錢(qián)芬芳
(1.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350108; 2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350108)
基樁是隱蔽性的地下基礎(chǔ)工程,能夠很好地把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地下土層,在整個(gè)構(gòu)筑物受力中起到至關(guān)重要的作用?;?,基樁工程施工檢測(cè)十分重要。但在工程實(shí)踐中,往往某種獨(dú)立的檢測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足基樁檢測(cè)需求,甚至出現(xiàn)漏判、誤判等情況,以致影響整個(gè)工程質(zhì)量[1]。
具體工程中的實(shí)際檢測(cè),應(yīng)用超聲波透射法、低應(yīng)變檢測(cè)法、配合鉆芯法,充分利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析,可以對(duì)基樁存在的缺陷大小、缺陷位置作出更科學(xué)、合理、精確的判斷,提高檢測(cè)結(jié)果精確度。文章通過(guò)對(duì)比分析,闡述說(shuō)明各項(xiàng)檢測(cè)方法的局限性,論證基樁檢測(cè)應(yīng)采取多種手段綜合判斷、全方位分析觀點(diǎn)。
當(dāng)超聲波通過(guò)樁身混凝土?xí)r,遇到密實(shí)度不同甚至是較差的情況,例如斷樁、擴(kuò)徑、離析、縮頸、空洞等缺陷,根據(jù)波的傳播理論,這些缺陷可視為聲波的參數(shù)(波幅、聲速、頻率)發(fā)生變化,聲波的傳播會(huì)產(chǎn)生反射、折射、透射、繞射現(xiàn)象。波的能量改變,聲波將攜帶缺陷信號(hào)接收回儀器中,并根據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化,如振幅減少、聲時(shí)增大、聲波脈沖畸變等物理信息,間接反映灌注樁的混凝土質(zhì)量情況。
低應(yīng)變反射波法的使用,是當(dāng)前基樁檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛、效率最高、最為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。此種檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中,檢測(cè)人員需要向樁頂施加瞬態(tài)擊振力,由此產(chǎn)生應(yīng)力波,并沿樁身以波速縱向傳播,滿(mǎn)足一維波動(dòng)理論,應(yīng)力波遇到彈性介質(zhì)變化的界面即波阻抗(如混凝土密度、 樁身截面面積、 應(yīng)力波波速),一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播,另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播至樁端,在樁端處又產(chǎn)生反射。最后,通過(guò)樁頂安裝的傳感器對(duì)反射波信號(hào)進(jìn)行收集分析,顯示出速度時(shí)程曲線(xiàn),工作人員通過(guò)這曲線(xiàn)狀態(tài)的變化、計(jì)算樁身波速以有效判斷出樁身的完整性或缺陷位置[2]。
鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)是一種有損檢測(cè)方法,特點(diǎn)是直接采用巖芯鉆探技術(shù)抽取樁身芯樣,檢測(cè)效率高、精確度高。此種方法一般適用于檢測(cè)樁徑≥800mm的混凝土灌注樁樁身強(qiáng)度、樁身長(zhǎng)度和樁身完整性、樁端持力層性狀等方面的檢測(cè)。工作人員通過(guò)鉆取的砼芯樣膠結(jié)性狀、骨料的種類(lèi)及均勻性和樁身底部土層的性狀的分析,通過(guò)芯樣切取試件在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)基礎(chǔ)上,結(jié)合記錄和試驗(yàn)結(jié)果能夠有效判斷樁身是否完整。鉆芯法對(duì)大面積缺陷,例如空洞、夾泥、離析等研判效果顯著,而對(duì)橫向裂縫等小范圍缺陷有較大局限性。因此,鉆芯法一般只作為常規(guī)檢測(cè)的補(bǔ)充驗(yàn)證方法。
聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆孔取芯法優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。
表1 三種檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)
該工程位于福建省某地,1#沖孔灌注樁樁長(zhǎng)30.63m,樁徑1000mm,樁身混凝土強(qiáng)度為C30。 根據(jù)鉆孔揭露,樁周各巖土層自上而下分布有:①素填土、②粉質(zhì)粘土、③中砂、④卵石、⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑥中風(fēng)化花崗巖。
根據(jù)樁徑預(yù)埋3根聲測(cè)管[3]。1-2、1-3、2-3管間距分別為500mm、600mm、550mm。用聲波透射法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)樁頂下3個(gè)剖面均在29.7m~30.10m處有明顯砼缺陷,如圖1~圖2所示。分析得出,每一個(gè)檢測(cè)剖面上,連續(xù)的多個(gè)聲測(cè)點(diǎn)PSD畸變嚴(yán)重。據(jù)實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn),若PSD超過(guò)臨界值6,且聲速、波幅明顯小于臨界值,可認(rèn)為此區(qū)域?yàn)楫惓^(qū)域??拷鼧兜孜恢玫穆晫W(xué)參數(shù)有突變,初步判斷樁底存在離析情況。
圖1 1#樁聲波透射法左為1-2右為1-3剖面
圖2 1#樁聲波透射法2-3剖面
圖3 1#樁低應(yīng)變反射波法
利用低應(yīng)變反射波法對(duì)1#樁補(bǔ)測(cè),圖3為低應(yīng)變時(shí)域曲線(xiàn),波速取3900m/s,可以分析出激振后在2L/c之前沒(méi)有缺陷反射信號(hào),波形較完整平滑,波形光滑、規(guī)律,無(wú)樁底子波反射,整體波形有“往下走”的趨勢(shì),可初判該樁受樁身土阻力影響較大。
兩種檢測(cè)方法結(jié)果的不一致,讓工作人員心生疑慮,考慮到該樁的重要性,進(jìn)一步分析兩種檢測(cè)手段的差異,鉆芯法具有直觀性,對(duì)1#樁作鉆芯取樣觀察。圖4為1#樁芯樣圖示,29.7m~30.1m附近芯樣上看很直觀,膠結(jié)物質(zhì)較少,但大部分呈碎塊狀,局部混凝土芯樣骨料分布不夠均勻,可確定該部位離析。
圖4 1#樁鉆芯法樣本
經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)施工人員,發(fā)現(xiàn)該灌注樁在施工過(guò)程中,為趕工期進(jìn)度,拔管過(guò)快,導(dǎo)致混凝土骨料不均,密實(shí)度不足。在樁基較長(zhǎng)的情況,聲波透射法容易發(fā)現(xiàn)樁底缺陷,應(yīng)用低應(yīng)變反射波法檢測(cè),由于應(yīng)力波能量的衰減,且此樁由于土阻力的發(fā)揮,使得應(yīng)力波消減更為迅速,很難發(fā)現(xiàn)深部缺陷。此時(shí),就需要結(jié)合多種方法進(jìn)行確定和驗(yàn)證。鉆芯法的直接性可以彌補(bǔ)這一短處。
同一項(xiàng)目43#樁,樁長(zhǎng)30.80m,樁徑1000mm,低應(yīng)變反射波法波形如圖5所示,9.0m處有與入射波同向的反射信號(hào),并伴有多次反射,第二峰甚至高過(guò)第一峰,而且反射周而復(fù)始,初步判定該樁有明顯缺陷,43#樁在9.0m附近有嚴(yán)重離析或者斷裂現(xiàn)象。
圖5 43#樁低應(yīng)變結(jié)果
但對(duì)該樁進(jìn)行聲波透射法復(fù)測(cè),不論從曲線(xiàn)(圖6)1-2剖面所示,還是從所計(jì)算的數(shù)值,均在正常范圍內(nèi),可認(rèn)為聲波透射法檢測(cè)結(jié)果較為良好。到底是什么原因造成兩種檢測(cè)結(jié)果截然不同?
圖6 43#樁聲波透射法1-2剖面
分析后得出,檢測(cè)人員在試驗(yàn)時(shí)未按規(guī)范[3]要求,每20cm設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn),由于裂縫為橫向,范圍較小,聲波透射法對(duì)不敏感的橫向缺陷出現(xiàn)了漏檢現(xiàn)象。針對(duì)這一情況,檢測(cè)人員對(duì)該樁做鉆芯法查驗(yàn)。根據(jù)圖7鉆芯法檢測(cè)結(jié)果表明,芯樣9m處出現(xiàn)斷裂,斷口不吻合,斷裂處砼膠結(jié)較差。后聲波透射法加密檢測(cè),5cm一個(gè)測(cè)點(diǎn),確實(shí)出現(xiàn)異常信息,證實(shí)了鉆芯法的可靠性。
綜上可見(jiàn),檢測(cè)人員如果簡(jiǎn)單地認(rèn)為一種檢測(cè)方法比另一種更為可靠,這是不合理也是不科學(xué)的。當(dāng)某種方法甚至兩種方法存有疑慮時(shí),采取多種手段進(jìn)行驗(yàn)證,更客觀、公正地得到準(zhǔn)確的結(jié)果。
圖7 43#樁鉆芯法樣本
由以上兩個(gè)實(shí)例可看出,超過(guò)有效檢測(cè)長(zhǎng)度范圍的長(zhǎng)樁,尤其在樁身周?chē)磷枇Φ挠绊懴?,其測(cè)試信號(hào)不能明確反映樁身下部和樁端情況。聲波透射法能夠很好地發(fā)現(xiàn)樁身檢測(cè)范圍內(nèi)的各個(gè)缺陷,尤其是對(duì)縱向缺陷比較敏感,并且能夠和取芯結(jié)果很好地對(duì)應(yīng)起來(lái),一般情形下不會(huì)產(chǎn)生誤判、漏判情況。但是,對(duì)于樁身橫向缺陷,聲波透射法容易忽略,也是此項(xiàng)檢測(cè)方法的弊端。低應(yīng)變法卻是截然相反,對(duì)橫向缺陷反應(yīng)敏銳,縱向缺陷反應(yīng)遲鈍,兩者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。一般情形下,可采取低應(yīng)變法進(jìn)行普測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)配合以聲波透射法、鉆芯法佐以輔助驗(yàn)證,綜合檢測(cè)效果,定性缺陷類(lèi)型,定量缺陷大小。
綜之,基樁工程綜合檢測(cè)技術(shù)具有非常必要的現(xiàn)實(shí)意義,聲波透射法、低應(yīng)變檢測(cè)方法以及鉆孔取芯檢測(cè)技術(shù)的配合應(yīng)用有助于提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度。