影响 JJC-1E 型灌注桩成孔检测系统精度的因素及改进措施

胡朝彬，片 磊，高承成，崔立强，宋冠樟

（1.天津华北地质勘查局，天津 300170；2.天津华北地质勘查局地质研究所，天津 300170；3.天津华勘基础工程检测有限公司，天津 300170）

0 引言

成孔质量直接影响成桩质量［1］，成孔质量检测作为桩基检测中的一个重要部分，已越来越被各建设部门所重视，在灌注桩施工过程中采用接触式仪器组合法 JJC-1E 型灌注桩成孔检测系统对成孔质量进行检测是重要的手段之一［2，3］。JJC-1E 型灌注桩成孔检测系统在成孔检测时也有其自身的缺陷［4，5］，本文对其存在精度、稳定性等问题给出了一些技术研究的建议，以期与同行探讨。

1 JJC-1E 型灌注桩成孔检测仪检测原理

JJC-1E 型灌注桩检测系统属接触式伞形成孔质量检测仪，由 JJC-1E 型地面控制箱、JJY-6 型井径/井斜测量探管、JNC-2 型沉渣/井斜测量探管、JC-100 型自动排缆绞车及井口滑轮等部分组合而成。

孔深测量是通过电缆绕过滑轮的转数进行计量的。光电脉冲发生器与滑轮组装在一起且随着滑轮同步转动，检测时下放和上拉电缆均应紧贴滑轮，滑轮转动三圈计量电缆移动 1 m。

孔径是通过井径仪探头从孔底向孔口提升过程进行测量。提升过程需井径仪测量腿完全张开且紧贴孔壁，4 条测量腿根部连着 4 支由滑动变阻器组成的传感器，两组对称方向的测量腿传感器可测量出对应的电压值，再经过电信号的转换放大，换算出孔径均值。随着井径仪沿着孔壁上升，二维平面上以设计孔径值为轴线上自下而上模拟形成孔径的变化曲线。孔径值与传感器信号的微电压值之和成线性关系。

式中：D 为所测孔径；D0为设计孔径（常数）；K0为由标定得出的仪器常数；ΔVn为每个滑动变阻器电荷集中产生的微电压；ΔV 为 4 个滑动变阻器微电压之和。

垂直度（K）与传感器倾斜的角度呈线性关系，垂直度检测仪内装有 2 支正交的二维重力加速度计传感器，这种传感器通过线性角度液体摆完成顶角（α）测量。相关计算公式如下：

式中：X，Y 为2 只传感器信号；X0，Y0为仪器常数（在测斜仪校正台上标定后确定，当仪器维修后或受撞击误差大于 0.1°时均需重新标定）；E 为偏心距，m；L 为实测孔深，m；d 为孔径，m；φ 为测斜扶正器外径，m；hi为第 i 段测点距，m；αi、αi-1为第 i、i-1测点实测顶角，°。

垂直度测量采用点测，每 5～8 m 采样一次（桩长短于 40 m 时，宜采用低值）。

沉渣厚度测量采用电阻率法。在泥浆中由沉渣探头产生一个不受土层影响的交变电场来测量泥浆电阻率，因均匀泥浆电阻率为恒定值，沉渣电阻率与均匀泥浆电阻率有较大差别，沉渣界面的选取是通过电阻率跳变曲线的拐点来确定的。

2 影响检测精度的因素和改进措施

2.1 孔深与孔径测量

孔深的测量是在井径仪探头下放过程中进行，探头的测量腿置于开腿盘中被束缚住匀速下放，下放速度应不大于 10 m/min，下放直至连接电缆变松弛，在变松弛后，马上控制住滑轮转动，记录此时的深度，即为实测孔深。

为进一步提高深度的检测精度，应首先复核测量电缆上深度起算面特殊标志与探头最底部的距离是否为预置值 5.00 m，使探头下放的速度放慢至 6 m/min，在探头即将达到设计孔深 3 m 处，进一步放慢下探速度，在电缆变松的瞬间控制住滑轮记录深度。如有必要还需对深度显示值进行修正。受限于探头的尖锐程度，探头并不能完全穿过沉渣，到达孔底，此时测量的深度并不准确。

孔径测量前，井径仪要先在井径标定架上进行标定，确保测量腿有弹力。检测时应尽可能将井口滑轮置于钻孔中心并固定，则检测出两个正交方向的孔径值更为精确。检测后，注意清洗测量探管四条测量腿关节处，清除污垢后上油。

在测量完孔深后，进行孔径测量。此时需从滑轮上取下并松弛电缆 1～2 m，用力快速上提，使测量腿摆脱开腿盘在弹簧的作用下完全弹开至井壁。把电缆再次攀附至滑轮上并收紧，此时需用钢卷尺丈量出仪器的深度变化（修正开脱束缚装置后仪器深度的变化，确定起测深度）。之后测量腿随电缆提升而沿井壁作向上运动至孔口，同时描绘出孔径-深度曲线。

通过对大量实例进行分析，受测量腿长度及探管四条测量腿关节处弹簧弹力的限制，孔径的测量范围一般不超过 2.5 m。针对大直径灌注桩孔径检测误差较大，尤其对支盘桩支盘处的孔径检测误差更大，因为支盘处孔径的测量还受限于测量腿与支盘处角度的耦合程度，部分文献提到采用测量腿加长腿方法进行支盘桩盘径的检测，但是此方法需克服诸多限制，要根据相应的支盘设备调整测量腿与加长腿之间的角度，要经过反复试验，不仅需要选择恰当的连接点，而且安装时要力求四条加长腿完全对称，否则检测时也会出现较大误差。对大直径灌注桩塌孔现象严重或支盘桩，严格来讲触探式 JJC-1E 测试仪并不适用［6］，如使用加长腿，宜采用人工控制井径仪的上拉速度，及时感知上拉时力量的大小，防止加长腿被形成的塌孔或支盘挂住，使得井径仪加长腿不能保证正交对称甚至扭曲变形，检测数据误差较大。

2.2 垂直度测量

根据规范［7］规定，垂直度一般要求不大于 1 %，个别高层建筑、市政工程及其他有特殊设计说明的要求垂直度不大于 0.5 %。综合很多工程实例，对垂直度测量精度造成影响的因素。

1）错误选择扶正器。未结合具体要求选择恰当的扶正器，不能获得准确的垂直度测量数据，精度达不到设计要求；

2）通用密封接头出现进水情况；

3）操作仪器时未能针对扶正器外径数值进行及时修正；

4）垂直度点测间距过大。

为提高垂直度测量精度，首先应选择恰当直径的扶正器，且测量时在应用软件上及时对参数进行修正。扶正器直径应参考设计孔深与孔径两项指标进行合理选择。运用桩孔偏心距 E 的简化公式E=d/2-φ/2，那么垂直度 K 可通过 K=［（d/2-φ/2）/L］×100% 简单计算仪器的固定垂直度，即最大精度垂直度［8］。如果设计要求垂直度小于 1/100，那么扶正器外径φ可采用φ＞d-2L/100 进行判定扶正器外径选择是否准确。同样如果设计要求垂直度小于 1/200，那么扶正器外径φ可采用φ＞d-2L/200 进行判定。当某项目工程设计给定了孔深、孔径及要求的最大垂直度偏差，选定不同外径的扶正器决定了桩孔垂直度检测的最大精度值。例如，孔深为 45 m，孔径为 700 mm，选用外径为 200 mm 的扶正器，则垂直度最大精度为 0.625 %。基于仪器扶正器外径类型选择的限制，为提高大直径桩的垂直度检测精度，可采用分方位多次测量法进行检测［9］。

在测量实践中，针对容易出现忘记修改测量仪器默认值的情况，要加强操作员的业务素质和职业修养，强化细节管理，还可让另一名检测员进行复核相关参数，待确认数值正确后再实施测量行为。要严格落实检测操作规程，在测量过程中运用点测方式，点距不宜过大，宜每隔 8 m 实施采样一次操作（可根据具体孔深做调整），如测量效果不理想，可适当缩短点测间距后重新采样。

2.3 沉渣测量

造成沉渣较厚的因素有多个：①泥浆本身黏稠度和含砂量及施工工艺。②打钻时未充分绞碎的土块大量沉淀孔底。③成孔后与混凝土灌注间隔时间过长，大量厚重泥浆沉积且累加发生塌孔的坠土。④浇铸成桩前，未通过导管进行充分冲孔。

沉渣测量开启时，确保沉渣仪处在水中位置。测量探管至孔底以上 2 m 左右时，调整绞车，将绞车置于手摇状态，采用松开刹车把手方法让测量探管自由下落，在重力作用下穿透沉渣层达到原土层。然后缓慢摇动绞车（约 1 m/min）提升电缆，开始上测，仪器软件将自动记录泥浆视电阻率-深度关系曲线。因每个人所选取的沉渣曲线拐点不尽相同，导致估算所得沉渣厚度有差异。为避免人为因素误差，可选择多人电脑数值读取分别计算手段，充分确保测量精度。就施工工艺而言，桩基施工反循环比正循环技术在沉渣厚度控制方面有更大优势，建议对沉渣要求极其严格的工程，应首选反循环施工工艺。

有条件时，可在使用沉渣探头开始测量前，采用测锤法进行初测，具体方法如下：测锤顶端系上测绳，测锤沉入孔内相当距离后，当感觉测锤已具有一定的支持力，此时可估计为沉渣顶面位置，此时记录测绳深度 h，则沉渣厚度值为实钻孔深深度 H 减去测绳深度 h。采用沉渣的初测值与沉渣仪拐点法估算的沉渣厚度综合确定沉渣厚度。

对沉渣厚度要求严格控制的工程，沉渣厚度检测需进行多次，分别在钻孔完成二次清孔结束后，混凝土浇筑前等多次测定以保证其工程质量。一般认为混凝土浇筑前的沉渣厚度才是真正意义上的，它是决定工程质量好坏的主要因素，此时如果测量探管放在导管和钢筋笼之间进行测量，钢筋笼极易对测量探管造成损伤，不宜采用。通过大量检测实例，沉渣测量较为稳妥的办法是把测量探管放在导管内进行，此时的检测数据偏小，这种情况比较理想，也比较符合实际，因为此时刚刚大量的清泥浆通过导管下压至孔底，把孔底大部分的沉渣通过浆液上涌顶出孔口。在沉渣测量完毕后，成孔检测所有工作完成，应及时灌注成桩。

3 仪器标定及养护

由于 JJC-1E 成孔质量检测仪器所处的检测环境较为恶劣，经常浸泡在盐碱质泥浆中，非常有必要对仪器进行定期修正、保养、标定、养护等。

1）对深度显示值的修正。光脉冲记录电缆线长度时灵敏性较高，当缆线上粘有泥浆或长期的拉伸与风化，会影响光脉冲测量的精确度。修正方法为：用钢卷尺量取电缆记号到深度标准点的距离，若 50 m 深度记号在深度标准点近绞车一方 1.05 m 处，则孔深即为 48.95 m。若孔深显示值为49.30m，表明电缆与滑轮配合有偏差，用电缆丈量值除以测量显示值应计算出孔深测量修正系数 K=0.993。

2）受限于仪器本身，在多次测量后，使四条正交测量腿发生变形，导致孔径值整体偏大或偏小，表明此时测量精度较低，应重新标定。孔径标定：将仪器置于标定架上，输入当前测量腿在井径标定器上的尺寸，待电压值窗口数据稳定后按回车键保存数据。依次按从最大尺寸逐渐到最小尺寸，然后再从最小尺寸逐渐到最大尺寸的规则重复以上过程。标定过程中可剔除错误的不合理数值，标定完成存储相关参数后，可随机抽取几个标准孔径值进行验证，若在标定中发现不精确问题，则可基于系数修正措施实施合理修订［10］。

3）由于沉渣测量探管经常在测量时让其在泥浆中自由下落 1～2 m，穿透沉渣层，若桩端持力层为中、微风化岩层，此时沉渣测量探管受到的撞击比持力层为粉砂层时要大得多，对测量探管损伤较大。这严重影响了沉渣测量探管的精度，工程实例证明，3～5 次测量后应重新返厂标定。

4）做好通用密封接头、测量腿关节等关键部位平时的保养与定期检查。长期频繁的测量，容易损坏通用密封接头，平时应保持密封接头洁净并抹黄油，一旦发现密封圈有损坏，应及时更换。注意采用压力喷壶对测量腿关键部位的清洗，始终保持测量腿的弹力，清洗后应涂抹钉子油，既能保持润滑起到保养的作用，又能在再次测量的时候少粘附泥浆。以上这些保养使用细节，能避免实际测量精度受到消极影响。长期的施工实践总结，基本每隔半月或检测孔数超出 30 个后要展开定期集中保养、检查、养护。

4 结语

钻孔灌注桩整个施工过程拥有较强隐蔽性，采用 JJC－1E 型钻孔灌注桩成孔质量检测系统进行检测，虽有许多方面需要完善，但是经过大量实践总结后可克服大部分缺陷影响。针对 JJC-1E 成孔质量检测仪器所处的检测环境及其本身固有属性，强调了对仪器进行定期修正、保养、标定、养护的重要性。通过对不同地质条件、不同的施工器械及施工工艺所成桩孔的大量检测成果进行分析、总结，可对孔径、垂直度、沉渣等参数有针对性地进行检测，能够及时改善施工方法、起到及时纠正施工过程中存在的问题与隐患的作用。