低应变法检测冲孔灌注桩完整性的应用探讨

朱 华

(核工业二九0研究所，广东 韶关 512029)

低应变法检测桩身完整性是应用广泛经济有效的一种方法。桩基受岩土地质条件、桩型施工工艺、施工控制、专业技术水平等相关因素影响具有复杂性，桩基础属于地下隐蔽工程，还具有高度隐蔽性，易产生断桩、局部夹泥、沉渣等质量问题。

本文在大量工程实践的基础上，对检测过程中的影响因素进行总结和分析，提出一些技术建议。选取粤北岩溶地区应用广泛的冲孔桩为对象进行应用探讨。

1 方法原理

低应变法是在桩顶部施加竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身纵向传播，当桩身存在波阻抗差异界面(如断桩和离析等)或桩身截面积变化部位，将产生反射波，经接收放大，通过实测曲线的幅值、相位、到达时间等分析计算，判定桩身缺陷程度及其位置，对基桩的完整性给予评价。

2 常见质量缺陷

冲孔桩，以其独有的优势在大型建筑物、桥梁等被广泛采用。常见质量缺陷如下：1)水下浇筑时，施工不当如导管下口离开混凝土面或浇筑不连续时，桩身会出现断桩；搅拌不均、水灰比过大或导管漏水均会产生离析。2)当泥浆相对密度配置不当，地层松散或呈流塑状，或遇承压水层时，导致孔壁不能直立而出现塌孔时，则会不同程度的出现扩径、缩径或断桩。3)桩底虚土过多，易产生沉渣过厚，会导致基桩承载力下降，当地层稳定性差出现塌孔，桩身也会出现夹泥或断桩。

3 影响检测因素和解决办法

3.1 桩头质量

桩头质量直接影响到采集信号的质量，桩头松散软弱，弹性波能量衰减，削弱桩身及桩底反射信号，不能有效识别波形。应凿去桩顶浮浆、破损、裂纹等软弱部分，露出坚硬平整干净的混凝土，且不能含水及有杂物。

3.2 传感器安装

传感器安装与桩的耦合质量至关重要，应力避弱弹性介质或桩表松软层，安装在距离桩中心约2/3R处，且应远离钢筋。为避免可能出现与桩的横向振动相应的高频干扰，应多设敲击点，敲击点与传感器距离不宜小于桩径的1/4。

3.3 桩顶激振

激振脉冲应根据桩长、缺陷所在位置深浅进行调整；宜采用宽脉冲获取长桩的桩底或深部缺陷反射信息，采用窄脉冲获取短桩或桩浅部缺陷的反射信息。选取力棒激振，激振点选择应力避弱弹性介质或桩表松软层，切忌敲凹凸位置。

3.4 信号采集

现场信号采集应根据基桩工程情况设置参数，根据桩径大小，收集2个～3个有效信号，以便通过叠加提高信噪比。如发现波形出现异常或不能反映桩身完整性，应变换传感器位置进行测试，多次实测信号一致性较差时，应及时分析是人为因素或设备等原因，增加检测点数量。

4 工程实例

4.1 低应变和钻芯法检测

本次以87号桩对象，先低应变法检测，后钻芯法验证。该桩长为32.8 m，桩径2 000 mm，17.0 m左右有明显同向反射，出现二次反射；桩端有同向反射，波幅较宽、幅值较小、较缓；波形异常。结合钻芯检测，取芯表明16.08 m～18.2 m连续沟槽、蜂窝，桩底8 cm沉渣；抗压强度满足设计要求。根据低应变法及钻芯法完整性判定标准，该桩为Ⅲ类桩。

低应变法结果及芯样见图1，图2。

对比两种方法检测结果，以高一级的方法钻芯法为准。桩身夹泥、蜂窝和桩底沉渣，相当于材质ρ变小，波速c变小，则波阻抗Z变小，产生同相反射；缺陷程度越严重，同向反射相对越明显，幅值相对更清晰，波幅宽窄及幅值大小，则在很大程度上反映缺陷的相应范围及缺陷程度。通过钻芯法验证检测，能有效对冲孔桩的完整性进行评定，对于岩溶特别发育、岩性多样的粤北地区，条件许可还应适当扩大抽检比例。

4.2 典型波形特征

大量的工程实践表明，界面性状或缺陷状态与波形态关系存在一定相关性，探讨这种关系能指导波形分析，较好判定桩身完整性。

1)沉渣：桩底反射与入射波同相位，幅值大小与沉渣厚度和物理力学性质呈正相关。

2)缩径：波形较规则，第一反射波与入射波同相位。反射子波振幅大小与缩径尺寸正相关。缩径不严重时，一般可见桩底反射。

3)离析：波形较规则，缺陷严重时，一般见不到桩底反射。第一反射波与入射波同相位，幅值视离析程度呈正相关，频率明显降低中浅部严重离析，可见多次反射。

4)断桩：浅部断裂周期性锯齿状子波叠加或大低频大振幅衰减振荡，无桩底反射；中部断裂为多次等距反射，振幅逐次下降。深部断裂似桩底反射曲线，但所计算波速远大于正常波速。

5)扩径：第一反射波与入射波反相位，反射波与入射波反向，反射波振幅与扩径尺寸正相关。一般而言，扩径能增强基桩承载力，对上部结构具有促进作用。

6)完整桩：摩擦桩，桩底反射与入射波同相位；端承桩，桩底反射与入射波反相位。

桩身完整性的影响因素众多，缺陷形成和形式也有多种多样，甚至同一种缺陷类型因程度不同使得实测波形反映也有差异，所以不能单纯依靠波形，应结合其他方法综合判定。

5 结语

1)现场检测应力避桩头软弱介质，根据基桩情况选取合适锤型，采集有效的高质量的波形信号。

2)桩身完整性类别除应结合缺陷出现的深度、测试信号的衰减特性及桩型、成桩工艺、地质条件等情况，还应结合上部建(构)筑物的重要性等因素进行综合判定。

3)低应变法的优势和局限性，更大意义在于普查作用，为其他方法确定桩位提供依据，从而既节约检测成本，又可靠的反映桩身质量。