摘要 本文較為全面地敘述了超聲波成孔檢測儀的工作原理及其在大直徑鉆孔灌注樁中的應(yīng)用情況。文中列舉了大量的工程實例,指出了成孔過程中經(jīng)常出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題,從中取得許多寶貴的實際經(jīng)驗,這對加深認(rèn)識大直徑鉆孔灌注樁和全面控制施工質(zhì)量大有幫助，應(yīng)加大基樁成孔監(jiān)測的力度。
1．前言
隨著公路橋梁及高層建筑大規(guī)模的興建, 大直徑鉆孔灌注樁以其承載力高、施工低噪聲、低振動以及工程造價低等特點已得到廣泛采用。但由于成樁質(zhì)量問題引起基礎(chǔ)的不均勻沉降而造成工程事故時有發(fā)生。為了保證大直徑鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量,筆者認(rèn)為應(yīng)加大重視成孔質(zhì)量,對試樁和開工前期的工程樁進(jìn)行成孔檢測。日本 KAIJO 公司生產(chǎn)的 KE400 超聲波側(cè)壁測定儀，特制的四方向探頭一次下孔連續(xù)測量孔壁的四個方向,可以提供影響鉆孔質(zhì)量包括孔徑、孔深、垂直度及孔壁狀況(光滑度、塌陷度)等幾乎所有參數(shù)。通過大量工程應(yīng)用取得了很好的效果。同時也發(fā)現(xiàn)大直徑鉆孔灌注樁成孔過程中存在很多問題,應(yīng)該引起有關(guān)部門的高度重視。
2．方法原理
基本原理就是利用超聲波反射技術(shù),對成孔質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測。將超聲波探頭沿充滿泥漿的鉆孔中心以一定速率下放,在連續(xù)下放過程中,發(fā)射探頭垂直孔壁發(fā)射超聲波脈沖,接收探頭接收孔壁反射信息。當(dāng)孔壁堅實牢固(或縮徑)時, 超聲波傳播雙程旅行時間短、反射強(qiáng)度大;當(dāng)孔壁疏松、塌孔(或擴(kuò)徑)時, 超聲波傳播雙程旅行時間長、反射強(qiáng)度小甚至接收不到反射信號。這樣,從孔口到孔底通過記錄反射時間和反射強(qiáng)度,可計算出鉆孔在不同深度處的孔徑值及反映孔壁狀況,進(jìn)而還計算出孔深、垂直度等參數(shù)。
現(xiàn)場實測時, 超聲波探頭的下放與提升由絞車自動控制完成, 反射信號從接收探頭傳至地面的記錄儀,通過計算打印成圖,如圖 1 所示。
3．工程實例
下面舉出比較典型的工程實例,結(jié)合實測曲線說明大直徑鉆孔灌注樁經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題,體會超聲波技術(shù)在成孔質(zhì)量檢測中的優(yōu)越性。由于實測記錄較長,限于篇幅,如下的例圖都是截選出的典型段落,以說明主要問題。
A．合格孔
對于我國普遍采用的泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁來說,鉆孔成孔后合格與否主要應(yīng)符合以下規(guī)定①孔深、孔徑需滿足設(shè)計要求,對樁徑的 d≤1000mm 樁, 樁徑的允許偏差為-0.1d 且≤50mm, 對樁徑的 d>1000mm 樁, 樁徑的允許偏差為 50mm;②鉆孔垂直度允許偏差不超過 1%;③灌注混凝土之前,孔底沉渣厚度指標(biāo)應(yīng)符合以下規(guī)定:端承樁≤50mm;摩擦端承樁、端承摩擦樁≤100mm; 摩擦樁≤300mm[1]。
如圖 2 實測記錄為正循環(huán)回轉(zhuǎn)法施工成孔,樁型 L18.8mΦ800mm。從圖中可以看出,鉆孔十分垂直，孔深孔徑滿足設(shè)計要求且孔壁狀況良好,說明鉆孔及泥漿護(hù)壁效果很理想,這是典型的合格孔。
圖1：超聲波成孔檢測結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2：合格孔實測記錄
B．縮徑和擴(kuò)徑
縮徑和擴(kuò)徑在鉆孔過程中是經(jīng)常發(fā)生的,這與地層和泥漿調(diào)漿都有關(guān)系。一般來講縮徑對工程質(zhì)量是很不利的,它直接影響到成孔以后的各步工序,特別是成孔后下放鋼筋籠,如遇到較為嚴(yán)重的縮徑,鋼筋籠就不能下放到預(yù)定的位置,在拔起鋼筋籠重新對鉆孔進(jìn)行處理時很可能使鋼筋籠變形,造成損失且延誤工期。
如圖 3 為一淺部縮徑孔實測記錄,此孔設(shè)計孔徑為 1m。由圖可見,1.0 至 5.0m 孔段明顯出現(xiàn)縮徑,5.0m 以下孔徑正常。
如圖 4 為一中部擴(kuò)徑孔實測記錄,此孔設(shè)計孔徑為 1m。由圖可見,15.5 至 19.5m 孔段明顯出現(xiàn)擴(kuò)徑,最大孔徑達(dá) 1.35m。
圖3：縮徑孔實測記錄 圖4：擴(kuò)徑孔實測記錄
C．鉆孔傾斜
由于鉆機(jī)安裝時沒有使轉(zhuǎn)盤與鉆架上吊輪在同一垂直線上或者正常鉆進(jìn)中沒有根據(jù)不同方面地質(zhì)條件采取相應(yīng)控制進(jìn)尺措施,鉆孔常會發(fā)生傾斜,嚴(yán)重者對其單樁承載力有很大的不利影響。
如圖 5 孔實測記錄為正循環(huán)施工成孔。由圖可見,鉆孔上部較為垂直,從 14.5m 開始明顯出現(xiàn)傾斜。
圖5：發(fā)生孔斜實測記錄 圖6：泥漿比重過高實測記錄
D．泥漿比重過高
在鉆進(jìn)過程中, 泥漿比重不宜過高。按照規(guī)范規(guī)定，在澆注混凝土之前，孔底 500mm 以內(nèi)的泥漿比重應(yīng)小于 1.25。大量工程實例表明泥漿比重過高會造成孔底沉淤和堵管等工程問題，更嚴(yán)重的是產(chǎn)生泥皮對成樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮有很大影響。
通過
超聲波檢測儀可以反映出泥漿比重偏高和過高的情況，如圖 6 實測記錄。從圖中可以看到，在孔壁附近有一些虛的振蕩線出現(xiàn)，這在理論上稱為“噪音”，它是超聲波行進(jìn)過程中在到達(dá)孔壁之前由泥漿顆粒反射形成的，這是一個典型的泥漿比重偏高的實例。假如泥漿比重過高，鉆孔中的浮力偏大，待超聲波探頭下放過程中其重量與浮力相等時就無法繼續(xù)測至孔底。在某工程抗拔樁孔的測試過程中，當(dāng)探頭測至 23.0m 時突然停止，反復(fù)多次仍然不能超過此深度，后來證明此孔泥漿比重過高，23.0m以下泥漿比重高達(dá) 1.40 或更高。
E．支盤樁孔檢測
支盤樁是近幾年發(fā)展起來的一種新 樁形，它是在仿生學(xué)構(gòu)思的基礎(chǔ)上而誕生的。它是由主樁、分支、承力盤及周圍擠壓密實的填加固結(jié)料組成，近似樹根樁的根系及功能。具體做法是在成孔后用擠擴(kuò)或刀削等方法根據(jù)設(shè)計要求在多個不同位置上做支或承力盤，形成如圖 7 的模樣。這樣做可以在縮短樁長、減小樁徑的情況下而能保證單樁承載力不降低或有所提高，達(dá)到減少工程造價、縮短工期的目的。
圖7：支盤樁實測記錄 圖8：地下連續(xù)墻槽孔實測記錄
采用超聲波成孔檢測是對這種樁型的支和盤檢測（尤其是承力盤的檢測）的較好方法。圖 8 為一支盤樁孔的實測記錄，圖中可清晰地看到三個盤的形狀。
F．地下連續(xù)墻槽檢測
對地下連續(xù)墻墻槽檢測是超聲波檢測的另一個用途。如圖 8 為地下連續(xù)墻孔實測記錄。
4．幾點體會
A．應(yīng)用超聲波技術(shù)對大直徑鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測可以一次下孔提供包括孔徑、孔深、孔垂直度、孔底沉渣厚度及孔壁狀況等影響鉆孔質(zhì)量的幾乎所有參數(shù)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有檢測設(shè)備的不足。
B．通過成孔質(zhì)量檢測使我們對大直徑鉆孔灌注樁有了更全面的認(rèn)識，有助于成樁方面的檢測。其中基樁承載力問題是最受人們關(guān)注的。單樁豎向靜力載荷試驗和高應(yīng)變動力試驗只能提供承載力數(shù)值結(jié)果，對不符合設(shè)計要求的樁無法確定出原因，成孔檢測能夠準(zhǔn)確地給出鉆孔參數(shù)及施工情況，可以
作為成樁檢測的重要補(bǔ)充，為檢測部門和設(shè)計部門提供分析依據(jù)。
C．通過大量工程實踐發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)大直徑鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量問題還是比較嚴(yán)重的，這與有關(guān)部門對成孔質(zhì)量檢測重視不夠是分不開的。為確保工程質(zhì)量，應(yīng)該依靠先進(jìn)的技術(shù)手段加大重視成孔質(zhì)量檢測，特別是對試樁和開工初期的工程樁更要予以重視，以便于科學(xué)合理地選取適合場地地層特點的施工工藝和施工機(jī)具。
5．結(jié)束語
大直徑鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量檢測多年來一直沒有十分有效的手段，而成樁質(zhì)量檢測又無法代替成孔質(zhì)量檢測，更無法彌補(bǔ)由于成孔原因引起成樁質(zhì)量問題所帶來的損失。超聲波法檢測是目前世界上最為先進(jìn)的成孔質(zhì)量檢測手段，這一技術(shù)的應(yīng)用和推廣對我國在大直徑長深度高承載的基樁檢測中具有重要的意義。
