cè)曲線中出現(xiàn)多個(gè)反射波時(shí)，應(yīng)判別它是同一缺陷面的多次反射，還是樁間多次缺陷的多個(gè)反射，前者，即缺陷反射波在樁頂面及缺陷面問(wèn)來(lái)回反射，其主要特征：反射波至?xí)r間成倍增加，反射波能量有規(guī)律遞減。后者往往是雜亂的，不具有上述規(guī)律性。多次反射現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般表明缺陷在淺的位置，或反射系數(shù)較大（如斷樁）。它是樁頂存在嚴(yán)重離析或斷樁的有力證據(jù)。多層反射不只表明缺陷可能有多處，而且由下層缺陷反射波在能量上的相對(duì)差異，可推測(cè)上部缺陷的性質(zhì)和相對(duì)規(guī)模。
4.一般情況下較好波形特征：（1）多次錘擊的波形重復(fù)性好;（2）波形真實(shí)反映樁的實(shí)際情況，完好樁樁底反射明顯;（3）波形光滑，不應(yīng)含毛刺或振蕩波形;（4）波形最終回歸基線。
5.影響基樁質(zhì)量檢測(cè)波形的因素。
?。?）露出于樁頭鋼筋對(duì)波形的影響。由于灌注樁考慮到以后的承臺(tái)問(wèn)題，樁頭均有鋼筋露出，這對(duì)實(shí)測(cè)波形有一定的影響，嚴(yán)重時(shí)可影響反射信號(hào)的識(shí)別。
（2）樁頭破損對(duì)波形的影響。灌注樁頭表面松散，將使彈性波能量很快衰減，從而削弱樁尖及樁底反射信號(hào)，影響波形的識(shí)別。有效途徑是：將松散處鏟去。
（3）樁的強(qiáng)度對(duì)波形的影響。樁的齡期短，強(qiáng)度低，將降低應(yīng)力波在混凝土中的傳播速度，影響對(duì)樁長(zhǎng)的判別。
總之，運(yùn)用應(yīng)力波反射法檢測(cè)灌注樁的施工質(zhì)量，具有檢測(cè)速度快、費(fèi)用低、便于全面普查樁的質(zhì)量、判別樁的完整性和質(zhì)量缺陷等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于一些支撐樁樁底以下淺部的地質(zhì)情況有較好的檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以解決聲波檢測(cè)法只能檢測(cè)樁身內(nèi)部質(zhì)量而不能檢測(cè)樁底以下的地質(zhì)情況的不足之處，是一種值得推廣的方法。
