基桩完整性类别判定方法探讨

邓小卫

(中铁五局测绘试验中心，贵阳 550008)

基桩完整性检测作为基桩施工质量验收中的关键环节，在各工程中均有相应检测规范。以《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218—2019)为例，规范中同时提供了2种判定规则，一方面根据缺陷对基桩承载力的影响程度判定；另一方面根据具体检测方法所获得的波形参数判定。

桩身完整性类别如表1所示；低应变反射波法桩身完整性判定标准如表2所示。

表1 桩身完整性类别

表2 低应变反射波法桩身完整性判定标准

在实际工作中，应将2种规定结合后综合判定，但大多数检测人员并未将两者结合，相关规范中也未进行明确说明，实际工作中会出现片面根据检测数据将桩基判定为Ⅲ类或Ⅳ类的情况，很多委托单位也简单地将Ⅲ类和Ⅳ类桩直接进行报废处理。从质量控制角度考虑应严把质量关，但从经济角度考虑该判定方式会造成较大资源浪费。结合工程案例，对如何依据规范要求准确判定基桩完整性提出思路并探讨，以达到既保证工程质量又不造成资源浪费的目的。

1 规范中基桩完整性判定要求及应用现状

相关判定规范有《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218—2019)、《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T 3512—2020)和《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2014)，这3个规范中关于基桩完整性分类的规定基本一致。以《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218—2019)为例，其在3.2.1条中规定桩身完整性分类应符合表1和该规程中具体章节的有关规定。不同检测方法对完整性的判定标准不同，但都是通过对仪器设备所采集的数据进行分析后判定。

根据规范条文中对基桩完整性检测结果的判定，原则上应先根据所采用的具体检测方法对应的判定标准进行初步判定，再由表1的分类原则进行最终判定[1]。但实际工作中大多数检测人员只片面根据所采用的具体检测方法对应的标准进行判定，并未针对检测所发现的缺陷进行桩身承载力分析。

2 对缺陷的综合判定

桩身存在缺陷对桩身承载力有无影响、有影响时影响程度有多大，这些均须有效识别缺陷所处位置、缺陷大小以及类型，并根据基桩的用途和地质情况等综合评判确定，这样才能准确判定桩身完整性类别。

2.1 缺陷位置和范围大小的确定

目前常用的基桩完整性检测方法有低应变反射波法、声波透射法和钻芯法等。低应变反射波法和声波透射法在检测中各有特点，都能准确识别较大缺陷。低应变反射波法在判定时受外部地质条件和施工工艺等影响较大，而声波透射法对声测管内侧的缺陷识别较为直观，却不易识别声测管外侧的缺陷，钻芯法对桩长、桩底持力层性状的识别较为直观。

采用低应变反射波法检测时，根据缺陷反射波的时间及经验波速判定缺陷所处桩长范围内的位置，但不能识别相应缺陷是在桩周还是在桩内，还应采用钻芯法等其他方法进行验证。

采用声波透射法时，可以直观获得缺陷所处的具体位置，但如果只采用平测法进行检测，无法准确识别缺陷大小。平测法便于操作，可减少现场工作量，是其他检测形式的基础，但单一采用平测法不便于识别缺陷的部位及严重程度，当平测检测发现存在缺陷时必须进行斜测和扇形检测等工作，以便综合确定缺陷范围。目前也有专门的桩身混凝土CT(电子计算机断层扫描)检测设备，该设备集成了平测和斜测功能，并采用专用数据处理软件，可较为便捷、准确地判定缺陷范围。

(1) 当桩身局部存在缩径缺陷即缺陷存在于桩周时，采用低应变反射波法检测。某缺陷桩低应变反射波检测实测数据及开挖验证实景如图1所示。

(a) 实测数据

(b) 开挖验证实景图1 某缺陷桩低应变反射波检测实测数据及开挖验证实景

由图1可有效识别桩身存在的缺陷，根据桩底反射情况通常会判定为Ⅱ类或Ⅲ类桩。该桩由于缺陷位置较浅，现场采用开挖法进行验证。从开挖的实际情况来看，桩头部分存在局部缩径和露筋现象，与判定结果基本一致。但如果采用钻芯法验证，由于钻芯法对钻孔位置有具体规定，且钻孔不能过于靠近桩边缘，反而存在不能有效揭露缺陷的风险。采用声波透射法检测时，超声波特征值与收、发检测管间连线两边窄带区域(声测剖面)的混凝土质量密切相关[2]，而声测管通常位于钢筋笼内部，须考虑声测管埋设数量和间距等多种因素，确保能覆盖桩径范围内大部分混凝土。图1中缺陷如果采用声波透射法检测，存在不能揭示该缺陷的风险。

(2) 当缺陷在桩身内部且缺陷较小时，采用低应变反射波法检测，当波阻抗的变化较大时，能够识别缺陷反射；采用声波透射法检测时，如果缺陷不在声测剖面影响范围内则无法识别该缺陷，容易误判为Ⅰ类桩(对于埋设3根声测管的桩，存在不能发现桩中心位置缺陷的风险)；如果缺陷正好在某根声测管附近，与该声测管相关的剖面均会存在异常数据，根据声波透射法对应的判定标准，则会判为Ⅲ类或Ⅳ类桩。桩内部存在较小缺陷示意如图2所示。

(a) 缺陷大小及所处位置

(b) 缺陷不在声测剖面影响范围内

(c) 缺陷正好在某根声测管附近图2 桩内部存在较小缺陷示意

(3) 当缺陷在桩身内部且范围较大时，采用低应变反射波法和声波透射法均能准确发现问题。桩内部存在较大缺陷示意如图3所示。

(a) 缺陷大小及所处位置

(b) 缺陷在声测剖面影响范围内

(c) 缺陷正好在某根声测管附近图3 桩内部存在较大缺陷示意

(4) 采用钻芯法检测时，规范中规定的开孔位置为距桩中心0.25倍桩径的位置，以110 mm的钻头为例，对于距桩中心(为0.25倍桩径+55 mm)范围外的缺陷不能准确识别，即对于缩径、露筋及其他桩身内部较小缺陷，采用钻芯法存在盲区，采用它来验证低应变反射波法和声波透射法时存在一定漏判概率。

2.2 缺陷严重程度的判定

缺陷严重程度通常涉及缺陷的大小及类型。基桩完整性的缺陷通常有断裂、裂缝、缩径、夹泥、离析、空洞、蜂窝和松散等，各种检测方法能够反映的缺陷有所区别，而各种缺陷对基桩承载力的影响程度也各不相同，须对缺陷严重程度进行有效识别，才能准确分析其对基桩使用性能的影响。

低应变反射波法检测时，主要通过缺陷反射波的幅值及后续多次反射波出现的情况进行缺陷严重程度的判定，是定性而非定量识别缺陷。某缺陷桩低应变反射波检测波形图及开挖验证实景如图4所示，该波形在桩顶附近出现强反射，且后续出现多次同向反射波。从波形上看，在桩顶存在缺陷，但具体缺陷范围并不明确，经开挖验证，桩顶4 m范围内均存在露筋和夹泥现象，施工单位凿除该缺陷段后对剩余部分进行复测，未发现缺陷，接桩后可按合格桩验收。如果缺陷反射波出现在桩身下部，不具备开挖验证条件，采取钻芯法验证时很难揭示该类缺陷。

(a) 波形图

(b) 开挖验证实景图4 某缺陷桩低应变反射波检测波形图及开挖验证实景

声波透射法检测时，主要根据波形畸变的程度判定缺陷严重程度，严重畸变波形如图5所示，相关情况对应的混凝土缺陷通常比较严重，大部分为夹泥、离析和混凝土松散等。待复测的畸变波形如图6所示，相关情况可能是声测管缺水、桩顶靠近声测管位置混凝土不密实、桩顶混凝土离析、声测设备提升速度过快、探头与声测管发生碰撞等多种原因造成，在判定缺陷时须慎重考虑，尽量采取其他手段进行复测确认[3]。同时对于平测发现的缺陷，还应采用斜测和扇形扫测等方式进一步确认缺陷大小和范围[4]。比如图2(c)和图3(c)的平测检测结果可能一致，但如果采用斜测等其他方法进行综合检测，会发现图2中的缺陷可判为Ⅱ类桩，而图3中缺陷应该判为Ⅲ类或Ⅳ类桩。

(a) 无法接收首波

(b) 首波不明显，且严重畸变

(c) 波形跳动且严重畸变

(d) 波形严重畸变图5 严重畸变波形

(a) 有首波，但波形畸变

(b) 首波畸变，后续波形有一定周期性

(c) 首波畸变，后续波形无周期性图6 待复测的畸变波形

3 评估缺陷对承载力的影响

在明确缺陷范围及严重程度后，要评估缺陷对基桩承载力的影响，就必须了解基桩设计目的，清楚其受力形式是竖向受压、水平受力还是竖向抗拔，只有明白其设计目的才能准确评估缺陷对基桩的影响程度。

铁路工程中桥梁基桩根据承载力的来源，大致分为摩擦桩和柱桩2类。以某摩擦桩为例，采用声波透射法检测，设计埋设3根声测管，当桩底连续2个测点和3个剖面均存在波形严重畸变时，根据《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218—2019)中表5.4.5相关内容，该桩50%及以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常，接收信号严重畸变，该桩完整性类别应判定为Ⅳ类。假定检测时测点间距为0.2 m，该数据也只表明该桩在距桩底0.2～0.4 m范围内存在缺陷，如果按Ⅳ类桩判定，该桩为不合格桩，一般不得继续使用。但对于摩擦桩来说，该缺陷是否会影响桩的承载力值得进一步研究。曾被检测过的某铁路桥梁钻孔灌注桩，设计桩长为18 m、桩径为1.5 m、容许承载力为8 671 kN，采用自平衡法进行承载力试验，荷载箱布置在桩底以上2 m位置。从试验结果来看，荷载箱上部桩长范围提供的承载力为8 700 kN，根据自平衡法试验原理，荷载箱上部桩长范围提供的承载力其实就是桩侧摩阻力[5]。从该试验结果可知，桩底一定范围内存在缺陷时，对于摩擦桩来说进一步采取其他方法验证其承载力比简单地按废桩处理更为合适。而根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020),对摩擦桩采用钻孔灌注桩时，桩底沉渣厚度根据桩径和桩长要求控制在200 mm或300 mm 以内，根据《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB 10752—2018)，摩擦桩孔底沉渣厚度不大于200 mm，这也间接说明桩底局部范围的缺陷，对摩擦桩的桩身承载力影响并不大。但如果该桩为柱桩，根据《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB 10752—2018)的规定，柱桩桩底沉渣厚度不得大于50 mm，该桩就应判为Ⅳ类桩。

同样对于抗滑桩，可能更关注在岩(土)层滑动面附近的缺陷情况，而对于桩顶和桩底的缺陷关注度相对较低。采用声波透射法检测过的某公路项目抗滑桩，共计6个检测剖面，在距设计桩底0.6 m范围内存在3个剖面无波形的情况，单纯从《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T 3512—2020)中相应检测方法对应的判定标准来看，该桩应判为Ⅳ类桩，但根据相关设计资料，距设计桩底0.5 m范围内桩身承受的弯矩和剪力很小，该缺陷是否会对桩的抗滑稳定性造成影响并不明确[6]，如果简单判定为Ⅳ类桩，对工期及工程造价都会产生影响。

另外，低应变反射波法和声波透射法的波速所反映的桩身混凝土强度是一个相对概念，低应变反射波法检测得到的波速主要取决于桩底反射位置的选取，当桩底反射明显且能准确选取时，波速的变化能反映桩长的变化，同时也能反映混凝土强度的变化，但波速也受混凝土所使用原材料的影响。基桩设计过程中，在选取桩身混凝土设计强度时，除了考虑承载力影响因素外，更多考虑的是对结构耐久性的影响。尤其是竖向受压的桩，桩身混凝土强度并不是承载力的决定因素。

最后还应考虑桩身缺陷对桩身所配钢筋的影响，如果是竖向受压的桩，钢筋布置主要为构造配置，可能不用考虑在桩身一定范围内的缺陷对钢筋造成的影响；如果是竖向抗拔和承受水平力作用的桩，钢筋完全参与结构受力，则应考虑缺陷对钢筋耐久性和桩身承载力的影响。

4 结语

低应变反射波法及声波透射法等无损检测方法在基桩完整性检测时操作比较快捷、简单，但仅依据相应检测方法对应的判定标准进行基桩完整性分类，可能存在判定过严的情况，造成工程资源浪费。基桩完整性的分类，应结合基桩设计目的，根据检测发现的缺陷对其使用性能的影响程度进行合理划分。这要求检测人员具备相应的理论和实践经验，能够将具体的检测方法和判定标准与相关规定有机结合，而相应检测方法中的分类标准也须进一步细化完善。