灌注桩完整性检测不同方法不同判定的情况分析

陈 挺 ，陈 皋

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.温州市水利电力勘测设计院，浙江 温州 325009）

在当前工程建设中，随着灌注桩基础的广泛应用，灌注桩的完整性检测工作也随之展开。建设部颁发的JGJ 106 —2014《建筑基桩检测技术规范》中，灌注桩的完整性检测方法有低应变法、声波透射法、钻芯法和高应变法。在工作中，经常发生同一根基桩，不同检测方法出现不同完整性类别判定的情况，本文就这种情况进行讨论。

1 常见的基桩完整性检测方法

1.1 低应变法

低应变法是指在桩顶施加一个远小于桩的使用荷载的动态力（动荷载），动态力可以是瞬态冲击力或稳态激振力，桩 — 土系统在激励下产生弹性波，并沿桩身方向传导。传感器接收、测量一段时间内的动态信号（如速度、加速度信号）后，通过对信号的时域分析、频域分析或传递函数分析，判断桩身结构的完整性。

低应变法有反射波法、机械阻抗法、水电效应法、动力参数法、共振法等，本文仅采用常见的低应变反射波法进行讨论。

1.2 声波透射法

声波透射法是指在桩身中预埋声测管，检测时，在充水的2根声测管中分别放入超声发射和接收探头，两探头置于同一高程或保持同一高差，同步提升或下降，测读探头间的声时、波幅值及波形等声学参数。根据声学参数的变化了解桩的完整性、判定桩身缺陷的程度，确定其位置。

1.3 钻芯法

钻芯法是指采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过对芯样的观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法。

1.4 高应变法

高应变法与低应变法较为相似，两者的区别在于高应变法作用在桩顶的动荷载远大于桩的使用荷载，能量较大，以保证桩土间产生一定的瞬时相对位移。高应变法主要应用于检测基桩的竖向抗压承载力，分析桩身完整性与低应变法基本相同，且应用较少，本文将不作为主要的讨论方法进行论述。

2 常见的缺陷不同检测方法不同完整性类别的判断

常见的灌注桩缺陷有:夹层、缩颈、横截面裂缝、蜂窝、离析、桩端沉渣、孤石等，因为缺陷的程度及位置不同，各检测方法均有可能出现不同的完整性类别判断。

2.1 夹 层

形成夹层的主要原因是施工不当，如浇筑时将导管拔出，管底密封不好导致进水；可能2次灌注间隔时间过长形成断层。

夹层物质通常是泥、砂、碎石等，各种检测方法通常都能准确检测。在低应变检测法中，反射波时域曲线表现为同向反射，且多次出现，时间间隔相等（见图1）。在声波透射法中，表现为声速与波幅测值均明显下降。钻芯法则应用于出现钻进迅速，冷却水有明显颜色变化等现象。3种完整性检测方法结论的区别在于低应变检测法仅能反映夹层以上部位桩体情况，而声波透射法和钻芯法则能获得全桩的情况。

2.2 横截面贯穿裂缝

横截面贯穿裂缝对桩体结构来说和夹层一样属于断桩，造成桩体横截面贯穿裂缝的情况一般有2种:①土体滑动造成的剪力破坏，破坏深度通常由土体滑动面和桩体钢筋笼疏密变化决定；②施工中使用挖机扒桩头，破坏深度通常较浅，在基坑面以下2 m以内。

2.2.1 低应变检测法

低应变检测法对横截面贯穿裂缝的判定非常明确。对于第1种深度较深的贯穿裂缝，表现为反射波时域曲线多次等周期同向反射（见图1）；对于第2种浅部裂缝，表现为反射波时域曲线形式与桩深部贯穿裂缝相似，但峰峰很密，有时叠加在一个低频包络线上，称之为“大低频”波形（见图2）。2种情况均未出现桩底反射。

图1 低应变法深部夹层或开裂典型图

图 2 低应变法浅部开裂典型图

2.2.2 声波透射法

声波透射法检测横截面贯穿裂缝有不确定性。检测时，在充水的2根声测管中分别放入超声发射和接收探头，两探头置于同一高程或保持同一高差，同步提升或下降，因此当裂缝面与检测剖面平行时，裂缝无法被检测到；只有当裂缝面穿过检测剖面时，裂缝才能被检测到（见图3）。

图3 声波透射法检测与裂缝走向示意图

2.2.3 钻芯法

钻芯法分湿钻和干钻。通常采用的湿钻取芯时，裂缝面被误认为普通的芯样断裂缝而被错过，因此横截面贯穿裂缝无法被发现。采用干钻取芯时，横截面贯穿裂缝面通常带水，相较普通的芯样断裂缝差异明显。

2.3 缩 颈

灌注桩缩径是指灌注桩局部横截面面积小于设计横截面面积所形成的缺陷。

2.3.1 低应变检测法

缩颈处截面变小，波阻抗减小，反射波时域曲线表现为与入射波同相的反射，波形比较规则，波速正常。桩顶以下3.2 m处存在一个典型的缩颈缺陷（见图4）。

图 4 低应变法缩颈图

2.3.2 声波透射法

缩颈缺陷对声波透射法构成的结论较为复杂，由于声波检测只能是检测2个及以上声测孔所包括范围内的桩体质量，因此Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类桩的情况均有可能出现。

当缩颈范围仅位于桩体边缘（见图5），未进入测试孔测试范围，将不能发现该缩颈缺陷，桩基完整性类型被判定为Ⅰ类；当缩颈范围部分进入测试孔测试范围，影响且只影响1个检测剖面（见图6），则被判定为Ⅱ类；当缩颈范围部分进入测试孔测试范围并影响多个检测剖面，且连续数个测量深度时，则被判定为Ⅲ类（见图7）。

图5 缩颈声波透射法评定基桩完整性类型为Ⅰ类图

图6 缩颈声波透射法评定基桩完整性类型为Ⅱ类图

图7 缩颈声波透射法评定基桩完整性类型为Ⅲ类图

2.3.3 钻芯法

在钻芯法中分为单孔取芯、两孔取芯和三孔取芯。

单孔取芯在遇到缩颈缺陷时，一般会出现2种结论:①钻芯孔未穿过缩颈区域，桩基完整性类型被判定为Ⅰ类；②钻芯孔过缩颈区域，视芯样破碎情况，桩基完整性类型可能为Ⅱ类、Ⅲ类。两孔取芯在遇到缩颈缺陷时，根据JGJ 106 — 2014《建筑基桩检测技术规范》:任一孔局部混凝土芯样破碎段长度不大于10 cm，且在另一孔同一深度部位的局部混凝土芯样的外观判定完整性类别为Ⅰ类或Ⅱ类，否则应判为Ⅲ类或Ⅳ类。三孔取芯在遇到缩颈缺陷时，根据JGJ 106 — 2014《建筑基桩检测技术规范》:任一孔局部混凝土芯样破碎段长度不大于10 cm，且在另两孔同一深度部位的局部混凝土芯样的外观判定完整性类别为Ⅰ类或Ⅱ类，否则应判为Ⅲ类或Ⅳ类。

2.4 混凝土内蜂窝、沟槽

基桩混凝土内不同程度的存在气孔、蜂窝、沟槽等现象，产生这一现象的原因有:①基桩混凝土属于自沉式混凝土，在没有振捣，仅依靠自重压实的情况下，气孔、蜂窝难以避免；②在基桩施工过程中，混凝土浇筑导管在混凝土浇筑过程中缓缓上移，也会留下气孔、蜂窝，甚至沟槽的现象。

2.4.1 低应变检测法

低应变检测法对混凝土内气孔、蜂窝、沟槽的检测是不敏感的。混凝土内气孔、蜂窝、沟槽对所在面截面相对变化小，波阻抗变化也小，反射波时域曲线反映不明显。

2.4.2 声波透射法

声波透射法对混凝土内气孔、蜂窝、沟槽区域的检测主要表现在波幅的变化上。混凝土内的混凝土内气孔、蜂窝不会使声波波速明显降低，但却使声波能量明显衰减（散射），接收波振幅明显下降。当出现沟槽时，声波波速降低，但是不明显。

2.4.3 钻芯法

钻芯法是检测混凝土内气孔、蜂窝、沟槽的最直观、有效的手段，但钻芯位置对基桩桩体混凝土质量评价有直接影响，为避开混凝土浇筑导管附近的混凝土质量相对较差、不具有代表性的部位，JGJ 106 — 2014《建筑基桩检测技术规范》就有相关规定:“当钻芯孔为1个时，宜在距桩中心10 ～ 15 cm的位置开孔，当钻芯孔为2个或2个以上时，开孔位置宜在据桩中心0.15D ～ 0.25D范围内均匀对称布置。”

2.5 混凝土离析

混凝土离析是混凝土拌合物组成材料之间的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，混凝土拌合物成分相互分离，造成内部组成和结构不均匀的现象。造成离析的主要因素包括混凝土配合比不当、搅拌及振捣不匀、灌注时受地下水影响等。

2.5.1 低应变检测法

对于单桩或基桩数量较少、桩长数据准确性较差的情况，低应变法用于判断混凝土离析难度较高。对于群桩，低应变法通常有效。

桩体混凝土离析区段混凝土密度和应力波传播速度较正常混凝土小，导致波阻抗降低，出现同相反射，这与桩体缩颈类似，但离析区段反射波形一般有以下特征:波形不规则、后续信号杂乱、反射波形频率降低、计算得到的波速偏小；当离析区域较小时，一般能见到桩底信号；当离析较严重时，桩底信号就不明确了。

2.5.2 声波透射法

声波透射法也能检测混凝土离析现象。离析造成桩身某处粗骨料大量堆集，而邻近部位砂浆多骨料少的情况。粗骨料多的部位，由于粗骨料本身波速高，往往所测部位声速测值并不低，但由于粗骨料多，声学界面多，对声波的反射、散射加剧，波幅测值降低。粗骨料少砂浆较多的部位正好相反:声速测值下降（纯砂浆一般波速在3 700 ～ 3 900 m/s），波幅测值不会下降，有时高于附近测值，这是因为粗骨料少，声波被反射、散射较少。

2.5.3 钻芯法

钻芯法同样可以检测混凝土离析现象。对于离析造成桩身某处砂浆少骨料多的部位，离析不严重时能够把芯样取出并看到，离析较严重时，往往钻进过程中进尺极慢，且无法获得成型芯样，采样率低，这是因为钻进过程中粗骨料破碎跌落至孔底，粗骨料又极为坚硬的缘故。对于粗骨料少而砂浆较多的部位，钻进过程中进尺快，获得芯样可以被明确观察到。

2.6 桩端沉渣

当对嵌岩桩进行完整性检测时，因为桩端沉渣的多少对嵌岩桩竖向承载力的发挥有着决定性的影响，所以对桩端沉渣的判断是重要的检测内容。

2.6.1 低应变检测法

低应变检测中桩端反射是由桩底的岩石与桩体混凝土的波阻抗变化决定的。通常反射波时域曲线出现以下3种桩端反射情况表明嵌岩桩入岩情况较好或者桩端沉渣较少:①桩端反射不清晰；②反向反射；③先反相后同向反射。当桩端反射为明显的同向反射时，表明桩端存在明显沉渣，需引起重视。总的来说，低应变检测法对桩端沉渣能作出定性判断，是一种有效的检测手段。

2.6.2 声波透射法

对声波透射法来说，沉渣是一种松散的介质，其声速测值很低（2 000 m/s以下），对声波的衰减相当剧烈，所以在桩端部位出现声速和波幅剧烈下降的情况必然是沉渣的反应。

但是对嵌岩桩进行超声波检测没有发现沉渣反应，也不代表没有沉渣。当声测管人为或客观原因未被插至桩底时（见图8），桩端部位对声波透射法则是一片盲区，无法检测到。

图8 声波透射法无法检测桩端沉渣示意图

2.6.3 钻芯法

钻芯法是检测桩端沉渣的有效手段，通过钻芯，能确定桩底沉渣的厚度、种类以及桩端基岩的类型。

2.7 孤 石

孤石是影响嵌岩桩成桩质量的重要因素。①低应变检测法:低应变检测法检测孤石和对桩端沉渣的检测是一致的，区别在于孤石面的端反射较桩端位置深，在反射波时域曲线出现的是明显的同向反射。②声波透射法:孤石不在声测管的安装范围内，因此声波透射法无法检测孤石。③钻芯法:正常情况下，钻芯法也无法确定孤石的存在，只有在低应变检测法存疑时，通过钻芯获得确认。

孤石是检测工作中易被忽视的部分，但发现孤石并不难，通过研究工程地质报告，了解基岩走向，在基桩检测过程中发现1根或几根基桩较周边基桩明显偏短，就可以确定孤石的存在，并采取合适的检测手段予以确定。

3 结 语

（1）任何一种检测方法，都有其局限性，在实际工作中宜采用合适的方法对基桩进行检测。

（2）当出现疑问桩时，应采取2种及2种以上方法对缺陷类型进行判定。

（3）相关地质报告是基桩检测的重要资料，能够帮助确定基桩的缺陷类型。