内河高桩码头嵌岩桩施工质量检测技术研究

2022-09-25何欢翔江西省水运咨询有限公司

珠江水运 2022年17期

何欢翔江西省水运咨询有限公司

曾斌华江西省路港工程有限公司

案例高桩码头面对大流速、大水位差水域环境，以及大部分长度嵌入水下斜坡面的长嵌岩桩技术需求和设计，在工程施工过程中，严格加强嵌岩桩强度与完整性质量检测，为确保复杂环境下高桩码头建设质量，提供了有效的施工质量检测技术保障。这里阐述介绍该嵌岩桩施工质量检测技术要点，以为同类内河高桩码头嵌岩桩施工质量检测应用，提供研究和技术参考。

1.案例工程

案例是位处我国西南内陆的一处内水高桩码头，堆箱荷载均布30kPa，流动拖挂车机荷载40t，岸测集装箱起重机最大轮压28t/轮，总轮数32个。所在水域河段，属于低丘山区，河道较宽，水量充沛，具有季节性涨落、大流速、大水位差特点。码头采取框架桩基支撑梁板结构，其中江侧采用钢筋混凝土Φ2300灌注嵌岩桩，其他则采用钢筋混凝土Φ2000灌注嵌岩桩。码头前沿的钻孔灌注桩长度在19.30m～34.80m之间，大部分处于水下斜坡面，是本工程的施工难点，其质量不仅关系影响能否在一个枯水期顺利完成桩基施工施工任务，而且也事关码头工程结构的长期整体技术安全。

2.嵌岩桩强度与完整性检测方法

2.1 桩体强度评估方法

对桩体载承力影响较大的技术要素，主要在于桩土摩擦力、桩体强度、桩端载承力。工程质量评估标准中，将筑桩混凝土强度级别，作为衡量混凝土桩体质量关键表征指标。通过浇筑过程中随机提取混凝土，制作试块，开展抗压强度测量开展评估。试块按标准养护28d龄期，开展抗压强度测量的结果为准。

（1）同强度试组n为2～4 组数时，可采用非统计评估方法获得混凝土强度，批次检测验收值一定要同时符合如下公式关系：

公式中，mf为n组试块抗压强度的平均值；f为n组试块抗压强度的最小值；f为混凝土试块标准抗压强度值。

（2）同强度试组n≥5组时，可采用统计评估方法获得混凝土强度，其强度须同时符合如下公式关系：

公式中，Sf为n组试块抗压强度标准差，数值不低于σ-2；C为按表1获得的计算系数；σ为按表2获得的试块抗压强度的标准差均值水平。

表1 系数C取值

表2 试块抗压强度的标准差均值水平

2.2 桩体完整性评估方法

钻孔灌注桩常见的质量缺陷一般有两种：①桩体完整性方面的病害，常见的有桩顶混凝土松散、混凝土离析、扩径、缩径、断裂和夹泥等；②桩端支撑条件方面的病害，通常为混凝土浇筑前，孔洞清理不彻底，孔底泥沙过厚，影响载承力。

混凝土基础施工规范要求，工程桩体完成施工后，应开展桩体质量试验检测，径值超过80cm的砼嵌岩桩，应采取钻芯法或超声检测法进行检验。取样桩数不应低于10%总桩数，承台嵌岩桩取样不应少于1个。对于大径值的灌注桩，通常应用超声检测法检测桩体的完整性。与其它质量检测方法相比，超声检测法是一种有效的桩体质量检测方法，能够无伤检测灌注桩内部结构缺陷，有效评估嵌岩桩体的完整性，因为它不会破坏材料的结构和结构的应用功效，并且测试速度快，质量检测距离远，因此工程应用比较多。

（1）超声检测原理。超声检测法又称为声波透射法。人耳能够听到20-20kHz频率的声波，超出这个范围时，人耳便无法听到，故这个频率范围的声波被称为超声波。

超声波检测原理是利用声波换能器发生人工激振，此激振发生的超声波在桩体介质中进行传输，再通过收波感受器接收这些介质传输的波信号，并分析其传输速率、频率和振幅等变化，进而分析揭示桩体介质的均匀性以及病害的性质、大小以及位置等信息。激振发生的超声波在桩体介质中传输，其传输波态会受到桩体介质特性调制影响，因此接收波较发射波会发生相关参数状态变化，通过变化状态模型反推，即可获得桩体介质的质量状态。

（2）声测管设置。超声波法仅能检测到收、发声测管的连接线两侧的窄带部分的混凝土结构质量。当桩径增大时，每组测管间的超声波检测范围占桩体横断面积比例相对就比较小，就无法充分反映出桩体整体质量。所以，声测管的数量和配置方式，影响决定检测范围。对于大径值桩体，一定要适当增加测管配置数量。通常说来，当桩径≤80cm时，应设置两根管子。声测管沿桩径配置，构成一个声测截面；桩径80-200cm时，声管不可低于3根，并且应均匀排列成等边三角形；桩径＞200cm时，声管不可低于4根，且须均匀排列成方形，构成六个声测截面。案例桩基径值分别为230cm与200cm，所以，根据要求，须设置4根声测管。

测管材料多为金属管或塑料管，因为混凝土筑浇过程中的的较大作用力、钢筋笼的吊放以及混凝土所发生的水化热作用影响，很容易导致声测管形变甚至断裂，使检测无法开展。所以，案例声测管采用高强度钢管。为便于换能器在管内移动，测管内径一般比换能器外径应多出1-2cm。在混凝土施工过程中，声管设置应满足如下要求：

①应沿着桩断面外侧对称配置声管，尽可能等分桩体周长。

②声管尽可能选择相同材质、径值和尺寸钢管。其内径应在5-6cm。

③声管封闭且埋入桩底，管口须比桩顶面高出10cm以上并覆盖，以防止异物塞堵声管。每个管口的高度应一致。

④声测管的连接处应具备足够强度，确保声测管不会受力弯曲和脱落。连接位置应密实无渗漏，以保证混凝土筑浇时，不发生砂浆渗漏。接头应使用套管、套筒螺纹连接或焊接，不允许对焊，以保证管内不漏浆、不漏水、无焊渣。

⑤保持声管平行。因为声测管之间的距离随深度而变化，因此每个深度的声速仅能通过桩顶2根声管之间的距离进行计算。为降低误差，把声测管牢固扎绑或焊接于钢筋笼的内侧，相邻声管之间焊接水平撑杆，水平撑杆相同长度，以确保各声管之间准确定位和平行。

3.高桩码头嵌岩桩现场超声检测

3.1 测前准备

（1）声测管采用清水冲洗，浑浊水会显著影响声波衰减，迟延传输时间，给声波质量检测结果带来偏差。

（2）疏通声测管，确保换能器在管内上下平稳移动。

（3）相邻声管间距和声管内外径要准确测量，测量精度±1mm。

（4）依据质量检测桩的技术指标，匹配检测器。

（5）桩体要符合混凝土龄期和强度要求。为确保质量检测结果的可靠性，通常要求桩体强度应达到70%设计强度，并且不低于15MP。14d龄期以后，混凝土超声波速等特征参数的变化已基本趋于平缓，因此14d可作为检测龄期的参考标准。

3.2 现场质量检测

桩基现场质量检测过程通常有两个过程。首先，应用水平测量法，从下到上对桩体各质量检测断面开展逐一测量。进而找到声学表现异常的测量区域或测量点。然后通过加密平测、斜测或者扇形扫描测试，对异常点开展进一步质量检测，不仅可以验证普查结果，还可以进一步明确异常区域范围分布，为桩体完整性检测判断提供可靠根据。

（1）平测。以同一标高，同步升降换能器发送和收测声波，称作平测。

首先，将换能器放入某波面的2个声测管内，并将它们完全放至桩底，并保持相同的标高。然后以相同步长从下向上提起，由于在水平方向上换能器收波具有一定的方向性，为确保测量点间，波场能够充分覆盖桩体混凝土，防止漏测，相邻2个上下测量点的步长，不宜＞250mm。在质量检测过程中，提升1次则检测1次，实时显示并记录波信号反应时程曲线。首波的声音和幅度读取时，同时显示阅读频谱曲线与主阈值。当同一桩内有4根及以上的声测管时，则每2根管为1个测试波面，分别进行检测。

平测能够发现缺陷区域在垂向上的状态、规格与严重程度，但是无法揭示病害在水平向上的状态、规格与严重程度，所以在桩体病害检测时，还要结合斜测或扇形扫测。

（2）斜测。以不同标高，保持换能器固定高度差，但同步升降测量称作斜测。

发现了异常测量点以后，可以先给予加密平测，验证异常点的异常状态，进而确定异常区域的纵向分布范围。之后通过斜测方法，进步检测异常区域病害的严重状态。斜测是使发射与接收换能器，在声测管中，以不同标高，保持换能器固定高度差，并以相同的步长，同步升降开展测试，而不是像平测那样，始终保持发波和收波换能器的相同高度差。

斜测有1面斜测和2面斜测之分，工程检测应用通常多采用2面斜测，以便于互检验证。2面斜测，是指第1次使射波换能器高于收波换能器，而第2次使射波换能器低于收波换能器，但是二者的绝对高度差值必须始终一致，否则测试结果将没有可比性。斜测可以在水平方向上缩小缺陷定位认识范围。

斜测发波和收波换能器的高度差量差异越大，越利于在水平方向上缩小缺陷定位认识范围，但这个高度差量差异越大，干扰信号越强，所获得的收波信号会变得越弱，越容易导致误判。因此高度差量并非差值越大越好。只能在确保信号良好的前提下，可适当调节设置其差值。

（3）扇形扫测。换能器一个高度固定，另一个基于一定高度差上下移动进行测量，称为扇形扫测。

作为辅助手段，当桩顶或桩底的斜测量范围有限时，或考虑降低换能器提升频率时，即可采用扇形扫测。

4.案例高桩码头嵌岩桩施工质量测量结果

4.1 混凝土桩体强度测量结果

以案例高桩码头的大部分嵌入水下斜坡面的嵌岩桩为例，每桩取2组混凝土试件，进行灌注嵌岩桩的桩体强度检测。其混凝土强度检测数据见表3。

表3 嵌入水下斜坡面的嵌岩桩混凝土强度检测数据（Mpa）

通过试件检测和计算分析，案例A1～A7大部分嵌入水下斜坡面的嵌岩桩混凝土强度，全部符合设计要求，评定为合格。

4.2 混凝土桩体完整性测量结果

案例高桩码头施工泊位存在混凝土灌注嵌岩桩共116根个。按照标准程序，采用超声波检测法，对桩体完整性一一给予检测，施检率达100%。结果为完整性属于Ⅰ类桩的96个，属于Ⅱ类桩的20个，不存在Ⅲ类和Ⅳ类桩。其中Ⅰ类和Ⅱ类桩可直接应用。IV类桩则需要给予强化处理，并经再次检测确认其载承力达到设计要求后，可允许应用。