桩基检测工作中声波透射法及低应变法的应用

吴家彬

(健研检测集团有限公司，福建 厦门 361004)

0 前 言

桩基础施工环境复杂，如机械设备的运行性能、现场地质条件、施工技术等均会对其造成影响，而桩基质量又是上部结构稳定性的决定性因素之一。对此，以合理的方式做好桩基检测工作具有必要性。现阶段的桩基检测方法类型丰富，如声波透射法、低应变反射波发、钻芯法等，考虑到桩基检测结果精确性和结构安全性等多方面要求，工程中常结合多种检测方法，其优势在于各方法可相互验证，更为准确地发现桩基质量问题。

1 工程概况

某高速公路桥梁工程，下部结构使用到钻孔灌注桩，桩径1 000 mm，全桥桩基长度分为两类，即20、21 m，均使用C30混凝土浇筑而得。基于地勘资料得知，桩长范围内土层介质由上至下分别为粉土、粉质黏土、强风化片麻岩。经业主、施工、监理等多方商讨后，最终选择声波透射法与低应变法相结合的方式完成对本桥中各桩基的质量检验。

2 声波透射法及低应变法的检测原理

2.1 声波透射法的工作原理

基于声波透射法的应用，可较为准确地反映桩身结构完整程度，明确其中的缺陷类型以及分布情况。此方法的操作流程为：选择适量声测管并将其埋设至桩身中，从而构成声波发射和接收换能器两类检测装置间的上下通道，在声波检测仪的辅助下检测声波穿过桩身时所产生的各项声学参数；以所得的实测曲线为依据，在PSD判据法的支持下分析声学参数的实际表现，如波速、波幅、频率等，由此确定桩身缺陷的发生位置以及具体大小，评价桩身的完整程度。

低应变法的局限之处在于无法准确检测各类问题，实际使用中部分桩基缺陷无法被检出，主要表现为桩基外表质量检测精度偏低，例如：桩身存在过渡性变化时，该处并未产生明显的界面变异，在检测所得的曲线中并不能呈现此方面的信息。并且，在桩基周边土层阻力偏大的情况下，缺陷处产生的反射信号并不能完全到达接收装置，期间存在被削弱的情况，导致波形曲线不完整，不利于桩基质量判断。

2.2 声波透射法

通过向桩基发送并接收回波的方式检验桩基缺陷是声波透射法的主要工作思路。具体而言，若超声波传播过程中所遇到的桩基完整性较好时，生成的图形中波速正常，不存在异常波动现象且波形各处连续，未见残缺；若桩基内部存在离析、空洞等质量问题，此时超声波的传播路径受到影响，所得波形偏离正常情况，受缺陷的影响将导致超声波发生反射、散射等异常传播现象，波形在某段缺乏完整性，波速较正常状态也有所下降。根据超声波传播全程的波形图可以判断桩身是否存在缺陷，并明确发生缺陷的具体位置[1]。

2.3 低应变法、声波透射法的应用特点

基于低应变法的应用，可帮助工程技术人员明确桩身的完整程度，如图1所示。此法的操作流程为：确定桩中心的位置，于该处设置激振点，并选取距桩中心半径2/3处，于该处完成传感器的安装作业。根据桩身阻抗变化情况分析桩身的质量，如是否存在缺陷以及具体的发生区域。低应变法检测的优势在于操作便捷，检测所需成本较低，不足之处在于难以确定缺陷的类型和影响范围，因此，在桩基存在多处缺陷时，此方法的适用性明显欠佳。

图1 低应变法

声波检测法的优势在于精度较高，桩径、现场环境对其的影响均较为微弱，但不足之处在于此法只具备判断桩身是否存在缺陷及具体类型的能力，无法实现定量分析，且施工中应预埋声测管，工作量偏大，完成检测所投入的成本较高，若缺乏保护措施，将严重影响到声测管的稳定性，易发生倾斜或堵塞现象[2]。基于上述对两种方法的分析得知，各自的优劣势都较为明显，桩基检测中若选择单一的方法，难以准确反映桩基的实际情况。对此，可选择两种方法相结合的方式，彼此间优劣势互补。例如，在大规格桩基的检测工作中，选用声波透射法完成检测工作，100%预埋声测管，后续检测过程中做好对声测管的防护工作，以免出现堵塞或倾斜现象；若因某方面的因素导致声测管异常时，将难以准确判断桩基质量情况，此时可利用低应变法复测，弥补声波透射法的不足之处。而在小规格桩基的检测中，将低应变法作为检测工作的主要方法，并预埋适量的声测管，通过对两种检测方法所得结果的综合分析，准确判定桩基质量情况，如图2所示。

图2 声波透射法检测

3 检测结果与分析

以3#号桩基为例，选择声波透射法和低应变法相结合的方式完成检测，

3.1 声波透射法

被检测的各桩基剖面都出现了一定程度的缺陷，主要集中在6.5～8 m深度范围内，在声波波速<3 000 m/s，同时波幅等相关指标的实测值都在标准值以下时，表明桩身存在较大范围的缺陷。对此，选取具有代表性的桩基芯作针对性分析，得知全断面夹杂部分泥砂，由此引发断桩现象，通过与质量规范的对比分析，最终将其判定为Ⅳ类桩，为确保现场安全以及结构稳定性，需及时采取处理措施。

3.2 低应变法

3#桩基7.6 m处产生反射波，此结果说明该处存在缺陷，选取具有代表性的芯样作针对性分析，最终结果表明桩在7.5 m处存在40 cm的缩颈病害，施工人员富有针对性处理该问题。基于上述对声波透射法和低应变法的分析，作如下总结。

1)在外界因素作用下，易导致低应变法无法正常完成检测工作，若桩身周边分布大硬度岩石并且桩身长度偏短，将导致桩基的长径比偏低，无法与低应变法理论模型相匹配，完成检测后所得波形偏离实际情况，或是出现不完整等情况。可将声波透射法作为辅助手段，弥补低应变法的不足。

2)声波透射法可较好地完成桩基内部质量的检测工作，但难以准确检测桩基外围质量情况。

3)声波透射法在应用时，应综合考虑PSD、波幅等多方面的实际表现，结合多项指标给出准确的判断，若以单一指标为依据，检测结果易产生偏差。

4)低应变法得以应用的前提条件是做好桩顶清理工作，确保顶部不存在浮浆和积水；确定合适的传感器安装位置，该处要打磨光滑，以免外界因素对检测结果的精确性造成不良影响[3]；传感器可通过粘结剂安装，但要注重对粘结剂用量的控制，传感器不发生移动即可，无需涂抹超量的粘结剂，否则会对反射波信号的传递带来影响，最终所得结果的准确性难以得到保障。

5)避免测点数量过少的情况，并合理布设测点，有效波形>3个。

6)以桩基参数为参考，经分析后选择合适的手棒或手锤，尽可能减少外界因素对检测精度的不良影响。

4 结束语

声波透射法和低应变法均是现阶段桩基检测中较为典型的方法，各自的优劣势明显，单独选用某种方法通常难以满足高精度的检测要求，可通过两者相结合的方式，从宏观和微观的角度全面分析桩基质量情况，明确桩基内部及表面的缺陷类型、发生位置和大小，从而给桩基质量补救工作提供参考。此外，两种方法相结合的方式还可对各自的检测结果进行检验，更为准确地反映桩基实际质量情况。

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