基于基桩完整性的多种检测方法效果对比分析

钱芬芳

(1.福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建福州 350108； 2.福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350108)

0 引言

基桩是隐蔽性的地下基础工程，能够很好地把上部结构的荷载传递到地下土层，在整个构筑物受力中起到至关重要的作用。基此，基桩工程施工检测十分重要。但在工程实践中，往往某种独立的检测方法已经无法满足基桩检测需求，甚至出现漏判、误判等情况，以致影响整个工程质量[1]。

具体工程中的实际检测，应用超声波透射法、低应变检测法、配合钻芯法，充分利用实测数据对比分析，可以对基桩存在的缺陷大小、缺陷位置作出更科学、合理、精确的判断，提高检测结果精确度。文章通过对比分析，阐述说明各项检测方法的局限性，论证基桩检测应采取多种手段综合判断、全方位分析观点。

1 基桩检测技术简介

1.1 超声波透射法

当超声波通过桩身混凝土时，遇到密实度不同甚至是较差的情况，例如断桩、扩径、离析、缩颈、空洞等缺陷，根据波的传播理论，这些缺陷可视为声波的参数(波幅、声速、频率)发生变化，声波的传播会产生反射、折射、透射、绕射现象。波的能量改变，声波将携带缺陷信号接收回仪器中，并根据声学参数的变化，如振幅减少、声时增大、声波脉冲畸变等物理信息，间接反映灌注桩的混凝土质量情况。

1.2 低应变反射波法

低应变反射波法的使用，是当前基桩检测中应用最广泛、效率最高、最为经济的技术。此种检测技术应用中，检测人员需要向桩顶施加瞬态击振力，由此产生应力波，并沿桩身以波速纵向传播，满足一维波动理论，应力波遇到弹性介质变化的界面即波阻抗(如混凝土密度、 桩身截面面积、 应力波波速)，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。最后，通过桩顶安装的传感器对反射波信号进行收集分析，显示出速度时程曲线，工作人员通过这曲线状态的变化、计算桩身波速以有效判断出桩身的完整性或缺陷位置[2]。

1.3 钻孔取芯法

钻孔取芯检测技术是一种有损检测方法，特点是直接采用岩芯钻探技术抽取桩身芯样，检测效率高、精确度高。此种方法一般适用于检测桩径≥800mm的混凝土灌注桩桩身强度、桩身长度和桩身完整性、桩端持力层性状等方面的检测。工作人员通过钻取的砼芯样胶结性状、骨料的种类及均匀性和桩身底部土层的性状的分析，通过芯样切取试件在抗压强度试验基础上，结合记录和试验结果能够有效判断桩身是否完整。钻芯法对大面积缺陷，例如空洞、夹泥、离析等研判效果显著，而对横向裂缝等小范围缺陷有较大局限性。因此，钻芯法一般只作为常规检测的补充验证方法。

1.4 三种检测方法的比较

声波透射法、低应变反射波法、钻孔取芯法优缺点如表1所示。

表1 三种检测方法优缺点

2 三种检测方法的工程应用

2.1 实例1

该工程位于福建省某地，1#冲孔灌注桩桩长30.63m，桩径1000mm，桩身混凝土强度为C30。 根据钻孔揭露，桩周各岩土层自上而下分布有：①素填土、②粉质粘土、③中砂、④卵石、⑤强风化花岗岩、⑥中风化花岗岩。

根据桩径预埋3根声测管[3]。1-2、1-3、2-3管间距分别为500mm、600mm、550mm。用声波透射法检测发现桩顶下3个剖面均在29.7m～30.10m处有明显砼缺陷，如图1～图2所示。分析得出，每一个检测剖面上，连续的多个声测点PSD畸变严重。据实际的操作经验，若PSD超过临界值6，且声速、波幅明显小于临界值，可认为此区域为异常区域。靠近桩底位置的声学参数有突变，初步判断桩底存在离析情况。

图1 1#桩声波透射法左为1-2右为1-3剖面

图2 1#桩声波透射法2-3剖面

图3 1#桩低应变反射波法

利用低应变反射波法对1#桩补测，图3为低应变时域曲线，波速取3900m/s，可以分析出激振后在2L/c之前没有缺陷反射信号，波形较完整平滑，波形光滑、规律，无桩底子波反射，整体波形有“往下走”的趋势，可初判该桩受桩身土阻力影响较大。

两种检测方法结果的不一致，让工作人员心生疑虑，考虑到该桩的重要性，进一步分析两种检测手段的差异，钻芯法具有直观性，对1#桩作钻芯取样观察。图4为1#桩芯样图示，29.7m～30.1m附近芯样上看很直观，胶结物质较少，但大部分呈碎块状，局部混凝土芯样骨料分布不够均匀，可确定该部位离析。

图4 1#桩钻芯法样本

经过询问现场施工人员，发现该灌注桩在施工过程中，为赶工期进度，拔管过快，导致混凝土骨料不均，密实度不足。在桩基较长的情况，声波透射法容易发现桩底缺陷，应用低应变反射波法检测，由于应力波能量的衰减，且此桩由于土阻力的发挥，使得应力波消减更为迅速，很难发现深部缺陷。此时，就需要结合多种方法进行确定和验证。钻芯法的直接性可以弥补这一短处。

2.2 实例2

同一项目43#桩，桩长30.80m，桩径1000mm，低应变反射波法波形如图5所示，9.0m处有与入射波同向的反射信号，并伴有多次反射，第二峰甚至高过第一峰，而且反射周而复始，初步判定该桩有明显缺陷，43#桩在9.0m附近有严重离析或者断裂现象。

图5 43#桩低应变结果

但对该桩进行声波透射法复测，不论从曲线(图6)1-2剖面所示，还是从所计算的数值，均在正常范围内，可认为声波透射法检测结果较为良好。到底是什么原因造成两种检测结果截然不同？

图6 43#桩声波透射法1-2剖面

分析后得出，检测人员在试验时未按规范[3]要求，每20cm设置一个测点，由于裂缝为横向，范围较小，声波透射法对不敏感的横向缺陷出现了漏检现象。针对这一情况，检测人员对该桩做钻芯法查验。根据图7钻芯法检测结果表明，芯样9m处出现断裂，断口不吻合，断裂处砼胶结较差。后声波透射法加密检测，5cm一个测点，确实出现异常信息，证实了钻芯法的可靠性。

综上可见，检测人员如果简单地认为一种检测方法比另一种更为可靠，这是不合理也是不科学的。当某种方法甚至两种方法存有疑虑时，采取多种手段进行验证，更客观、公正地得到准确的结果。

图7 43#桩钻芯法样本

3 结语

由以上两个实例可看出，超过有效检测长度范围的长桩，尤其在桩身周围土阻力的影响下，其测试信号不能明确反映桩身下部和桩端情况。声波透射法能够很好地发现桩身检测范围内的各个缺陷，尤其是对纵向缺陷比较敏感，并且能够和取芯结果很好地对应起来，一般情形下不会产生误判、漏判情况。但是，对于桩身横向缺陷，声波透射法容易忽略，也是此项检测方法的弊端。低应变法却是截然相反，对横向缺陷反应敏锐，纵向缺陷反应迟钝，两者相互取长补短。一般情形下，可采取低应变法进行普测，并根据检测结果适当配合以声波透射法、钻芯法佐以辅助验证，综合检测效果，定性缺陷类型，定量缺陷大小。

综之，基桩工程综合检测技术具有非常必要的现实意义，声波透射法、低应变检测方法以及钻孔取芯检测技术的配合应用有助于提高检测结果准确度。