鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測方法及原理

日期：2022OW11:44:05

【容摘要】：本文簡要介紹了一些鉆孔灌注樁檢測方法，并主要介紹了反射波法的根

本原理及影響基樁質(zhì)量檢測波形的因素，運用應(yīng)力波反射法檢測鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，

具有檢測速度快、費用低、便于全面普查樁的質(zhì)量、判別樁的完整性和質(zhì)量缺陷，是一

種值得推廣的方法。

【主題辭】鉆孔樁反波身法檢測

目前在公路施工中，橋梁施工占有較大的比重，普通到達(dá)工程總造價的60~70%

,在?些特殊路段，橋涵所占有的施工金額比例還要高。所以橋涵施工是公路建立中

的重點。一方面決定著整個工程的質(zhì)量，另一方面也決定著施工企業(yè)的效益。

目前混凝土鉆孔灌注樁是橋梁施工構(gòu)造的主要形式，這主要是由于樁能將上部構(gòu)造

的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層中去，從而大大減少根抵沉降和建造特的不均勻沉降，是

一種極其有效，安全可靠的根抵形式。

采用樁根抵的優(yōu)點：

①抗地震性能好。柱的靜力特性主要研究其強度和沉降，樁的抗震性能主要決定于

其剛度和穩(wěn)定性，根抵剛度大抗震性能好。

②沉降量小和承載力高，樁的沉降量由三局部組成，樁身彈性壓縮；樁側(cè)摩阻力向

下傳遞，引起樁側(cè)土的剪切變形和樁端土體壓縮變形。

③可以解決特殊地基土的承載力。

④施工噪音小，合用于城市改造和人口密集場地。

但是，灌注樁的成孔是在樁位處的地面下或者水下完成的，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。據(jù)統(tǒng)計國外鉆孔灌注樁的事故率高達(dá)

5-10%,

灌注樁成樁質(zhì)量通常存在兩個方面的問題，一是屬于?樁身完整性，常見的缺陷有夾

泥、斷裂、縮頸、護(hù)頸、混凝土離析及樁頂混凝土密實度較差等。二是嵌巖樁，影響樁

底支承條件的質(zhì)量問題，主要是灌注混凝土前清孔不徹底，孔底沉淀厚度超過規(guī)定極限，

影響承載力。

灌注樁的缺點：

①灌注樁施工工藝比打入樁復(fù)雜，容易浮現(xiàn)斷樁、縮頸、混凝土離析和孔底虛土或

者沉渣過厚等質(zhì)量問題。

②由于鉆孔樁質(zhì)量不夠穩(wěn)定，要抽檢更多數(shù)量的松發(fā)展檢驗，增加檢測費用。

灌注樁的質(zhì)量問題與其成樁工藝密切相關(guān)，屬于樁身完整性的常見質(zhì)量缺陷有夾泥、

斷裂、縮頸、擴(kuò)頸、空洞、混凝土離析等。分析這些缺陷產(chǎn)生的原因，大致有：

①灌注混凝土過程中，導(dǎo)管埋入混凝土中的深度不夠，導(dǎo)致新灌混凝土上翻，或者提

升導(dǎo)管速度過快，導(dǎo)致導(dǎo)管中翻水，造成兩次灌注，使樁身形成夾泥的斷裂界面。

②孔中水頭卜.降，對孔壁的靜水壓力減小，導(dǎo)致局部孔壁土層失穩(wěn)坍落，造成混凝

土樁身夾泥或者縮頸?？妆谔渚植苛粝碌目吡?，成樁后形成護(hù)頸。

③混凝土攪拌不均勻，或者運輸路徑太長、或者導(dǎo)管漏水，混凝土受水沖泡等，使

粗骨料集中在一起，造成樁身混凝土離析。

由于鉆孔樁在施工過程中容易產(chǎn)生一些缺陷，故在施工中加強管理，保證工程質(zhì)量。

同時加強對成樁質(zhì)量發(fā)展檢查，使工程在施工過程中不留隱患。樁的檢驗?zāi)康模皇橇?/p>

解其承載力；二是檢驗柱本身混凝土質(zhì)量是否符合質(zhì)量要求；三是查明樁身的完整性，

查清缺陷及其位置，以便對影響樁承載力和壽命的樁身缺陷發(fā)展必要的補救，以保證工

程質(zhì)量，不留下事故隱患。

目前國外常用的樁基檢測方法：

①鉆芯檢測法：由于大直鉆孔灌注樁的設(shè)計荷載普通較大，用靜力試樁法有許多艱難，

所以常用地質(zhì)鉆機(jī)在樁身上沿長度方向鉆取芯樣，通過對芯樣的觀察和測試確定樁的質(zhì)

量。

但這種方法只能反映鉆孔圍的小局部混凝土質(zhì)量，而且設(shè)備龐大、費工費時、價格昂

貴，不宜作為大面積檢測方法，而只能用于抽樣檢杳，普通抽檢總樁量的3~5%,或者

作為無損檢測結(jié)果的校核手段。

②振動檢測法：又稱動測法。它是在樁頂用各種方法施加一個激振力，使樁體及至樁

土體系產(chǎn)生振動。或者在樁產(chǎn)生應(yīng)力波，通過對波動及波動參數(shù)的種種分析，以推定樁

體混凝土質(zhì)量及總體承或力的一種方法。這種方法主要有四種，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超聲脈沖檢驗法：該法是在檢測混凝土缺陷的根抵上開展起來的。其方法是在樁的

混凝土灌注前沿樁的長度方向平行預(yù)埋假設(shè)干根檢測用管道，作為超聲檢測和接收換能

器的通道。檢測時探頭分別在兩個管子中同步挪移，沿不同深度逐點測出橫斷面上超聲

脈沖穿過混凝土?xí)r的各項參數(shù)，并按超聲測缺原理分析每一個斷面上混凝土質(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)象為根

底的一種方法。當(dāng)射線穿過混凝土?xí)r，因混凝土質(zhì)量不同或者因存在缺陷，接收儀所記

錄的射線強弱發(fā)生變化，據(jù)此來判斷樁的質(zhì)量。

動力打樁法

波動方程打樁分析法

高應(yīng)變法

Case法

波形擬合法

應(yīng)力波反射法

穩(wěn)態(tài)激振法

機(jī)械阻抗法

樁動測方法瞬態(tài)激振法

評價樁身構(gòu)造完整性。

低應(yīng)變法，作用在樁頂上的動荷載小于使用荷載，其能量小，只能使樁產(chǎn)生彈性變形，

普通情況下只產(chǎn)生10-5動應(yīng)變。它是通過應(yīng)力波在樁身中傳播和反射原理，對樁身構(gòu)造

完整性發(fā)展評價；根據(jù)振動理論對承載力發(fā)展推算。低應(yīng)變法從原理上不能直接得到承

載力的判斷，而是由實測動剛度和靜動比照的修正發(fā)展推算，因此帶有很大的地區(qū)經(jīng)歷

和人為因素。

樁動測法的優(yōu)點：

①儀器設(shè)備輕便，檢測速度快和費用較低。

②具有靜荷教試樁不具備的功能。動力試樁除了和靜力試樁一樣，可檢測單樁承載力

外，還有樁身構(gòu)造完整性檢測、沉樁能力分析、樁工機(jī)械監(jiān)控和樁動態(tài)特性測定等功能。

③可區(qū)分破壞模式是土的破壞還是樁身構(gòu)造破壞.

④可對工程樁發(fā)展普查。低應(yīng)變法檢測速度快，費用低，可對工程樁發(fā)展普遍檢查，

然后有針對性對質(zhì)量稍差的樁發(fā)展承載力檢測，更好地保證工程質(zhì)量。

⑤波形擬合法不僅可得到單樁總承載力，還可發(fā)展側(cè)阻力分布和端阻力值的估計。

目前在橋梁樁基檢測過程中最常用的方法是應(yīng)力反射波法。下面簡要介紹一下應(yīng)力反

射波法的原理及其應(yīng)用.

一、反射波法的根本原理：

反射波法源于應(yīng)力波理論，根本原理是在樁頂發(fā)展豎向激振，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、斷樁或者嚴(yán)重離析等部位）或者樁身截面積

變化

（如縮頸或者擴(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，可識別來自

樁身不同部位的反射信息。據(jù)此計算樁身波速、判斷樁身完整性和混凝土強度等級。

當(dāng)樁嵌于土體中，將受到樁周土的阻尼作用，樁的動力特性滿足一維波動方程。卻：

V—質(zhì)點振動位移

t—質(zhì)點振動的時間

n—阻尼系數(shù)

A-一樁的截面積

Vp—縱波在樁中傳播的速度

Vp=E/p

p~樁的質(zhì)量密度

當(dāng)在樁頂施加瞬時外力F⑴時，樁只存在下行波，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間及其對不同構(gòu)造介質(zhì)樁的縱波速度：

Vp=2L/tb

L—樁長

tb—樁底反射波到達(dá)時間

當(dāng)樁身存在缺陷或者斷樁時，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

靠的缺陷反射時間t,從而得到缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x：

L=Vpm*t/2

Vpm--同一工地多根已檢合格樁樁身縱波速度的平均值。

t—缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x。

二、現(xiàn)場檢測及考前須知：

①安裝全部測試設(shè)備，并應(yīng)確認(rèn)各項儀器裝置處于正常工作狀態(tài)。

②在測試前應(yīng)正確選定儀器系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，使儀器在設(shè)定的狀態(tài)下發(fā)展試驗。

③在瞬態(tài)激振試驗中，重復(fù)測試的次數(shù)應(yīng)大于4次。

④在測試過程中應(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)，則該次測試有效。

三、實測曲線判讀解釋的根本方法：

由于樁身種類及雜，實測曲線判讀人員的技術(shù)水平有限，實測資料的解釋是一項較為

艱難的工作。

(1)缺陷存在可能性的判讀

判斷樁身缺陷存在與否，需分辨實測曲線中有無缺陷的反射信號，及分辨樁底反射信

號，這對缺陷的定性及定量解釋是有匡助的。樁底反射明顯，普通說明樁身完整性好，

或者缺陷輕微、規(guī)模小。此外計算樁身平均波速，從而評價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，排除由于樁周上層波阻抗變化過大等因素造成的假反射

現(xiàn)象。

(2)屢次反射及多層反射問題

當(dāng)實測曲線中浮現(xiàn)多個反射波至?xí)r，應(yīng)判別它是同一缺陷面的屢次反射，還是樁間

屢次缺陷的多層反射，前者，即缺陷反射波在樁頂面及缺陷面間來回反射，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。

屢次反射現(xiàn)象的浮現(xiàn)，普通說明缺陷在淺部，或者反射系數(shù)較大［如斷樁)。它是樁

頂存在嚴(yán)重離析或者斷注的有力證據(jù)。多層反射不只說明缺陷可能有多處，而且由二層

缺陷反射波在能量上的相對差異，可猜測上部缺陷的性質(zhì)和相對規(guī)模。

普通情況下，應(yīng)力波反射法所采集的較好波形應(yīng)具有以下幾個特征：

(1)屢次錘擊的波形重復(fù)性好；

(2)波形真實反映樁的實際情況，完好樁樁底反射明顯；

(3)波形光滑，不應(yīng)含毛刺或者振蕩波形；

(4)波形最終回歸基線，

四、影響基樁質(zhì)量檢測波形的因素：

(1)露出于樁頭的鋼筋對波形的影響

由于灌注樁考慮到以后的承臺問題，樁頭均有鋼筋露出，這對實測波形有一定的影響，

嚴(yán)重時可影響反射信號的識別。

灌注樁頭外表松散，將使彈性波能量很快衰減，從而削弱樁尖及樁底反射信號，影響

波形的識別。有效途徑是：將松散處鏟去。

(3)樁的強度對波形的影響

樁的齡期短，強度低，