1引言
在樁基工程設(shè)計(jì)施工中，對(duì)于混凝土灌注樁，將混凝土澆筑在預(yù)先鉆孔內(nèi)，待混凝土硬化，混凝土與鋼筋籠和周圍巖土體形成一體，并與上部承臺(tái)相連，作為建筑物基礎(chǔ)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載或車輛機(jī)械等動(dòng)荷載，確保上部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)穩(wěn)定，變形滿足使用要求并具有一定抵抗災(zāi)害能力�；炷凉嘧对诋�(dāng)今深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中已扮演越來(lái)越重要的角色。
影響混凝土灌注樁施工質(zhì)量的因素很多，主要包括樁身混凝土強(qiáng)度、樁身混凝土連續(xù)性、樁底穩(wěn)固進(jìn)入持力層深度、樁頭超灌情況以及浮漿層清理情況等。在樁基工程施工中，如何保證基樁的施工質(zhì)量，提高基樁的樁身完整性對(duì)于提高整體施工質(zhì)量非常重要。目前施工中通過(guò)控制混凝土質(zhì)量和施工過(guò)程來(lái)保證基樁的施工質(zhì)量，通過(guò)樁身混凝土強(qiáng)度檢測(cè)和完整性檢測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)基樁的施工效果。用于評(píng)價(jià)基樁施工效果的手段主要有兩種，一種是采用聲波透射法檢測(cè)，另外就是低應(yīng)變法檢測(cè)。由于這兩種方法都存在一定的缺陷，所以很多工程都采用兩種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，即以聲波透射法檢測(cè)為驗(yàn)收評(píng)價(jià)依據(jù)，采用低應(yīng)變法檢測(cè)手段對(duì)基樁質(zhì)量進(jìn)行分類并輔助評(píng)價(jià)。
2 聲波透射法測(cè)樁
聲波透射一般是以人為激勵(lì)的方式向介質(zhì)發(fā)射聲波，在一定距離上接收經(jīng)介質(zhì)物理特性調(diào)制的聲波，通過(guò)觀測(cè)和分析聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)聲學(xué)參數(shù)和波形的變化，對(duì)被測(cè)對(duì)象的宏觀缺陷、幾何特征、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行推斷和表征。樁基施工的過(guò)程中，混凝土內(nèi)部存在的缺陷會(huì)形成波的阻抗，相對(duì)于正常狀態(tài)的混凝土來(lái)說(shuō)，缺陷部分混凝土波阻抗更低，聲波在混凝土樁身傳播的過(guò)程中，波阻抗界面即為缺陷界面，聲波在缺陷部位出現(xiàn)的透射、反射和繞射現(xiàn)象，在波形上會(huì)有對(duì)應(yīng)的顯示，以波形分析為基礎(chǔ)即可以檢測(cè)判斷出樁基完整性和缺陷情況。聲波透射法應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)β暡ń?jīng)過(guò)樁基混凝土傳播后的聲學(xué)參數(shù)量值和變化情況進(jìn)行分析和測(cè)定，從而對(duì)樁基混凝土質(zhì)量情況進(jìn)行判斷，主要應(yīng)用的聲學(xué)參數(shù)有聲速、波形、頻率及波幅等，這些聲學(xué)參數(shù)與樁基混凝土質(zhì)量密不可分。
聲速反映了混凝土的彈性性質(zhì)，而混凝土的彈性性質(zhì)與混凝土的強(qiáng)度具有相關(guān)性，因此混凝土聲速與強(qiáng)度之間存在相關(guān)性，即聲波波速越高，混凝土強(qiáng)度也越高。當(dāng)聲波在傳播路徑上遇到缺陷時(shí)，若該缺陷是空洞抑或不密實(shí)區(qū)，聲波將繞過(guò)缺陷傳播，聲程變長(zhǎng)，所測(cè)得的聲時(shí)就比正常的混凝土要長(zhǎng)，表現(xiàn)在聲速上就是聲速減小。如圖1、圖2所示，聲幅，波形基本一致，圖2聲時(shí)比圖1要大，同樣聲測(cè)管間距說(shuō)明圖1測(cè)線聲速較高，所代表的樁身混凝土質(zhì)量較好。
圖1
圖2
波幅表征聲波穿過(guò)混凝土后能量的衰減程度，接收波波幅強(qiáng)弱與混凝土的粘塑性有關(guān)，接收波幅值越低，混凝土對(duì)聲波的衰減作用就越大。根據(jù)混凝土中聲波衰減的原因可知，當(dāng)混凝土中存在低強(qiáng)度區(qū)、離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時(shí)，吸收衰減和散射衰減增大，使接收波波幅明顯下降。幅值可直接在接收波上觀察測(cè)量，測(cè)量時(shí)通常以首波的波幅為準(zhǔn)。后續(xù)的波往往受其他疊加波的干擾，影響測(cè)量結(jié)果。接收聲波幅值與混凝土質(zhì)量密切相關(guān)，它對(duì)缺陷區(qū)的反應(yīng)比聲時(shí)值更為敏感，如圖3首波幅值低于圖4首波幅值，反映了圖3測(cè)線所代表位置混凝土密實(shí)度欠佳。
圖3
圖4
由于聲波脈沖在缺陷界面的反射和折射，形成波線不同的約束，這些約束由于傳播路徑不同，或由于界面上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波等原因，使得到達(dá)接收換能器的時(shí)間不同，因而使接收波成為許多同相位或不同相位波束的疊加波，導(dǎo)致波形畸變。實(shí)踐證明，凡超聲脈沖在傳播過(guò)程中遇到缺陷，其接收波形往往產(chǎn)生畸變，所以波形畸變程度可作為判斷缺陷程度的參考依據(jù)。如圖5，波形特征和圖6相比存在畸變，后續(xù)波形疊加混亂，所代表測(cè)線處是缺陷界面。
圖5
圖6
3 低應(yīng)變法檢測(cè)技術(shù)
低應(yīng)變法是采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測(cè)樁頂部的速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過(guò)波動(dòng)理論分析或頻域分析，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定的檢測(cè)方法。本方法對(duì)樁身缺陷程度只作定性判定，盡管利用實(shí)測(cè)曲線擬合法分析能給出定量的結(jié)果，但由于樁的尺寸效應(yīng)、測(cè)試系統(tǒng)的幅頻相頻響應(yīng)、高頻波的彌散、濾波等造成的實(shí)測(cè)波形畸變，以及樁側(cè)土阻尼、土阻力和樁身阻尼的耦合影響，曲線擬合法還不能達(dá)到精確定量的程度。如圖7、圖8，同樣樁型在不同地質(zhì)條件下所采取的低應(yīng)變波形，圖7樁身在8m處進(jìn)入軟弱夾層，土阻抗減小在曲線上反映為缺陷反射波，圖8未經(jīng)過(guò)軟弱夾層，反射波正常。
4 聲波透射法與低應(yīng)變法共同運(yùn)用
在樁基檢測(cè)中，由于聲測(cè)管埋設(shè)在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，澆筑混凝土過(guò)程中有時(shí)會(huì)沖擊底部聲測(cè)管造成聲測(cè)管傾斜，雖然可以通過(guò)軟件后期處理進(jìn)行管距修正，但檢測(cè)剖面就不能完全覆蓋整個(gè)樁身剖面，如果樁身存在影響樁身承載力的縮頸，那么僅僅進(jìn)行聲波檢測(cè)將忽略此樁身缺陷造成誤判，所以對(duì)于聲測(cè)管傾斜的樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)極其必要。如圖5、圖6，圖5經(jīng)管距修正后整個(gè)檢測(cè)剖面沒(méi)有異常測(cè)點(diǎn)，顯示整樁完整，但對(duì)該樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)發(fā)現(xiàn)上部5.11m處存在縮頸，樁身質(zhì)量評(píng)價(jià)下降一類，因此低應(yīng)變法有效彌補(bǔ)了聲波的檢測(cè)盲區(qū)，使得樁身質(zhì)量評(píng)價(jià)更合理。
圖9
圖10
在低應(yīng)變法檢測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到樁底和持力層阻抗相匹配的情況，這種情況下采集的曲線沒(méi)有明顯的樁底反射波，所以經(jīng)常用施工樁長(zhǎng)去計(jì)算樁身波速，如果計(jì)算的波速在合理的波速取值范圍內(nèi)而又沒(méi)有明顯縮頸反射波往往判定為一類。但工程中經(jīng)常出現(xiàn)圍護(hù)樁樁長(zhǎng)不夠的情況，對(duì)于這種圍護(hù)樁如果用聲波透射法抽檢往往可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提供樁長(zhǎng)的參考，進(jìn)而縮小波速取值范圍，更有利于低應(yīng)變的結(jié)果判別。
對(duì)于巖層中的鉆孔灌注樁，采用錘擊工藝成孔往往會(huì)擊碎持力層基巖，沉放鋼筋籠并澆筑混凝土后進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)往往所測(cè)剖面樁身完整，混凝土強(qiáng)度正常，但該樁已成為實(shí)際意義上樁端承載力很低的吊腳樁，在后期上部結(jié)構(gòu)承載過(guò)程中往往發(fā)生過(guò)度沉降，此時(shí)僅僅進(jìn)行聲波檢測(cè)往往會(huì)忽略問(wèn)題，而進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)樁端有明顯低阻抗區(qū)即同向反射波。如圖11，嵌巖樁樁底反射本應(yīng)是反向反射，而吊腳樁卻呈現(xiàn)出同向反射的特點(diǎn)。
圖11
對(duì)于上部穿過(guò)軟弱巖土層的鉆孔灌注樁，施工過(guò)程中經(jīng)常在上部超灌混凝土造成上部樁身擴(kuò)徑，低應(yīng)變法檢測(cè)這種上部擴(kuò)徑樁時(shí)，曲線往往在前部出現(xiàn)反向反射并出現(xiàn)二次反射掩蓋了中下部的缺陷和樁底反射信號(hào)（如圖12），采用聲波透射法進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測(cè)更有效地識(shí)別樁身下部缺陷，有效進(jìn)行樁身質(zhì)量評(píng)價(jià)。
圖12
5 結(jié)語(yǔ)
混凝土灌注樁的廣泛應(yīng)用對(duì)于樁身質(zhì)量檢測(cè)提出了更高的要求，本文綜述了聲波透射法和低應(yīng)變檢測(cè)方法，針對(duì)不同的樁型和不同的巖土層反射波特點(diǎn)，對(duì)聲波透射法和低應(yīng)變法進(jìn)行了對(duì)比分析，這兩種方法的綜合運(yùn)用對(duì)于樁身質(zhì)量的合理評(píng)價(jià)大有裨益，把這兩種方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)將使樁基檢測(cè)更科學(xué)合理。
