孔内摄像技术在基桩完整性检测中的应用

2019-07-25郑佩莹林亮伦陈律宇

重庆建筑 2019年7期

郑佩莹，林亮伦，陈律宇

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

郑佩莹，林亮伦，陈律宇.孔内摄像技术在基桩完整性检测中的应用[J].重庆建筑，2019（7）：41-43.

0 引言

重庆地区，建筑基桩主要采用灌注桩，其成孔方式主要为人工挖孔、冲击成孔和旋挖成孔，桩身完整性检测大多数采用钻芯法、声波投射法和低应变法。每种检测方法均有其局限性和适用范围，检测方法不适合特定的工程时，容易造成委托方或者第三方对检测结果的争议，需要在异议点附近采用原检测方法或者准确度更高的方法进行验证检测[1]。

近些年，随着光学技术和信息处理技术的日趋成熟，孔内摄像技术因其直观性、可检测缺陷位置精确、检测长度大、可检测多重缺陷以及可检测竖向缺陷等优点，在工程地质勘察、PHC管桩桩身质量检测中得到广泛的应用[2-4]。

本文将孔内摄像技术应用于灌注桩桩身完整性检测中，检测时，以钻芯孔为检测通道，实现对桩身缺陷的识别、定位和定量描述，提高检测结果的准确性和可信度。

1 常用检测方法局限性分析

根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106、《建筑地基基础检测技术规范》DBJ 50/T-136等规范，基桩检测应根据检测项目、检测方法的适用范围、基桩的设计条件和成桩工艺等选择合适的检测方法[5-6]（表1）。

表1 各检测方法的检测项目和适用范围汇总

钻芯法适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土性状。检测时要求桩径（D）不宜小于800mm，长径比（L/D）不宜大于30。声波投射法适用于判定桩身缺陷的位置、范围和程度，检测时要求桩径（D）不宜小于600mm。低应变法适用于判定桩身缺陷的程度及位置，检测时要求桩长（L）不宜大于15m。

1.1 钻芯法局限性分析

规范要求钻机设备安装必须周正、稳固、底座水平，钻芯孔垂直度偏差不得大于0.5%。当受检桩长径比较大时，钻芯孔的垂直度很难控制，造成钻芯孔容易偏离桩身，因此要求受检桩桩径不宜小于800mm，长径比不宜大于30。

此外，规范要求采用单动双管钻具钻取芯样，芯样钻取过程中，由于钻具转速、钻头磨损、钻进压力不均匀等原因，容易导致芯样破损，不能完全反映桩身完整性的真实状况。

《建筑桩基技术规范》JGJ 94中关于桩底沉渣厚度的要求为：端承型桩不应大于50mm；摩擦型桩不应大于100mm。在实际检测过程，桩底沉渣厚度检测结果的准确度受钻具机械原因和机长的操作水平等影响较大，造成沉渣厚度检测值与实际情况出入较大。

仅通过钻取的芯样的断口裂缝无法判断是桩身的水平裂缝还是钻取过程中出现的损坏。

1.2 声波投射法局限性分析

当桩径小于600mm时，声测管的声耦合误差使声时测试的相对误差增大，造成声速检测结果的准确度降低，不宜采用声波投射法进行桩身完整性检测。

当出现下列情况之一时，不得采用声波投射法对整桩的桩身完整性进行评定：（1）声测管未沿桩身通长配置；（2）声测管堵塞导致检测数据不全；（3）声测管埋设数量不符合规范要求。

填方地区，旋挖成孔灌注桩的质量缺陷主要分布在桩底。为了使桩底缺陷不被检测出来，部分施工人员在钢筋笼底部以上10～50cm才配置声测管。此外，声测管连接处错位或上端未加盖，砂石进入管内也容易造成声测管堵塞。

1.3 低应变法局限性分析

低应变法目前普遍采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，用一维波动理论分析判定桩身完整性。由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回桩顶的传播为一能量逐渐衰减的过程。结合重庆地区地质条件和桩土刚度比的实际情况，若检测桩长大于15m时，应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完成衰减或者其他反射，无法评定整桩的完整性。因此当桩长大于15m，桩身截面多变且变化幅度较大或桩周岩土性质变化较大时，应采用其他方法验证低应变检测的有效性。

2 孔内摄像检测技术特点

2.1 基本原理

孔内摄像检测法是指沿空心桩或钻有竖向孔的灌注桩的孔道，采用摄像技术对孔壁进行拍摄及观察，识别桩身缺陷及其位置、形式、程度的检测方法[7]。孔内摄像技术的最大优点是直观和定量化。通过标准模型桩对缺陷的宽度、倾斜角度进行标定，可得出实测桩的缺陷位置（m）、形式、宽度（mm）、主倾斜角度（°）等检测结果。

2.2 局限性分析

当需要对桩身缺陷位置、类型和程度进行定量、多重缺陷检测，桩底沉渣厚度和持力层性状进行描述时，孔内摄像检测技术具有一定的优势。孔内摄像检测的局限性主要表现为检测时需要观测通道并需确保观测通道内的水清澈。当采用孔内摄像检测作为钻芯法的验证检测时，可以利用钻芯孔为观测通道。孔内的清洁程度直接影响到检测的清晰度及质量，因此检测前需进行孔内清理。如果孔内存在浑水时，应用清水进行冲洗置换或者加入明矾对浑水进行处理，直到孔内水清澈才能进行检测。

3 工程应用

3.1 工程案例一

重庆市江津城区某项目为8+1层商住楼，上部为框架结构，基础采用人工挖孔桩，基础持力层为泥岩，项目总桩数为109根，设计桩长桩径为1000～1200mm。设计桩长为7～18.0m，桩身混凝土强度为C30。

施工过程中，采用低应变法、声波透射法对其桩身完整性进行检测。检测结果表明该工程的88#和103#桩桩身存在明显缺陷，判定为Ⅳ桩。针对上述缺陷桩采用钻芯法进行验证，为确保验证检测结果的可靠性，利用钻芯孔对88#、103#进行孔内摄像检测（图1、图2）。孔内摄像视频显示上述范围内，桩身完整性存在明显缺陷，混凝土中粗骨料和细骨料胶结差，进一步验证钻芯法检测的缺陷程度和范围，如表2所示。

图1 88#、103#桩芯样照片（钻芯法）

图2 88#、103#桩孔内摄像视频截图

表2 88#、103#桩钻芯法检测结果

3.2 工程案例二

某住宅小区位于重庆江北区海尔路，上部结构为框架结构，建筑层数为地上33层。基础为人工挖孔灌注桩，桩端持力层为中风化砂岩。

37#桩混凝土芯样连续、完整，表面光滑，胶结一般，骨料分布基本均匀、呈长柱状局部呈短柱状、断口吻合，局部芯样表面少量气泡、蜂窝麻面、沟槽，综合判定桩身完整性等级为Ⅱ类（图3）。由于受钻孔水平和操作水平的影响，钻芯法无法确定桩底沉渣厚度，采用孔内摄像技术对沉渣厚度进行验证检测，检测图像如图4所示，实测沉渣厚度为170mm。根据《建筑桩基础设计与施工验收规范》DBJ 50-200第6.3.9条的规定：端承桩的沉渣厚度不应大于50mm，实测沉渣厚度不满足规范要求。对于钻芯法无法准确检测沉渣厚度时，可以采用孔内摄像技术进行验证检测。