1.3 橋梁樁基礎檢測技術概況

樁基質量檢測的常用方法有鉆孔取芯法。高應變法、低應變法和聲波透射法。鉆孔取芯法是直接從樁基結構上鉆取芯樣，對芯樣進行質量分析再評定樁內混凝土質量的一種方法。鉆孔取芯法只能推斷鉆孔周圍混凝土的質量狀況，檢測范圍減小而且費時費力，價格昂貴，所以只用于抽檢或對其他檢驗方法的校核。高應變法與低應變法都是動態檢測方法，它們具有共同的理論基礎，但是二者的輸入能量不同，導致了它們各自的優缺點不同。高應變法是用一數噸重的重錘錘擊樁頂，產生一持續時間較短（十幾或幾十毫秒）的脈沖波，通過在樁頂測量被激發的阻力產生的應力波和速度波，來確定樁基的承載力和完整性。高應變法操作復雜，需清理樁頭、對傳感器的安置要求較高以及架設錘擊設備，加上檢測費用較高，易產生漏檢造成大缺陷吃小缺陷的現象等原因，該方法在國內尚未普及。低應變法與高應變法在技術、原理上都很相似，低應變法是利用輕錘錘擊樁頂，產生的脈沖寬度在1ms以內，實測樁頂部的速度時程曲線或速度導納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身的承載力和完整性進行判定的檢測方法。這種方法操作簡單，對檢驗人員素質要求不高，因此在國內啟用得很廣泛，但是對于低應變法學術界存在一個爭議問題，那就是它能否檢測樁的承載力，目前傾向于將低應變法用于短樁的完整性檢測，對于長度大于50m的樁它顯得無能為力。聲波透射法是近年來發展起來的樁基檢測新技術，由于檢測細致、檢測結果可靠，可對樁的缺陷、混凝土強度、樁身均勻性進行一體化檢測，且不受樁長樁徑的影響，使其成為目前應用最廣泛的一種檢測手段。樁基檢測方法應根據工程所處的地質條件、樁型、樁的設計等級、施工質量的可靠性等因素以及各檢測方法的適用范圍來選擇。根據檢測目的，可按表1.3.1所列的特征來選擇檢測方法。

1.3.1 鉆芯法

鉆芯法是樁基檢測中應用較早的一種方法，嚴格看來鉆芯法屬于有損檢測的范圍，其檢測過程是利用人工鉆頭對混凝土樁進行鉆芯取樣，判斷樁基本身的長度、樁基本身混凝土的剝落情況、混凝土強度以及樁底沉渣厚度等，從而為樁基承載力驗收提供依據。采用鉆芯法檢測橋梁樁基的主要特點是檢測周期長、成本高，僅適用于對橋梁樁基局部進行判斷，類似于對橋梁樁基斷樁、離析、樁底夾泥等病害的檢測，要求檢測人員需有較強的專業能力和實踐經驗，并且鉆芯法無法檢測樁基本身存在縮徑、擴徑等微小缺陷情況。

1.3.2 低應變法

低應變動測方法是假設所要檢測的樁基其樁長遠遠大于樁的孔徑，并且整個樁基是等截面各向同性的一維梁體，在此理論基礎上，用振動儀對樁基的樁頂位置進行激振，這樣荷載致使整個樁身與周圍土體產生振動，如圖1.3.1所示，并通過樁基本身的傳感器將樁基振動的加速度和速度傳遞給儀器。

如果樁基本身具有擴徑、縮徑、斷樁等差異性界面，那么彈性波在傳播的過程中就會出現反射，通過傳感器對聲波進行過濾放大，之后將數據通過波動理論進行分析，研究樁土之間動態響應，然后反演分析實測出來的速度信號、頻率信號，從而判斷樁基本身質量以及樁基本身的長度。低應變動測法檢測速度快、檢測方便、檢測范圍廣，被廣泛應用于工程實踐。

低應變檢測法類別較多，有反射波法、機械阻尼法、動力參數法、聲波透射法和水電效應法等。

波反射法主要工作過程是通過對樁頂進行敲擊，從而產生應力波，然后產生的應力波向下傳播，再沿著樁身傳播的過程中，如果樁基本身出現類似于縮徑、離析、斷樁等缺陷時，其樁基本身斷面的阻抗就會發生變化，這樣應力波就會分成兩部分，其中一部分變成反射波向上傳播，另一部分變成透射波穿過缺陷界面向下傳播直至到達樁基底部然后反射，這樣檢測人員就可以通過接收到的曲線特征判斷樁基本身的質量和計算樁基的長度，有時還可以通過聲波在混凝土傳播的平均波速進行樁基長度的計算。

圖1.3.1 低應變動測法示意圖

機械阻抗法的工作過程是通過對樁頂上方作用一沖擊力，然后通過樁頂上方所安置的傳感器來測量速度信號，通過記錄儀將樁頂速度與響應合成一曲線，得到樁頂速度導納曲線，從而通過曲線特征判斷樁基的質量，其激振方式分為穩態激振和瞬態激振兩種形式。

水電效應法，其檢測方法也是基于低應變動測法之上的，其主要方法是在樁頂上方安置1根水泥管，其管道內充滿水，大約為1m，檢測過程中，通過電極進行高壓放電，這樣就會產生強大的電流，這也是樁基瞬態激振能量的來源，水聽器接收信號后通過放大儀記錄，通過輸出信號處理機進行分析，以此判斷樁基本身的質量。

動力參數法在工程檢測應用較為廣泛，其主要的理論依據是波動理論和振動理論，通過對樁基進行激振，激起樁土之間豎向振動，通過波動力學方法，求得樁基本身的自振頻率，然后分析相關的參數進行樁基質量的判定。

目前，規范規定的采用低應變方法對樁基完整性檢測只適用于混凝土灌注樁和預制樁等剛性材料樁的完整性檢測。低應變動力測樁有如下優點：

（1）觀測簡單、快速，有利于提高測樁速率和加快工程進度。

（2）觀測系統輕便、低廉，便于推廣應用。

（3）能適應于各種類型的樁，如預制樁和灌注樁；對樁徑基本無限制。適應于大、中、小直徑樁。

（4）對場地要求低，適用于城市新建、改建和擴建的各種場地。

（5）由于測試費用相對低廉，能大大提高測樁比例，從而對基樁的樁身質量和承載力的評價更為全面，更具代表性。

1.3.3 高應變法

我國目前采用較多的一種高應變動力測樁法是“錘擊貫入法”，這種方法只適用于預制樁和專門澆灌的試驗樁和中小直徑樁。其測試原理是通過獲得錘擊力與樁基貫入度的關系曲線來確定樁的承載力，即用重錘沖擊樁頂，使樁、土產生足夠的相對位移，以充分激發樁周土阻力和樁端支撐力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側的力和加速度傳感器接收樁的應力波信號，采用應力波理論分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身完整性。

高應變測試法檢測預制樁，須在整個打樁過程中完成其觀測和估算工作，所以測樁的周期長，設備較笨重和昂貴，測試設備對施工場地的要求也比較高。對于大直徑灌注嵌巖樁，由于其沉降值小，不便于觀測，如采用大應變檢測，要求錘擊力又特別大，因此，在工程實踐中極少有采用大應變方法檢測大直徑嵌巖樁承載力的。

1.3.4 聲波透射法

聲波透射法也是目前較為常用的一種方法，主要原理就是根據聲波在不同傳播介質中所表現出來特性的差異來判斷樁基質量的好壞。由于混凝土本身材料的不均勻性，樁基本身就會產生不同聲阻抗聲學界面，這樣聲波在混凝土樁基傳播時，就會沿著不同阻抗截面進行傳播，導致大量聲波能量散射，從而衰減也較快。在聲波傳播過程中，混凝土界面上就會產生諸多的折射波和散射波，大量的折射波與散射波相互疊加之后就會導致聲能散失，當遇到混凝土樁基本身超大缺陷時，其聲波的傳播路線就不會是直線，而是繞著缺陷進行傳播。這時聲波傳播的路徑要比直線傳播的距離要長，從而體現在聲學參數上的聲也變大了，然后通過兩聲測管的測距與聲時進行計算，這樣就會得到聲速由于聲時的變大而變小規律。另外，由于聲波在遇到缺陷樁基混凝土截面時會發生多次的反射折射等現象，聲波的聲能會逐漸衰減，波幅與頻率都會變小，這樣直線傳播聲波與通過缺陷樁基的聲波相互疊加，整個波形就會發生畸變。工程實際檢測就會通過相應參數和工程實踐經驗相結合進行判定。

1.3.5 自平衡法

自平衡法承載力檢測是一種樁基極限承載力檢測技術，特別是用于承載力較大的橋樁，特殊地基樁基承載力的檢測，目前國內尚處于初期應用階段。

在樁端某一部位進行加載是自平衡測試法的獨特測試方法，通過對荷載箱處施加壓力使荷載箱處可以產生上、下各自的位移。在坐標系下可以分別繪制上、下段樁各自的Q-s曲線。而在判斷極限承載力時要通過轉換方法將兩條曲線轉換成一條樁頂的荷載一位移曲線，這也是與傳統抗壓樁的區別。但是自平衡測試法與傳統抗壓樁相比有其獨特的優勢，主要表現在以下幾個方面：

（1）在加載設備方面，該法測試只需要將荷載箱埋入指定的樁基位置即可。而不需要對樁基堆放數百噸甚至數千噸的荷載源。

（2）在試驗費用方面相對于錨樁法與堆載法而言將節省總費用的1/3左右。

（3）該法的操作簡單、試驗方便、費用低，在做測試時可以適當考慮增加檢測樁基的數量，提高檢測的準確性與精度。

（4）測試完成后樁基可以作為工程樁使用，在某些樁基測試后為了提高樁基的承載力，可通過對荷載箱進行壓力注漿來實現。

（5）該測試方法可以不受場地條件的限制。這一點是很多傳統測試方法所達不到的。

1.3.6 靜載、動測及靜動法對比

動載試驗是一次性瞬時加荷，在錘擊作用下，樁頂所受的力脈沖延續時間較短，所以樁身應力是以波動形式存在的，應力波隨樁身傳遞，樁身在某些深度可能受壓，在某些深度范圍可能受張拉，而且隨時間變動，速度及位移也是一樣。樁身各處的速度和位移都與靜態加荷情況相差很大，因此，波形擬合法需要一靜荷載試驗結果為基礎，用參數來調整或擬合。靜荷載試驗中荷載是分段加壓，并保持一段時間，壓力沿著樁身變化，整個樁身均可受壓力且隨著樁周土的影響而遞減，基樁速度幾乎為零，位移則沿著樁身為變化。

動、靜結合法的荷載以等梯度遞增方式施加于基樁，力脈沖延續時間較長，壓應力沿樁身變化，所有基樁范圍內均承受壓力，且隨著樁周土壤的影響而遞減，基樁各深度范圍的速度及位移幾乎與壓應力相似并作相似的變化；靜動法的樁身應力與位移分布均與靜態加荷相近，但靜、動法加載速度還是很快，與靜態不同，試樁仍會產生速度和加速度，故它是介于靜態與動態之間的。

傳統靜荷載試驗需要專門的反力裝置，試樁過程中至少需要四根錨樁，其規模接近于試樁，而且需要通長配筋，工程量大，也不經濟。尤其是堆載法需要較大的試驗場地，這就造成檢測樁數不可能太多，整個樁基工程不能進行概率統計分析，所以靜載試驗代表性不高。動力測樁同樣需要現場搭設試驗反力架或者力錘，場地要求高，但動測法更加方便、快捷，雖然就單樁而言靜載結果的精度高于動測法，但從整個樁基工程來看，由于工程復雜性和抽樣的樣本數量，其保證率反倒不如動測結果。