基于灌注桩桩身完整性检测的探讨

基于灌注桩桩身完整性检测的探讨

袁焓

深圳市勘察研究院有限公司

摘要：灌注桩因承载力高、稳定性好、施工方便、工程造价低等优点，越来越多地被用于高层建筑、桥梁、码头等基础工程中。桩基工程的质量好坏直接关系到建筑物的结构、受力安全，更关系到人民生命财产及社会安全，为了确保其质量与安全，必须对桩的完整性进行检测。本文就灌注桩桩身完整性检测进行探讨。

关键词：灌注桩桩身完整性检测

引言

桩基础施工具有高度的隐蔽性，施工工艺复杂，地质条件差异较大，容易产生断桩、夹泥、离析、桩底沉渣等问题。这些问题严重影响着灌注桩承载力的发挥，给工程建设带来安全隐患。为了确保桩基工程的质量与安全，必须对桩的完整性进行检测和评价。目前常用的桩身完整性检测方法主要有低应变法、声波透射法、钻孔取芯法和高应变法。

以上几种方法优缺点：低应变法检测时方便、快捷、经济适用，但易受各种因素干扰，波形难以辨认和判别；声波透射法不受桩长、场地限制，数据直观可靠、抗干扰能力强，但需提前预埋声测管，若声测管保护不当容易堵管而无法测试；钻芯法检测的结果直观可靠，不受干扰，但存在耗时长、费用高、以点带面，造成误判或漏判等缺点；高应变检测桩身完整性可靠性比低应变法高，但该方法设备重、费用高、效率低，对浅部缺陷判定存在盲区，测试误差大。

实际工程应用中，桩身完整性检测不仅要求给出准确的桩身完整性判定结论，保证桩基工程质量，而且需兼顾经济方便、现场易于操作。本文首先介绍低应变法、声波透射法和钻芯法的工作原理，然后通过工程实例说明完整性检测中不同方法的灵活应用。

1、检测方法

1.1低应变法

低应变检测方法有多种类型，常用低应变反射波法。该方法满足一维弹性杆平面应力波的波动理论，通过在桩顶施加激振信号产生应力波，应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞、松散等缺陷）和桩底面时将产生反射波，分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩身完整性。不同缺陷测试的信号特性各不相同：断裂缺陷表现为多次同向反射，难见断裂部位以下缺陷及桩底信号；缩径类缺陷的相位表现为上界面与入射波同向，下界面与入射波反向，严重缩径时可能有多次反射波，一般可见桩底；扩径类缺陷的相位表现与缩径类相反，可能存在多次反射，一般可见桩底。由于地层条件和施工因素，低应变反射波的测试信号可能出现与理论不相符的缺陷，如软土出现缩径现象、硬土出现扩径现象等。在分析判断桩身完整性时，需要综合考虑。

1.2声波透射法

声波透射法在被测桩内埋设若干根竖向平行的声测管，管内注满清水，把发射换能器和接收换能器装置放在声测管中，由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性。根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。用于判断桩身缺陷的声学指标有声速、波幅、主频等参数和波形特点，实际应用时要综合分析确定异常。当出现离析缺陷时，声时变长、声幅衰减、高频衰减，波形发生畸变。当出现断桩或其他严重缺陷时，声时显著变长，声幅明显衰减，频率较低，波形发生严重畸变。尽管声波透射法数据直观，但对于微小裂缝类缺陷还是难以识别。

1.3钻芯法

钻芯法采用钻芯钻探技术沿桩身方向钻取混凝土芯样，对其进行观察和测试来评价桩身的质量，这是对桩身缺陷最直观的一种检测方法。桩身的完整性类别要结合钻芯孔数、现场混凝土芯样特征、芯样试件抗压强度试验结果综合判定。

2、工程实例

某工程灌注桩的桩径800mm、桩长26.0m、桩身混凝土强度C40，属于摩擦桩型。桩周自桩顶而下的地层为新进沉积的细砂，第四纪的细砂、中砂，粉质黏土、黏质粉土，桩底持力层为细砂、中砂层。下面列举三种桩身不同位置的常见缺陷说明低应变反射波法、声波透射法和钻芯法的综合应用。

2.1浅部断桩

图1为1#桩的低应变法检测时域曲线，桩身波速取值3897m/s。由图可以看出，在约3.5m处可见明显的同向反射，在7.0、10.5m等处存在多次反射，无桩底反射波。根据JGJ106-2014《建筑基桩检测技术规范》的“表8.4.3”的桩身完整性判定，将1#桩判为Ⅳ桩，缺陷位置定为桩顶以下3.5m。经现场开挖验证，在3.4m处出现断桩，可能为剔桩头时碰断。

图2某工程2#桩低应变曲线图

图3某工程2#桩声波透射法检测结果

图2的低应变时域曲线无缺陷反射波，但桩底不明显、无反射波信号。根据低应变曲线大概判断此桩无严重缺陷，但是否Ⅰ类桩需其他方法验证。然后采用声波透射法进行测试，其结果如图3所示。从图中可以看出，在桩身以下25.8～26.0m段出现声速、波幅和PSD曲线明显异常。从图4的波形图可以看出，该段缺陷的声时变大、波幅变低，波形曲线杂乱。对比图3和图4的25.8～26.0m范围内的异常发现，缺陷处的声速、波幅略低于临界值。由于灌注桩为摩擦桩，桩端只提供较小的支撑力。结合低应变和声波透射法的检测结果最终判断该桩为Ⅱ类桩，属于轻微缺陷。该缺陷可能是成孔时沉渣未清理干净产生的，在桩基检测中经常碰到。

图5某工程3#桩低应变曲线图

2.3中部离析

图5为3#桩的低应变曲线图，从图中可以看出，桩底无反射波，在桩身以下约14m处有一较小的反射波。根据桩基检测规范，不好判定桩的缺陷及完整性。从图6的声波透射测试现场的波列中可以看出，桩顶以下14.0～17.0m范围内声时增大、波幅减小、波形杂乱无章，存在严重缺陷。检测结果如图7所示，桩身下14.0～17.0m段声速、波幅、PSD曲线指标异常，声速和波幅低于临界值，PSD曲线明显畸变、扭曲。根据声波透射法结果，可以推断缺陷段混凝土质量较差，存在松散、离析现象。

考虑到缺陷位于桩身的中部，严重影响桩的承载力，对工程存在安全隐患。经甲方同意，采用钻芯法进行钻探取芯，进一步确认低应变和声波透射法的测试结果。从图8的钻孔取芯结果可以看出，桩顶以下14.0～17.0m段芯样松散、含泥，混凝土破碎，属于严重离析缺陷，这和声波透射法的检测结果相吻合。根据三种方法的结果判定该桩为Ⅳ类桩，避免了严重工程隐患。

图7某工程3#桩声波透射法检测结果

图8某工程3#桩（0～18m）钻芯法取芯结果

3、结语

灌注桩的桩身完整性检测及缺陷判断非常重要，本文总结了低应变法、声波透射法和钻芯法的优缺点，低应变法和声波透射法适合桩身完整性的普查阶段，钻芯法适合抽查。不同的检测方法适合桩身的不同部位。低应变法可以明显地看出浅部异常，声波透射法对中深部缺陷判断表现明显。声波透射法和低应变法可以判断大部分缺陷，若条件允许，需开挖或者钻探确认二者的检测结果。

在实际桩基检测中，可以采用两种或两种以上的方法进行检测，同时考虑地质条件、施工工艺、施工记录等多种影响因素，综合分析后给出可靠的结果。

参考文献：

[1]刘万恩，陈志琦，徐建江，等.低应变反射波法检测钻孔灌注桩桩身完整性的难点和应对原则[C]//全国建筑工程勘察科技情报网华北站2008年年会论文集.2008：115-118.

[2]龚术，李建中.低应变法检测大直径灌注桩常见问题探讨[J].低碳世界，2017，7（1）：65-66.

[3]林高杰，汪纯亮.声波透射法在大直径灌注桩完整性检测中的应用[J].水道港口，2013，34（5）：437-440.