超声设备在超长灌注桩成孔质量控制及工艺优化中的应用

刘望奇

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞523710）

0 引言

随着我国桥梁建设技术的高速发展，桥梁桩基施工工艺得到不断创新和提高，大直径、超长钻孔灌注桩［1］在桥梁施工中已较为普遍。但对于超长钻孔灌注桩成孔质量合格性的检查［2］，在很多工程实施过程中仍采用传统的的检测方法。传统的检测方法精度差、随意性大及需要依赖测量人员经验估计，具有很大的局限性，无法准确反映桩成孔质量情况，尤其超长桩的孔径、垂直度和沉渣情况检查精度无法满足实际需要，检测结果对后续施工不具有指导性。而超声成孔成槽检测仪可将孔口至孔底全断面成图（精度可达mm 级），如发生孔径及孔中心偏差均能准确测量所发生的位置，对孔底沉渣可进行有效判定，保证了桩成孔质量的同时还可为钻孔施工工艺改进提供有力数据支持。本文以广东揭阳市区进贤门大道延伸段榕江跨河景观大桥项目为例展开相关介绍。

1 超声成孔成槽检测仪设备简介

⑴TS-K100DC（B）轻便多功能型超声成孔成槽检测仪如图1 所示，从左至右依次为主机控制箱、数控绞车和电缆多功能型探头，现场实测照片如图2 所示。

图1 超声成孔成槽检测仪设备照片Fig.1 Photographs of Equipment of Ultrasonic Hole-forming Grooving Tester

⑵主要用途为：钻孔灌注桩成孔孔径、垂直度、垮塌扩缩径位置和倾斜方位检测；地下连续墙槽宽、垂直度、垮塌扩缩径位置和倾斜方位检测；沉渣厚度检测。

⑶工作原理为：采用超声波发射测距法，测量成孔成槽孔径及垂直度；采用探针压力测试法，测量孔底沉渣厚度。检测范围：适用孔径检测范围450～7 200 mm，检测环境最大泥浆比重可达1.3。

⑷检测孔壁成图原理为：通过探头在X 与Y 方向发射超声波，通过超声波测距体现孔壁相对距离，从而体现孔的直径、垂直度，一次测程即完成“十”字形的4个方向，2个剖面，孔斜及孔径数据及对应的位置可通过仪器成图中直接读取，如图3 所示。

图2 超声成孔成槽检测仪现场实测照片Fig.2 On-site Photographs of Ultrasound Grooving Tester

图3 超声成孔成槽检测仪探测成图方式为X、Y 方向十字形探测Fig.3 The Detection and Mapping Mode of Ultrasonic Grooving Detector is X and Y Direction Cross Detection

2 工程实例及检测结果分析

2.1 工程实例

揭阳市区进贤门大道延伸段榕江跨河景观大桥项目引桥桩基直径为1.8 m，主桥桩基直径分2.0 m 和2.5 m 两种，部分桩设计桩长超过95 m，平均桩长约70 m（桩基数量为188 根，大部分为嵌岩桩）。桥址位于三条地震断裂带交汇处，地质情况复杂［3］，施工作业面地下为10 多米厚淤泥软基层。灌注桩的质量控制是项目施工的重点和难点之一［4］，特别是施工过程中超长桩成孔质量控制是关键。其中在地层地质变化交界处孔的垂直度的情况、下放钢筋笼前成孔垂直度的情况、清孔后的孔底沉渣情况，通过传统测量方法无法获得有指导意义的数据。该项目采用泵吸反循环钻机成孔，使用超声成孔成槽检测仪对大桥基础灌注桩成孔孔径、垂直度及沉渣进行施工过程测量［5］，测量精度可达mm 级，对成孔质量进行了有效测量和控制，保证了灌注桩施工质量。

2.2 检测结果分析

本项目对成孔质量的检测最初选择在钻进至设计孔深后进行，发现多数成孔在地层地质变化段出现孔斜（约60～80 m 左右），所测的3个孔中，最大孔中心偏差超过68.4 cm，深度位置为79.77 m，超出规范偏差50 cm的允许范围［2］，如表1 所示。

表1 成孔（成槽）检测结果Tab.1 Test Results of Hole Formation（Grooving）

根据表1 检测结果数据可知该灌注桩成孔在56～79.8 m 孔深位置发生孔斜需要修正，施工现场采取回填砂性土至50 m 孔深位置，静置一天后，重新下钻头、同时钻机支腿增设钢板垫块，在接近56 m 孔深深度范围时采取慢速钻进、反复提升与下钻进行扫孔，扫孔完成后再次进行超声成孔测量如表2 所示，实测最大孔中心偏差15.8 cm，满足规范要求。

3 超声检测设备在施工质量控制及钻孔工艺优化方面的作用

3.1 总结出成孔钻进时更换钻头的时机，保证成孔垂直度及施工效率

进贤门项目通过对地质变化处成孔垂直度测量，总结了该项目采用的泵吸反循环钻机在钻至60 m 孔深左右时（为全风化花岗岩与强风化花岗岩交界面），如继续采用三翼钻头钻进，则容易发生孔斜（实测的三根灌注桩钻进过程中，孔中心偏差最大值达约70 cm，超过规范50 cm 限制，后进行回填扫孔处理），因此在进入强风化岩层时需及时将三翼钻头更换为合金牙轮钻头，保证成孔垂直度及施工效率。

表2 成孔（成槽）检测结果（扫孔修正后）Tab.2 Test Results of Hole Formation（Grooving）（after Correction of Sweeping Hole）

3.2 避免因成孔质量问题，造成钢筋笼或灌注用导管下放不到位需重新拔出钢筋笼后再扫孔现象的发生

传统的成孔垂直度、孔径检查为检查钻杆垂直度和采用“探笼”，但因实际操作时局限性很大，无法准确反映孔径和垂直度情况，尤其超长灌注桩成孔中下段出现缩颈、蛇形孔情况时无法准确探明。而超声成孔成槽检测仪可将孔口至孔底全断面成图［6］（精度达mm级），如发生孔径及孔中心偏差均能准确测量所发生的位置。在钢筋笼下放前即可先行扫孔［7］，避免造成成孔后钢筋笼、灌注导管无法下放或中途被卡的情况［8］，避免重新拔出钢筋笼重新扫孔的损失，确保施工质量和控制施工成本。

3.3 有效测量孔底沉渣，保证灌注桩质量

传统的孔底沉渣测量为测锤测量，孔底沉渣依赖测量人员经验估计，随意性大，精度差。超声成孔成槽检测仪采用探针压力测试法，精度可达mm 级，对孔底沉渣［9］进行有效判定，保证了桩底质量满足规范要求［10］。

3.4 为优化改进钻机设备及施工工艺提供数据支持，使得成孔更高质高效

超声成孔成槽检测仪对成孔数据的测量精度高，为钻机设备尤其钻头的结构形式进行改进优化提供了高精度的数据支持，该设备在进贤门大桥灌注桩桩施工中的应用，有效促进了钻机钻头结构形式的优化，如在原有钻头上增加导向圈如图4 所示，减少钻进过程中钻头偏斜；优化牙轮钻合金钻头布置位置等，为成孔高效、高质提供了保障。

图4 增设导向圈后的钻头Fig.4 Drill Bit after Adding Guide Ring

4 结语

超声成孔成槽检测仪可对成孔成槽的孔径（槽宽）、垂直度及沉渣进行测量，精度达到mm 级。对应孔径检测范围为450～7 200 mm，测量环境最大泥浆比重可达1.3，适合几乎所有工程成孔成槽的检测。通过高精度的实测数据，为工程成孔成槽施工过程质量检查、施工工艺优化提供了可靠的数据支撑，有力的促进了超长钻孔灌注桩施工技术研究，可在同类工程中推广使用。