有效应用无损检测技术在挖孔桩施工中的必要性

　　有效应用无损检测技术在挖孔桩施工中的必要性

　　马雪元 李井波

　　摘要：由于挖孔桩的特点，其检测同时具有很多不确定性，本文将从挖孔桩的护壁、扩底、大直径、灌注方式对无损检测的影响进行分析，对挖孔桩无损检测中的几个问题进行总结并提出几点建议。

　　关键词：无损检测技术 挖孔桩 施工

　　一、桩的施工方法

　　桩的作用是将上部结构荷载传递到土的深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层，挖孔灌注桩除了具有成本低、施工条件适应性强的优点外，可以同时开挖。互相不受影响，可以清晰的看到土层内部的结构层次，由于可以制作成扩底、方形等各种形状具很强有很高的承载力和侧向抗滑性。

　　挖孔桩的检测一般使用低应变法和声波透射法，低应变一般是指瞬态激发方式的反射波法，它以检测方便快捷、成本低的特点使其在桩身完整性检测中占重要的地位。其假设前提为一维应力波理论，研究对象为一维杆件中传播的压缩波，比较适合圆形截面并且桩径不大的基桩。

　　二　低应变检测的几个问题

　　1桩的尺寸效应问题

　　低应变反射波法的理论基础是一维弹性杆纵波理论，其基本假设前提是激励脉冲频谱中的有效高频谐波分量波长与基桩的半径之比应足够大。挖孔桩桩径过大时该前提难以满足，此时应力波在桩内的传播变成了沿桩身各向的三维传播，由此带来的问题是波动传播速度变大、能量主要集中在桩的顶面并且随深度的增加衰减极快;低应变检测波形表现为首峰后的负向明显，波形中剪切波、面波等干挠导致的无规则波动明显，桩底信号很难检测，一根2.5×3.0m桩长33.3m的低应变检测波，为小锤敲击、加速度计检测的波形，可以见到负向波幅度比入射的正向波幅大，随后迅速衰减，不规则干扰明显。特别是桩身出现局部缺陷情况时，应力波在缺陷处的反射及衍射已经变得相当复杂，波动的一维特点很少，目前低应变软件的分析已显得相当困难。

　　另一方面，如果一味地采用增大波长的激发方式以满足波长与基桩的半径之比应足够大的前提，激励脉冲的波长与桩长或缺陷位置长度之比将变小，桩体的运动接近刚体，震动的波动性状不明显，难以准确地检测到缺陷特别是浅部缺陷。

　　桩径的大小、桩长及激励脉冲波长三者的关系矛盾在挖孔桩中表现得尤为突出。检测实践表明，当桩径大于2.0米时，低应变的各种大直径桩测试效应表现明显，常规的低应变已经难以准确地检测基桩缺陷。

　　2桩的护壁扩底的影响

　　挖孔桩护壁由于强度和桩身相当，表现效果上形成了桩径的变化，一般情况下桩基的施工资料很难对各部分的细节作详细的记录，应该通过对各种情况的综合分析对桩径的可能变化进行分析。

　　通过分析桩周地层的性状对各种可能进行分析。如：粘土层由于稳性能良好，其孔壁容易稳定开挖，护壁一般厚度比较均匀;粉土层容易坍塌、地下水位以下的地层由于涌水的影响需要对孔壁进行修补，经常出现护壁较厚、不均的现象;较坚硬的土层由于自稳状况特别好，局部甚至没有用砖头护壁。正确对各种可能情况的分析，可以在低应变信号出现相对扩径、缩径的时候客观地加以排除，最终对反映桩身的缺陷信号进行分析。

　　在接近桩底的扩径位置由于土层较好，一般没有护壁，随后到孔底进行扩孔，表现在低应变检测时桩身上桩底附近有一明显的缩颈现象，值得特别注意。

　　例如：某小区工程的一栋楼，建筑面积7525平方米，共6层。设计为人工挖自孔扩底灌注桩基础桩，共105根桩，其中直径为：800mm、900mm、1200mm、1300mm四种，设计桩长10—15m，实际桩长根据现场标定以桩端进入持力层≥1.0d(d为桩径尺寸)为满足设计要求。勘察报告，其层序自上而下为：(1)素填土：褐色、紫灰色，稍湿，松散状态，局部顶面为耕土，结构松散，为新近填土，含粘性土、碎石、岩石碎块等。该层厚1.3—4.2m，分布于整个场地。(2)粉质粘土：黄褐、褐灰，硬塑，该层厚2.2—4.5m。(3)含碎石粉质粘土：黄褐，湿—稍湿，硬塑—坚硬，为持力层。

　　该工地的低应变检测结果中，有20%的桩身在2.5—.5m出现明显的同向反射，初步分析该对应部位离析，施工单位对该结果提出异议，最后通过其他调查证实，3.5米以上由于土层较松散，又靠近地表，为了安全起见，施工人员对部分桩的护壁多砌了一层护壁砖，结果形成2.5—3.5米以上护壁较厚，桩身2.5—3.5米以下形成了相对的缩颈。

　　以上经验表明：通过对同一工地的多桩测试信号进行综合分析，对同一部位经常出现的异常应认真分析，先试图在护壁的影响上多找原因，避免误判。

　　3桩的灌注方式的影响

　　挖孔桩桩身混凝土用溜槽加串筒向桩孔内浇筑混凝土，人工浇筑插捣密实。桩、护壁、土层形成了两个自然的环形空间，同时由于桩的地下水位的变化，形成了比较大的地下水头，两个环形空间的水流，很容易形成水泥和骨料的分离。这种缺陷情况在低应变的检测中反映很弱，因为这种缺陷没有形成明显的物质差异，机械波传播的过程中没有明显的反射、透射的畸变。

　　桩身部份没有明显的异常表现，桩底信号明显，分析为完整桩、1类。在随后常规的钻芯抽样检测中发现，4.3—4.7米处混凝土全大部份都是砾石骨料，很少有砂子和水泥胶结物，为严重离析，重新对原始测试的所有信号进行了分析，为该桩第3道的波形，发现4.36米处有微弱的缺陷表现，由于对挖孔桩信号缺陷反映不明显的特点缺乏充分理解，引起了本次的误判。三针对挖孔桩检测的几点技术要领

　　由于桩截面较大，波动信号在桩内衰减较快，其中有用的信息很弱，微小的滤波、平滑将会使信号面目全非，所以，抗滑桩低应变检测应力求通过现场的技术手段使原始信号能直接反映桩身信息，信号不应出现振荡，无高频杂波成份，仪器接地端应根据说明书要求接地，杜绝外界交流干扰。

　　由于抗滑桩截面积较大，截面各部位的运动不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化出现明显的方向性，在桩头对称桩心位置，根据桩径大小布置多个检测点，使检测结果能全面反映桩身完整性的情况也成为其一大特点。随着工程进展，多点布置检测点的方法逐渐成为抗滑桩低应变检测的基本要求，但在应用过程中也仍然存在着一些值得思考的问题。

　　四　结论及建议

　　由于桩截面较大、护壁的随机复杂性等原因导致低应变检测效果不太明显，现场检测应认真细致，采用多种激发、多点检测等方式，检测分析应充分考虑以上特点，分析波形中的所有信息可能产生的原因，才能得到准确的判定，防止漏判。

　　应该对低应变的适用条件和局限性进行分析。建议对重点工程、大直径桩、复杂地层、地下水丰富地区的挖孔桩增加钻芯检测，在充分分析低应变检测结果及代表性的桩进行抽样检测。