公路桥墩桩基检测新技术探讨与应用

麦 珩

（上海永固检测技术有限公司， 上海 201799）

0 引言

桩基检测是一种古老而普通的基础形式，在工民建、铁路和公路桥梁、港口码头、电力等领域均有普遍使用。桩基工程属于隐蔽工程，质量直接决定主体结构的安全性和使用性，而且因为桩基质量问题而出现事故，将严重影响国家财产及人民生命安全。经历了几十年的发展，我国桩基检测的队伍在不断扩大，技术在不断成熟，业务量在逐年提高，但是检测方法、检测设备等没有明显的提高与进展，与发达国家相比还有一定的差距。而现实工作中碰到的问题越来越多，越来越复杂，要求也越来越高，现有的检测技术已经无法完全满足这些情况，因此需要结合工程特点开拓和发展新技术、新方法与新设备时检测行业的当务之急。

1 高速公路桥墩桩基检测方法

1.1 声波法（成孔质量检测）

灌注桩是常用的桩基形式。灌注桩成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，容易产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。而成孔检测为过程检测，对工程质量做到过程控制[1]。

声波法成孔质量检测是利用超声波反射技术，将超声波探头沿充满泥浆的，垂直于灌注桩孔的中心位置以匀速下放，在下放过程中，发射探头对于所在断面槽壁发射超声波，而接收探头将接收其反射波。孔壁出现缩径时，超声波传播将时间短、反射强度较大；当槽壁扩径时，相反超声波传播双程时间变长、反射强度较小甚至没有反射信号。通过从孔口至孔底得到的反射时间和强度，可分析出在不同深度处的孔径及孔壁的情况，进而还可计算出孔深深、垂直度、孔底沉渣厚度等检测参数。

1.2 基桩三维声波CT 反演成像（完整性检测）

基桩声波CT 一般是将声波探头放入基桩预制的声测管内，从下往上或者从上往下（一般操作方便是从下往上提）手拉电缆，基桩声波CT 仪自动根据测管内的声波探头进行声波透视CT。

为了对基桩内的缺陷位置进行准确定位，可以采用传统声波CT 探测方法。野外声波CT 采集数据的方式是，首先保持一个探头不动，例如保持发射探头不动，然后向上提拉接收探头的电缆。接着，将发射探头向上移动一个位置，又将接收电缆从基桩底部向上提拉直到基桩顶部，如此反复。发射探头从基桩底部一直提拉到基桩顶部为止，得到的完整射。将所有射线的时差进行反演成像（一般采用ART/SIRT 或其他方法），可以得到声波速度的分布图。从图可以直观地给出缺陷的深度分布和水平分布情况[2]。

声波CT 方法优点是测试数据多，成像精度高。

1.3 自平衡法

常规的桩基承载力荷载试验方法一般有两种：堆载法和锚桩法。这两种方法的主要缺点是：堆载法使用的堆载压块堆放及运输都耗费大量的场地及运输成本，锚桩法要准备多根锚桩和反力梁，不仅费时费力，而且所需场地要求也较高。

自平衡测桩法作为新的检测手段，选择使用荷载箱在桩身平衡点位置安放，通过荷载箱在垂直方向施加力，可测得并分析得到荷载箱上部及下部承载力。自平衡测桩法使用的荷载箱是由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。把荷载箱焊接至钢筋笼上共同放入灌注桩的孔底。试验过程中，通过地面上油泵加压，荷载箱将同时双向发生变位，使得桩侧阻力及桩端阻力同时发挥。因为装置简单，也使得具备多根桩同时试验[3]。

自平衡测桩法与传统测桩法相比具有三方面的优点：①工期短 ②材料省 ③场地小。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

平申线航道(上海段)整治工程(一期)(桥梁部分)，全长946m。基础采用直径2000mm 的钻孔灌注桩，每个主墩下共18 根桩。过墩为双柱式带半幅盖梁的混凝土结构，基础采用直径1.2m 的钻孔灌注桩，每个过渡墩下共6 根0.8m的钻孔灌注桩，砼设计标号为 C30。

2.2 超声波成孔质量检测

2.2.1 试验设备及装置：

ZBL-H9000 系列超声波成孔质量检测仪

2.3.2 成果分析

本工程主墩18-5 号桩设计孔径=2000mm，设计孔深=88.0m。超声波成孔检测实测曲线及计算过程如下：

图1 灌注桩成孔检测实测曲线图

（1）实测孔深及沉渣厚度判断

如上图1，根据实测曲线图，实测孔深为88.450m＞88.000mm，沉渣厚度=100mm＜300mm；孔深及沉渣厚度满足设计及规范要求.

（2）孔径

孔口孔径=2202mm＞2000mm；孔底孔径=2016mm＞2000mm；经计算，孔身各截面孔径均大于设计值，无缩径，满足设计及规范要求。

（3）倾斜度

根据孔口和孔底截面分析，孔位偏差=142mm ＜500mm，倾斜度=142/88450×100%=0.16%,满足设计及规范要求。

（4）结果判定

根据上述结果，该孔各项指标均满足设计及规范要求。

应用超声波反射法进行成孔质量检测对孔壁无伤害，是科学的、先进的钻孔灌注桩无损检测技术，可进行常规检测应用。但在实际检测过程中，应根据具体桩基及地质条件，综合分析，并将干扰因素给予排除，才能获得真实的数据。

2.3 基桩三维声波CT 反演成像

2.3.1 试验设备及装置：RSM-SY8 基桩超声波CT 成像测试仪。

2.3.2 测试过程及成果分析

在边墩 16-2 号基桩进行常规超声波对测法检测过程中,发现在深度12.8～13.4m 处超声波声速较低,最低声速为3705 m/ ms, 怀疑在12.8～13.4m 段混凝土存在松散；但常规方法对于该位置的缺陷无法准确定量,并且可能局部混凝土的密实度测得的情况更差。为了查明原因,且希望能准确判断该缺陷的大小、范围和性质。在疑似缺陷深度12.8～13.4m 范围内实施CT 成像技术, 并以10cm 的测点间距加密进行交叉斜测,密集的超声波射线也基本覆盖了疑似缺陷位置,CT 成像以离散的密集网格呈现。

通过对实测数据进行CT 成像处理,疑似缺陷桩在12.8～13.4m 段波速值明显偏低。在CT 成像图上也能看出疑似段色谱异常。因此得出结论：该段混凝土强度明显低于设计值。后经开挖验证,该段内有轻度夹泥,厚度为16cm,由此情况判断缺陷是由于混凝土浇注过程周末每个孔壁淤泥局部坍塌而造成。

图2 桩基CT 成像图

本项目将基桩三维声波CT 反演成像应用于桥梁主墩桩身完整性检测，经过实际使用表明，该方法的优点是：CT 成像法精度高，反应混凝土密度及缺陷定位上具有比常规超声波法更高准确性。缺点是：采集的数据量较多，工作量较大，成本较高，目前难以广泛应用普工程桩基的全面检测。

2.4 自平衡法

2.4.1 试验设备及装置：荷载箱、位移传感器、自动采集系统。

2.4.2 测试过程

本场地的1 根试桩现场测试工作于2016年10月20日全部完成，测试过程中：过渡墩8-4 号试桩：荷载箱分级荷载按额定荷载4550kN 分成10 级加载，每级加载值455kN，首级为910kN,荷载箱加载至最大加载量4550kN，实测上段桩往上位移Q～S 曲线呈缓变型、δ～lgt 曲线平直，且位移量很小，说明上段桩侧阻力良好且存在较大余量；下段桩往下位移Q～S 曲线呈缓变型、S～lgt 曲线平直。如下图3 所示。

图3 实测曲线图

2.4.2 成果分析

试桩成果如下： 加载至最大试验荷载时，下段桩荷载箱往下位移总量7.12mm，卸载后残余位移量为5.85mm，回弹率为17.84%，而对应的荷载箱往上总位移量为8.62mm，残余位移量为6.60mm，回弹率为23.43%。根据计算，该试桩单桩竖向抗压极限承载力不小于4550kN，满足设计及规范要求。

本项目对主墩进行了一根试装，最大加载量为4550kN，与其余3 根试桩（锚桩法）比对，其结果基本一致。且工期控制较短，其占用场地也较小，但成本相对于锚桩法也较高。本方法可应用于大吨位或场地受限的灌注桩承载能力检测。

3 结论

对于公路桥墩桩基检测新技术、新方法的应用应该在不断探索中前行，结合工程实际特点，不断试验、探索新技术的优、缺点，并不断改进。基桩检测在于保证基桩工程质量，从而保证人民生命及国家财产的安全，新技术、新方法使得基桩检测多一些保障，同时也能通过新技术、新方法的学习，提高检测队伍的实际问题的解决能力，更好的为生产实践服务。