桥梁基桩施工质量的检测方法及其应用探讨

黄添华

（广东省东莞市交业工程质量检测中心，广东 东莞 523125）

桥梁基桩施工质量的检测方法及其应用探讨

黄添华

（广东省东莞市交业工程质量检测中心，广东 东莞 523125）

总结了桥梁基桩施工质量的几种主要检测方法，包括超声波透射法、低应变反射波法、钻芯取样法和静载试验法，分析了这些方法的工作原理和基本特点。通过对比分析的手段，研究了不同检测方法的优缺点和应用特征，进一步明确这些方法的应用条件和前景。最后针对综合性能好的超声波透射法，详述了其实施技术，并结合工程实例分析了其应用效果，促进该检测手段的推广应用。

桥梁；基桩；施工质量；检测方法；应用探讨

0 引言

桩基础是桥梁结构广泛采用的基础结构型式，具有承载能力高、沉降变形小、抗震性能好及施工环境干扰小等优势，广泛应用于中小跨径桥梁的基础结构建设中。由于桩基础的施工是隐蔽工程，受到复杂地形和地质条件的影响，以及桩土相互作用的不确定性，使得桩基础的施工质量和安全性能较难保证，为了确保桩基础施工质量，需要采取专业的检测手段识别施工完成后的桩基础性能，对其建设质量和可能存在的缺陷及偏差等进行定量分析，提供后续桩基础施工的依据和方法。

基桩检测是桩基础施工的重要过程，也是识别桩基础建设质量的重要方法。目前桥梁基桩完整性质量检测主要有四种方法：超声波透射法、低应变反射波法、钻芯取样法和静载试验法[1,2]。这其中超声波透射法和低应变反射波法属于无损检测方法，对基桩不造成任何的性能影响；钻芯取样法和静载试验法则会对基桩造成一定程度的影响，甚至检测操作不恰当会造成基桩的损坏[3]。论文将详述这几种桥梁基桩检测技术的原理和实施方法，从而提出这几种检测手段的应用范围和条件，为特定情况的基桩检测提供方法。

1 桥梁基桩施工质量的检测技术

1.1 超声波透射法

超声波透射法是通过一种发生探头间隔地发射出不连续的超声波，这些超声波的频率是重复的。在超声波透射穿过基桩混凝土的过程中，由于混凝土骨料与浆体的构造特点，使得超声波的声学参数发生变化，例如波的初始与到达时间、波能量衰减、频率变化等，从而携带了基桩混凝土的材料特性和结构特性参数，在超声波接收端，通过识别上述声学参数以及声学参数与材料、结构参数的转化关系，就可以分析出基桩的施工质量了。一般而言，如果基桩的施工质量差，存在缺陷，则超声波的衰减越大。

超声波透射检测基桩质量的主要判别依据包括声速和波幅。超声波通过混凝土所需要的时间就可以计算声速值，声速是基桩混凝土缺陷的重要判断参数，当声速小于判断的异常临界值时，就说明混凝土存在缺陷。波幅也是判断超声波通过混凝土衰减的重要参数，当小于判断的波幅异常临界值也说明了基桩混凝土的质量问题。

超声波透射方法检测全面，结果准确且详细，可以估测混凝土的强度等级，且检测方法不会受到桩长和桩径等参数的影响。超声波由于信噪比高且抗干扰性强，测试的精确很高。超声波透射检测可以获得基桩的完整信息，且可以测试基桩任意部位，包括桩顶的低强区和桩底的沉渣厚度等，检测无盲区。然而，超声波检测的经济代价较高，声测管的费用很高，而且如果声测管与混凝土的粘结握裹不佳或者声测管周围存在局部泥团时，会呈现断桩的信号早晨误判或者重判，给评测结果造成一定的影响。

1.2 低应变反射波法

低应变反射波也是一种无损检测方法，通过在基桩顶部施加一定的激振力，使得弹性波沿着桩身向下传播，如果桩身混凝土出现质量问题如缺口、开裂、破断等，则会对弹性波形成明显的波阻效应而产生反射波，通过对反射波的拾取以及检测基桩顶部的速度和加速度响应，就可以获得桩身混凝土质量的评估标准，并对缺陷所在位置及存在特性进行准确判断。图1是低应变反射波法检测桩身质量的波形变化与桩长关系。

图1 低应变反射波法检测桩身混凝土质量

低应变反射波检测技术的操作十分简单，只需要在桩顶施加激振即可；检测费用低，且不影响施工工期；相对于超声波检测也是一项广泛应用的无损检测技术。需要注意的是，低应变反射波法对于长桩，由于桩顶弹性波在传播过程中的能量衰减问题以及激发能量本身的限制，使得该方法获得的结果评判效果较差。此外，低应变反射波方法也会受到很多因素的影响，例如桩身截面的突变、缺陷反射以及桩端持力层的岩性等，因此其测试精度相对不高。

1.3 钻芯取样法

钻芯取样是通过钻机直接低目标检测部位进行取芯，通过对芯样的观察、试验分析等手段，确定基桩混凝土质量。钻芯取样检测桩身性能最直接的方法，该技术可以检测桩的长度、桩身缺陷、桩底沉渣厚度及桩端岩土状况。对于嵌岩桩结构，由于地下岩石强度很大，采用钻芯取样方法需要配置金刚石作为钻头才能保证芯样的完整性，图2是钻芯取样检测桥梁基桩质量的现场工作图。

图2 钻芯取样法检测桥梁基桩质量

钻芯取样方法不受场地限制，适用于大直径桩的质量判定；其缺点则是施工成本高、检测速度慢且需要较长的周期，尽管其评估结果直接、准确，但当基桩存在偏斜时检测效果有限。

1.4 静载试验方法

静载试验是确定基桩极限承载力和沉降性能的最准确最可靠方法，判断某种检验方法的合理性和准确性一般都以静载试验结果作为依据，其检测基本原理是通过获取基桩竖向抗压试验荷载与位移的Q-S曲线，预测对应的极限荷载和沉降值。精致啊试验存在的不足是该方法需要严格按照测试步骤开展，测试的周期和成本很高。

2 检验技术的应用分析

2.1 不同检测方法的比较分析

根据不同检测技术的原理和方法要点，对超声波透射法、低应变发射法、钻芯取样法和静载试验法的优缺点系统归纳如下：

超声波透射法检测精度高，结果不受桩长和桩径影响，能准确定位缺陷位置并判断缺陷程度；缺点是声测管与基桩连接很难保证，检测费用较高，无法测试声测管之外的混凝土质量。

低应变反射波法检测操作简单、实施快捷、经济性好；缺点是检测信号受多种因素影响，较难准确定位缺陷位置和评价缺陷程度，存在误判和漏判风险。

钻芯取样法检测结果直观可靠，特别适用于大直径基桩的质量检测；缺点是钻孔有限，只能对桩径局部质量进行判断，难以发现小缺陷病害，不适用于普查且费时费力。

静载试验方法结果准确可靠，适用于任意型式的基桩检测；缺点是测试周期长、成本高。

2.2 不同检测方法的应用分析

根据检测方法的不同，各种检测技术所应用的范围也有所差异。首先，对于长桩检测，桥梁结构中超过50 m长度的桩基础普遍存在，由于桩长的原因，采用低应变反射波法受限于激励能量以及波在桩长范围内的衰减，桩长很大时桩身下部的信息就很少，无法获得对桩身底部质量的评价结果；其次，嵌岩桩检测中，由于嵌岩桩桩身嵌入基岩，使得应力波的能量衰减很快，受到桩端土层阻力无法采用低应变反射波方法。最后，对于桥梁中小桩径的基础结构，钻芯取样法没有施工条件，该方法会对桩身周边的土层进行较大扰动，不利于桩基础的长期使用。

因此，需要根据实际的基桩检测要求以及桩基础本身特性，针对性选用检测方法。当检测方法确定后，需要在检测过程中严格规范操作。

3 超声波透射法的工程应用

根据不同基桩施工质量检测技术的比较分析与应用探讨，超声波透射法是应用范围较广、操作简便、检测准确性好的技术手段。因此，需要推广使用该检测技术，进一步缩减该技术的经济成本。超声波透射法对基桩质量的检测结果一般分为四类，这四类也是对桩身完整性检测结果的归纳[4]。

（1）I类桩，通过超声波透射全桩长范围内各个检测剖面及各个测点的声学参数都没有超过临界值，超声波反馈的波形规则、声速较高，这类检测结果为I类桩，也是质量完整的桩。

（2）II类桩，检测结果显示某一检测剖面的个别检测点的声学参数稍微超越临界值出现异常，个别点的波形有轻微的波动现象，且声速存在明显的降低，所检测获取的缺陷截面不超过桩身所有检测截面的30%，则该检测结果为基本完整桩。

（3）III类桩，某一检测剖面连续多个检测点或2个以上检测剖面的个别检测点显示的声学参数都严重超过临界值出现异常，个别点的波形有明显波动且声速降低，但所检测的缺陷截面不超过桩检测总横截面的50%，这类桩身检测结果为局部不完整桩。

（4）IV类桩，检测获得的超声波波形不规则，出现2个以上检测剖面连续多个测点的声学参数严重超过临界值出现异常，所检测的缺陷截面超过桩检测总横截面的50%，这类桩身检测结果为严重不完整桩。

某大型桥梁结构采用钻孔灌注桩施工，对其中的1#～30#墩基桩进行施工质量检测，以评价其建成质量，为后续的管理养护提供基本参考。试验检测采用超声波透射法进行检测，选取其中的12#桩进行分析。12#桩的设计桩长为54 m，直径1.5 m，采用C40混凝土。通过超声波透射法检测发现桩顶2 m范围内混凝土存在明显的缺陷，见图3。实际调查发现确实存在这样的问题，主要是混凝土在灌注时存在超灌不够的现象，造成桩顶夹杂浮渣，使得桩顶混凝土施工质量不佳。

图3 桥梁桩身超声波透射波形图

4 结论

桩基础是桥梁工程广泛采用的基础结构型式，桩基础作为承载桥梁上下部结构的载体，确保其施工质量对于桥梁的运营安全和长期性能具有重要意义，因此在桥梁桩基础施工完成后需要进行检测，评估其施工质量并为后续施工与运维提供参考。

论文探讨了桥梁基桩施工质量的几种主要检测技术，包括超声波透射法、低应变反射波法、钻芯取样法和静载试验法，对这些方法的工作原理和特点进行了分析。对比分析了几种方法的优缺点和应用特点，进一步明确不同检测手段的应用条件和发展前景。最后，针对综合性能好的超声波透射法，在明确了该检测结果的对比上，结合工程实例分析了该技术的应用效果。

[1]朱春凤,崔岩.钻孔灌注桩基桩质量检测技术分析[J].公路交通科技 (应用技术版),2016(11):73.

[2]卓维松.灌注桩桩基质量检测技术综述 [J].西部探礦工程, 2010,22(8):16-20.

[3]谷牧,熊昌盛,董承全.桥梁基桩桩身完整性质量评价中几种检测方法的综合应用及评价[J].铁道建筑,2011(7):109-111.

[4]高玉英,乔华.超声波透射法检测钻孔灌注桩技术[J].沈阳师范大学学报:自然科学版,2010(2):193-197.

U443.16

B

1009-7716（2017）08-0184-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.056

2017-04-12

黄添华（1983-），男，广东河源人，工程师，从事路桥检测工作。