不同桩身缺陷检测方法对比分析

王志宣

(郑州新开元路桥工程咨询有限公司，河南 郑州 450016)

1 检测原理及现场操作

1.1 低应变法

低应变法的理论依据是一维杆波动理论，将桩等价于一维杆，当在桩顶施加一瞬时垂直冲击力后，就有弹性波沿桩身向下传播，遇有波阻抗(波阻抗Z=ρcA，ρ为密度，c为波速，A桩身截面积)变化界面处时，弹性波会发生反射。通过对反射信号的相位、振幅、频率等特征进行分析后即可对桩身缺陷进行评价。由于低应变法物理意义明确、测试设备轻便简单、检测速度快、检测成本低等优点，目前普遍应用于基桩检测。《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106-2003)规定，低应变法适用于检测混凝土桩的桩身缺陷，判定桩身缺陷的程度及位置。由于低应变法波形曲线上仅显示桩身阻抗变化的相关信息，而桩身阻抗Z=ρcA是一个综合指标，该指标不仅与介质质量状况有关，还与介质尺寸变化等因素有关，所以低应变法还不能对缺陷性质进行准确分辨，缺陷横向尺寸的变化及其在桩截面横向上的位置也无法准确给出，对缺陷程度只是一种定性评判，还不能做出定量分析。对缺陷竖向位置也只是依据桩身平均波速进行的一种计算，由于有其他因素影响故有一定误差。由于受桩周土、桩身材料阻尼、桩身截面变化、激振能量等因素的影响，应力波的传播过程为能量和幅值衰减的过程，如果桩过长，或桩截面阻抗多变或变幅较大，则应力波不能传回桩顶。另外当桩端土层的波阻抗与桩身波阻抗相同或相近时，不能测到桩底的反射信号，所以其测试深度有一定限制，但没有具体数值，只能在各具体工程中进行试验确定用该方法检测桩身缺陷是否可行。此外，由于低应变法在实际应用于检测桩身缺陷过程中，其影响因素比较多而且比较复杂，所以有时会得到一条无法进行分析解释的波形曲线，此时低应变法不再适用，需通过其他检测方法对桩身缺陷进行评价。

1.2 声波透射法

该法依据弹性波理论，利用超声波在弹性介质中的传播特性对介质的性质进行评价。其评价所用声学参数主要有波速、波幅、波频、波形等。与低应变法相比较，其原理和理论依据相同，不同的是低应变法冲击脉冲主频在几百赫兹，而声波脉冲主频高达几万赫兹。现场操作也不相同，现场测试时依据换能器间高程的不同可有水平同步法、高差同步法及扇面测试法等测试方式。《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106-2003)规定，声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身缺陷检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。与低应变法比较，声波透射法也无法对缺陷性质做出准确分辨，对缺陷在桩截面横向上位置的判断较低应变法强，缺陷在竖向上的位置及范围能做出准确判断，但对紧贴声测管的微小缺陷有可能造成误判，对超出两声测管组成的剖面之外的桩身缺陷则无能为力。同时声波透射法宜检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性，因为桩径较小时，声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。由于需要预埋声测管，抽样的随机性较差，检测成本也相对较高。尽管如此，与其他方法相比，声波透射法仍具有如下优点:(1)检测全面、细致，检测范围可覆盖整个桩长的各个断面，无检测“盲区”:(2)检测较为快捷、方便。因此，该方法目前已成为大直径、长桩长的混凝土灌注桩完整性检测的重要手段。《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004)也专门规定“对重要工程的钻孔灌注桩，采用超声波透射法检测的桩数不应少于50%”。

1.3 钻芯法

与前两种方法相比，钻芯法检测桩身缺陷属于一种直接的方法。由于钻芯法是钻芯机直接从桩身上钻取混凝土芯样，以测定桩身混凝土的质量和强度，检查桩底沉渣和持力层情况，并测定桩长，进而对桩身缺陷做评价。钻芯法具有科学、直观、实用等特点，正因为这种优点，使得目前基桩完整性检测时，当其他检测方法的检测结果需要验证时一般采用钻芯法进行验证。与其他方法相比，钻芯法的缺点是设备笨重、检测时间长、检测成本高等，其检测能力的限制条件主要受桩的长径比制约，也不能对预制桩和钢桩的成桩质量进行检测。此外，由钻孔在桩截面上的布设也可以看出:钻芯法实质上是由钻芯孔的范围内的桩身质量情况来代替整个桩身的质量情况，相对于大直径桩而言，这种代表性会很差，对一些缩径或其他没有靠近钻孔位置的缺陷来说，钻芯法也无能为力。其更适用于检测桩长、桩底沉渣及持力层岩性、桩身混凝土强度，在缺陷程度较大时(如缺陷横向规模占到桩截面的80%或更大时)验证更合适。需要明确的一点是，钻芯法所得到的混凝土芯样抗压强度不同于标养28天试块抗压强度，也不同于同条件试块抗压强度。

2 工程实例及分析

低应变法与钻芯法对比

该桩为旋挖钻机施工钻孔灌注桩，桩型为摩擦桩，桩径1.0m，桩长47m，桩身混凝土强度等级为C40。地层为黏土、粉质黏土和粉土互层，局部有细砂夹层。低应变法实测曲线反映桩顶以下19.0m处有一明显同相反射波，有二次反射波，桩底反射不明显。地质资料显示，在桩顶以下19.0～20.5m范围内有一细砂夹层。施工中未发现特殊情况。由以上资料分析该处缺陷性质有可能是夹砂，是缩径造成的夹砂还是桩身空洞填充砂还不能确定。该缺陷比较明显，其竖向位置大概在19.0～21.0m，在桩横截面上的位置则无法确定，因此不能对钻孔位置的选取提供切实可行的指导。按规范要求随机选了第一个位置进行钻芯法检测，结果显示在19.7～20.0m之间夹砂，后分别在该孔两侧30cm处各布设一个钻孔，左侧钻孔在19.8～20.0m之间夹砂，右侧钻孔芯样连续、完整、表面光滑。通过对夹砂孔进行反复清孔，然后高压注浆，水泥用量达到2.1t。

从本实例可以看出，不仅仅是缩径，任何一种缺陷(如本例中的夹砂，不包括扩径类良性缺陷)在低应变法实测曲线上的反应都是与入射波同相位，其幅度与缺陷程度及其所处位置等因素有关，但其性质只能结合其他情况进行大概分析还不能确定，缺陷竖向位置的判定有一定误差，而在桩截面横向上的位置则无法判定，无法对钻孔选位提供指导，而钻孔直径一般为100mm，《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106-2003)规定，桩径小于1.2m的桩钻1孔，桩径为1.2～1.6m的桩钻2孔，桩径大于1.6m的桩钻3孔，按钻孔最大直径计算，其占整个桩截面的比例最大也仅为19%，由此对整个桩身进行评价代表性不是很强。如果第一个钻孔正好取到芯样连续的位置，那么两种方法之间就存在了极大的不一致性。这种不一致性也好理解，但如何避免，如何对桩身缺陷做出客观的评价才是关键。可以推断的是，相对与整个桩身截面而言，缺陷程度越大，钻芯验证的效果就越好。

3 结语

通过以上对比分析及在工程实践中所遇到的实际情况可以得出以下结论:

(1)低应变法具有简便、快速、成本低的特点，是基桩质量普查的良好手段:声波透射法具有全面、细致、不受桩长限制等优点，是重要工程基桩质量检测的重要保证:钻芯法具有直接性，其特长在于检测桩长、桩身混凝土强度、桩端持力层状况等。作为直接的检测方法，钻芯法也可作为低应变法和声波透射法检测的验证方法，但对验证结果应能够具体分析，最终对桩身缺陷做出客观、科学的评价。具体应用时，可根据工程重要性等级、基桩施工水平的稳定性、场地工程地质情况等因素，从各方法本身特长出发综合选用。

(2)由于各桩身缺陷检测方法的理论依据、现场操作，各方法的优缺点均不相同，实际工作中出现对同一根桩身缺陷评价不一致的现象属于正常现象。当出现这种现象时，应能从各方法本身及工程实际出发，找出合理解释，对基桩桩身缺陷做出客观的评价。

［1］钱大高.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制分析［J］.淮北职业技术学院学报，2010，(05):122-123，126

［2］朱德良.人工挖孔灌注排桩在基坑支护结构中的应用研究［J］.武夷学院学报，2010，(02):68-72