跨水域大桥桩基础施工质量评价-案例分析

邸云菲，袁枫斌，陈佳伟，陈俊雯，杜乃德



跨水域大桥桩基础施工质量评价-案例分析

*邸云菲1，袁枫斌2，陈佳伟3，陈俊雯1，杜乃德4

（1. 滁州学院地理信息与旅游学院，安徽，滁州 239000；2. 中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195； 3. 安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽，合肥 230088；4. 滁州四维测绘有限公司，安徽，滁州 239000）

采用超声波法及取芯法对国内某跨海大桥桩基础施工质量进行评价。超声波法检测时发现波幅及波速存在异常点，进而利用取芯法对取出的芯样进行外观描述及抗压试验，试验结果表明：波幅及波速异常点处的芯样侧面存在微麻面，且抗压强度较低，并判定桩身局部存在离析现象，桩身结构完整性为Ⅱ类。超声波法为实体工程中桩身质量的检测提供了便捷，但其精准性不足，需借助取芯法进行验证。

桩基础质量检测；桩身缺陷；取芯法；超声波法

0 引言

桥梁桩基础施工质量直接决定桥梁运营安全，因此，桩身施工质量在工程质量检测中占据重要地位[1]。桩基础施工过程中的桩身缺陷主要有离析、缩颈、桩身空洞及夹泥等[2]，缺陷的存在直接影响桩基础的承载力，从而影响上部结构的安全。桩基础属于地下隐蔽工程，已建成的桩基础无法通过表观现象判断其施工质量。在国内外的质量评价的发展中，人们一直不断探索。20世纪30年代打桩分析中加入了应力波理论；60年代波动方程的差分数值解法也被应用到桩基中[3]；70年代中后期，美国采取了一种新的桩身质量分析方法，即记录桩顶应变与加速度所得的时域波形对桩身进行实时分析[4]，我国在20世纪70年代也开始了桩动力检测理论的研究，而后又产生了动力参数测桩法、锤击贯入高应变法、波形拟合法。时至今日，建筑行业常采用的几种检测方法都有了较高的可靠度，主要有静载荷试验法、振动检测法、射线法、超声波检测法、取芯法等。

在实体工程中，桩基础检测一般先运用无损检测（超声波法、低应变法、高应变法），初步判定桩身完整性，当发现信号引号时，需借助取芯法进一步验证[5]。

本研究以国内某跨海大桥实体工程为案例。跨海大桥深水区全部采用钢管桩作为桩基础，采用打入钢管桩方案，浅水区采用钻孔灌注桩基础，利用栈桥进行施工，其中引桥基础中有1.5 m桩径10根。运用超声波法及取芯法评价桥梁桩身的完整性。

1 超声波法

超声波法检测步骤如图1所示。

图1 声波法步骤

选取跨海大桥10钻孔灌注桩开展超声波检测，检测结果为：9根为Ⅰ类桩，1根为Ⅱ类桩，本次检测未发现Ⅲ、Ⅳ类桩，测得结果见表1。

表1 基桩完整性检测现场临时结果

由表1所示，32-2号桩在距桩顶43 m处出现了信号异常，现选取32-2号桩为例进行分析，该桩桩长48 m，桩径1.5 m。依据规定，当桩径不超过1000 mm时，安装声测管不得少于两根，一条测线；当桩径介于1000 mm至1500 mm时，布置声测管不得少于3根，三条测线；当桩径超过1500 mm时，布置声测管不得少于4根，六条测线；当桩径超过2500 mm时应当增加声测管[6]。本工程测量布置四根声测管，其声测管平面布置图如图2所示。

图2 声测管平面布置图

声测管布置编号为：A、B、C、D，检测剖面共6个剖面，分别为A-B、B-C、C-D、A-D、A-C、B-D。

检测到的声学数据首先要计算声时值、声速值，再进行分析与判定，判据分为声速判据、波幅判据和PSD判据[7]。声时值、声速值计算方法如下：

式中t——声时值（μs）；

'声时的修正值（μs）；

该桩典型断面的声学参数测试结果见表2—表4。

表2 AB剖面、BC剖面超声波透射法检测结果

表3 CD剖面、AD剖面超声波透射法检测结果

表4 AC剖面、BD剖面超声波透射法检测结果

由表2-表4可见，不同剖面中的声速、波幅及声时变化较大，其中CD剖面的声速较小，波幅较大且声时较大。因此，CD剖面混凝土疑似有质量缺陷。

关于声时判据，若临界值的声速值比实测混凝土高，则相应区域判为缺陷可疑区域；关于波幅判据，若临界值的波幅比实测混凝土高，相应区域判为缺陷可疑区域；对于PSD判据，当测量的某区域PSD值变化显著，判断该区域为可疑区域。针对CD剖面分析，AC剖面的声速、波幅、PSD观测图像见图3-图5。

图3 声时、PSD-深度曲线

图4 声速、波幅-深度曲线

从图4中可以看出，声速深度曲线在深度为43 m左右位置处发生下降，这表明该桩在43 m左右位置处存在缺陷；观察图3，图4可知，波幅曲线在该处也低于其临界值，PSD曲线在该处存在突变现象。

通过观察该桩桩身波列图图5，依据图像显示可以观察到深度43 m左右波列图出现异常，故综合考虑可以判定，该桩在43 m位置处存在离析或夹泥现象，导致该位置的波速及波幅降低、PSD曲线突变。

图5 BD、AD、AC剖面波形图

通过超声波法发现32-2桩在距桩顶43 m处波速及波幅降低、PSD曲线突变，初步判定桩身存在离析或夹泥现象，但不排除声测管是否上锈等因素影响，因此，需借助取芯法开展桩身完整性判定。

2 取芯法

按照取芯法操作流程进行取芯法测量，需要进行以下步骤（见图6）：

图6 取芯法步骤

在桩基础取芯过程中，除了要注意仪器的操作规范之外，还需根据现场情况，在取芯之前充分地弄清桩基础中的钢筋位置，防止在取芯过程中钻到钢筋。

桩径不大于1.2 m时，要保持一定的连续性，避免过多的断开，且断开口处应能吻合，钻孔数为1，钻孔位置应布置在桩中心10~15 cm处；桩径介于1.2 m至1.6 m之间，钻孔数为2，钻孔位置应在距桩中心0.15~0.25 D（D为桩径）的范围内均匀对称布置；桩径不小于1.6 m，钻孔数应为3。该桩直径1500 mm，故本工程采用两孔抽芯。依据规范，应当选用直径为100 mm且不宜小于最大粒径3倍的抗压芯样试件；若采用小直径芯样试件，其最小直径应为70~75 mm，至少为骨料最大粒径的2倍[8]。

图7 芯样

芯样试件混凝土强度的检测结果：

表5 芯样强度换算系数表（

测试结果需要根据规范要求判断是否需要进行修正，当选用对应测区修正系数时，标准芯样试件不得少于6个，小直径芯样的数量应适当增加。修正系数计算：

修正计算：

表6 芯样强度检测结果

表6所示，本工程检测中发现其中一孔检测出在桩身43.00 m处的混凝土颜色产生变化，其侧面检测出轻微麻面现象，测得抗压强度值为12.9 MPa，另一孔测得抽芯强度值为46.3 MPa，取平均值得强度为29.6 MPa，不符合强度设计要求。对此桩需要进行加孔检测，测得强度结果为51.2 MPa，平均计算出三孔深度芯样强度，桩强度满足要求。

由三孔所测出数据及现场图片发现， 混凝土芯样连续、完整、胶结较好，芯样侧表面较光滑、骨料分布基本均匀，芯样呈柱状、断口基本吻合，但发现在1-43处出现一定的麻面，但在2号钻孔和3号钻孔未发现该现象。3个钻孔中未在同一位置处出现缺陷，且该处长度小于10 cm。根据《建筑基桩检测技术规范》，判断该桩为Ⅱ类。最后分析得出：这是由于缺陷处水泥存在质量问题，使得胶结力弱，强度降低。

3 结论

本文以国内某跨海大桥为案例，利用超声波和取芯法开展桩身完整性检测，得出如下结论：

1）超声波检测中发现波速及波幅降低、PSD曲线突变，但变化幅度不大，主要是由于声波传播过程中出现了介质变化，初步判定为离析或夹泥现象。通过取芯法直接对芯样表观现象进行观察，并结合芯样抗压试验、外观现象及不同钻孔之间的对比，判定桩基础质量的类别。

2）超声波法在不破坏基础前提下快速、有效地判断出桩身结构是否完整，但不能精确分析出缺陷类型，需借助取芯法等破坏试验进一步地分析，需要一定的工期及费用，具有一定的局限性。因此，在实体工程中，先利用超声波检测桩身的完整性，若发现声速、波幅、声时及PSD出现异常时，可根据取芯法进行佐证。

[1] 孙国,顾元宪. 基于结构动力修改的桩基检测方法[J].计算力学报,2004,21(6):688-692.

[2] 张宏,鲍树峰,马晔. 大直径超长桩桩身缺陷的超声波透射法检测研究[J].公路,2007(3):69-72.

[3] Smith E A. Pile driving analysis by the wave equation[J]. Journal of the Soil Mechanics & Foundations Division, 1960(86):35-64.

[4] Edde R D. Case pile wave equation analysis : CAPWAPC, evaluation of driven piles[D].Ottawa:University of Ottawa, 1991:3-4.

[5] 董承全,张佰战,胡在良,等. 桩身完整性不同检测方法的对比试验[J].铁道建筑,2009(12):75-77.

[6] 黄克超,陶建伟. 用波形拟合方法检测桩基质量[J].地球物理学报,1996(S1):326-332.

[7] 广东省第1座跨海大桥——南澳大桥正式通车[J].施工技术,2015,44(2):122.

[8] 黄燕. 超声波法检测基桩完整性缺陷综合判断方法的细化[J].才智,2010(23):30-31.

[9] 李建华. 钻孔取芯法在桥梁桩基础质量检测中的应用[J].城市建筑,2017(3):261-262.

[10] 乔映旭. 砼标准试件强度与芯样强度关系对照分析[J].甘肃科技,2017(17):99-100.

Construction Quality Evaluation of the Pile Foundation for Across Water Bridge -CaseAnalysis

*DI Yun-fei1, YUAN Feng-bin2, CHEN Jia-wei3,CHEN Jun-wen1,DU Nai-de4

（1. School of Geographic Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou, Anhui 239000, China; 2. Zhong Zi Hua Ke Transportation Construction Technology Co. LTD, Beijing 100195, China；3. Anhui Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Station，Hefei, Anhui 230088, China; 4. Chuahou Siwei Surveying and Mapping Co. LTD, Chuzhou, Anhui 239000, China）

The ultrasonic wave method and coring method were used to evaluate the construction quality of pile foundation of a sea-crossing bridge. The ultrasonic wave method found abnormal points in the wave amplitude and wave velocity, and then used the coring method to carry out appearance description and compression test on the core sample taken out. The test results showed that there were micro pits on the side of the core sample at the abnormal points of wave amplitude and wave velocity, and the compression strength was low. It was also determined that there was segregation phenomenon in the local part of the pile body, and the structural integrity of the pile body was class Ⅱ. The ultrasonic wave method provides convenience for the quality inspection of pile body in solid engineering, but its accuracy is insufficient and needs to be verified by coring method.

pile foundation quality inspection; pile defects; coring method; ultrasonic wave method

1674-8085(2019)03-0076-06

U445

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2019.03.014

2018-12-26；

2019-01-10

安徽省高校自然科学研究一般项目（KJ2017B01）

*邸云菲(1991-)，女，安徽滁州人，助教，硕士，主要从事结构工程、基础工程研究(E-mail:1455674314@qq.com);

袁枫斌(1991-)，男，宁夏人，助理工程师，硕士，主要从事隧道设计、基础工程研究(E-mail:906704919@qq.com);

陈佳伟(1991-)，男，安徽合肥人，助教，主要从事桩基检测工作(E-mail:1509806075@qq.com);

陈俊雯(1991-)，女，安徽亳州人，滁州学院地理信息与旅游学院本科生(E-mail:793482300@qq.com);

杜乃德(1991-)，男，安徽滁州人，主要从事工程测绘工作(E-mail:1942028151@qq.com);