低应变法和声波透射法在软土地区内支撑结构下灌注桩桩身完整性检测中的综合应用研究

张颖博

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

0 引言

软土地区地基土多含淤泥、淤泥质土层，含水量较高，多呈软塑、流塑状态，强度低、压缩性高，具触变性、流变性等特征。在软土地区垂直开挖的深基坑中，土体的侧向变形较大，基坑施工时多采用内支撑结构，以确保基础以及周边邻近构筑物安全。

灌注桩桩身完整性检测常用的方法有低应变法、声波透射法、高应变法和钻芯法。支撑梁下的灌注桩常因场地限制，在进行桩身完整性检测时，只能选择低应变法和声波透射法。声波透射法比低应变法受桩长、桩径、地质情况影响更小，更为准确，因此，灌注桩多优先要求进行声波透射法检测，如声测管堵塞等原因无法进行声波透射法检测时才进行低应变法检测。但软土地基含水量大,淤泥土和砂性土在施工时受到强烈扰动和挤压，灌注桩成桩易出现缩颈现象，声波透射法较难对此类缺陷进行检测。低应变法对浅部断桩、缩径等桩身阻抗变化引起的缺陷比较敏感，具有测试技术优势。可见，低应变法和声波透射法均存在一定的技术局限性和优点，对于软土地区内支撑下的灌注桩，结构承载力重要的桩在无法进行桩身承载力检测时，应同时进行低应变法和声波透射法检测，结合两种检测方案的优点，给出更准确的综合评判结果。

图1 支撑梁

图2 支撑梁下的桩

1 低应变法与声波透射法检测分析

1.1 声波透射法

声波透射法基本原理是以预埋声测管作为声波发射和接收换能器的通道，通过分析声波在桩身各横截面传播时的声学参数，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围及程度，综合评定桩身完整性类别。对比其他检测方法，其检测范围可覆盖全桩长的各个横截面，信息量丰富，灵敏性高，可判断出缺陷的分布范围，结果准确可靠，一般不受场地限制，不受桩长、长径比的限制。

1.2 低应变法

低应变法通过小锤敲击在桩顶激发应力波，应力波沿桩身向下传递，传递到缺陷界面、桩底或桩身截面变化界面时，波阻抗产生变化，应力波发生透射和反射，反射波经桩身传递到安装在桩顶的传感器。通过采集到的反射波形，分析桩身缺陷的程度及位置，评定桩身完整性类别。低应变法具备设备简便、方法快速、费用低等优点。

1.3 低应变法与声波透射法综合应用理论基础

声波透射法声测管布置在钢筋笼内侧，实际有效检测范围为声波脉冲从发射换能器传递到接收换能器过程中所扫过的面积，对钢筋笼内的桩身缺陷有较为清晰的反映，无法对钢筋笼外侧的桩身混凝土进行检测；且声测剖面越少，检测结果越片面。低应变法对桩身浅部水平裂缝、桩身截面积变化(如缩径或扩径)等缺陷较为敏感，可弥补声波透射法不能对桩的全截面进行检测的不足。

低应变法易受桩的长径比、及桩与桩周土阻抗差异的影响，桩长特别长或桩与桩周土的耦合很好时难以采集到桩底反射信号。声波透射法不受桩长及长径比的限制，能够对桩身全长范围进行检测，可弥补低应变发对深部缺陷及桩底反射不灵敏的不足。

受场地限制，为更准确地评判软土地区内支撑结构下的灌注桩桩身质量，可结合低应变法与声波透射法进行检测，两种检测方法优点互补，综合评定桩身完整性。

2 工程案例

2.1 案例1

某项目5层地下室，基坑深度18m，工程桩采用钻孔灌注桩，设计桩长40m，桩径1200mm，混凝土强度等级C40。基坑开挖至桩底设计标高后，经测量发现靠近坑中坑的G-31#桩向坑中坑方向发生了460mm位移，且均在内撑梁底下。分别采用低应变法和声波透射法进行桩身完整性检测。

低应变法检测的信号曲线如图3所示。

图3 G-31#桩低应变法信号曲线

根据低应变信号，可知G-31#桩桩均在桩顶下4.7m附近出现明显的同向反射波，并出现了二次反射波，由此可推定在4.7m附近存在明显缺陷，初步判定为Ⅲ类。

G-31#桩声波透射法检测信号波列图、声时和声幅参数在检测深度范围内均无异常，截取上部的波列图如图4所示，通过声波信号该桩判定为Ⅰ类。

图4 G-31#桩声波透射法检测信号波列图

考虑到该桩桩顶因开挖产生460mm位移，超过规范允许的范围，桩身很可能已产生水平裂缝，因声波透射法对地下水位以下细窄水平裂缝能量衰减很小，对缺陷不敏感，存在测试“盲区”，此类型缺陷声波透射法并不能识别。综合判定该桩的完整性类别为Ⅲ类。

2.2 案例2

某工程桩1#桩为嵌岩钻孔灌注桩，设计桩长25m，桩径1200mm，混凝土强度等级C40，混凝土龄期已满足检测要求。对该桩采用声波透射法检测，缺陷位置的波列图如图5所示。

图5 1#桩低应变法信号曲线

由图6可见，该桩受检的3个剖面中，2个剖面在22.3m深度处声速存在明显异常，波形畸变明显。可推知该深度处混凝土整体质量差，存在明显缺陷，判为Ⅲ类。

图6 1#桩声波透射法检测信号波列图

根据低应变信号分析，可知在桩顶下22.0m处接近桩底部位出现清晰的同向反射波，由此可推定在22.0m附近存在明显缺陷，判定为Ⅲ类桩。

综合声波透射法与低应变法结果，此桩在22.3m处存在明显缺陷，综合评定为Ⅲ类。

通过两种检测方法，可以更准确地发现桩身不同位置不同程度的缺陷，有效地弥补了单一检测方法的局限性，尽可能减少误判，为后期承载力复核提供更多参考依据。

3 结论

⑴在桩身完整性检测时，低应变法和声波透射法各有其技术优势和局限性，结合两种检测方法的优点，有效地弥补了单一检测方法的局限性，可以更准确地发现桩身不同位置不同程度的缺陷，尽可能减少误判。

⑵对于软土地区内支撑下的灌注桩，结构承载力重要的桩因空间限制无法进行桩身承载力检测且无法采用钻芯法、高应变法等对其进行桩身完整性检测时，应同时进行低应变法和声波透射法检测，给出更准确的综合评判结果。