探讨桥梁项目岩溶地区桩基低应变检测技术

喻安凤

（贵州路桥集团有限公司, 贵州 贵阳 550001）

0 前言

岩溶地区地形特殊，常规基础难以满足建筑物的承载力需求，无法保障工程施工质量。冲孔灌注桩具有承载力强、抗震性好、沉降小等特征，其桩根植于基岩内部，提高了整体承载力，可于多种地质条件下应用，岩溶地区使用冲孔灌注桩基本满足工程需求，为确保项目质量奠定了良好的基础[1-3]。桩基施工为地下工程，具有较强的隐蔽性，而桩基质量直接决定项目质量水平，加强桩基质量完整性检测对保障项目质量意义深远。笔者以岩溶地区灌注桩工程实践及桩身完整性检测案例为基础，通过对试验资料、工作经验的总结，探究岩溶地区基桩低应变反射波法检测技术在桩身完整性检测领域的应用效果，同时对其影响因素加以分析[4-5]。

1 低应变反射波法

低应变动力试桩法是检测桩身完整性的一种桩基础检测方法，包括水电效应法、反射波法、机械阻抗法、共振法等。现阶段，桩身完整性检测最常用的低应变动力试桩方法为反射波法。反射波法是桩身质量检测的常见手段，具有费用低、设备简便、检测迅速、结果可靠的特点，可弥补静载试验法抽样率不足，导致结果不准确的弊端，常将其检测结果作为静载试验、钻芯法、高应变法等检测桩身桩位结果的参考值。与此同时，静载试验检测过程中如果发现不合格桩，为扩大检测面积，并提供合理的处置方案，也会选择低应变反射波法进行桩身检测[6]。

低应变反射波法以一维线弹性杆件模型为理论基础，应用中需保持被检测桩长细比、有效波长与桩回转半径之比均大于5。因此检测前需保障选用的冲孔灌注桩尺寸符合要求。根据一维理论，采用低应变反射波法进行桩基质量检测，必须满足应力波在桩身传播平截面假设，该检测方法不适宜于H 型钢桩、薄壁钢管桩的桩基质量检测。

低应变反射波桩身完整性检测法应用的设备为基桩动测仪，型号为RS—1616K（S），由武汉岩海公司生产，该设备由加速传感器组成，具有测量精度高、操作便捷、携带方便、能耗低等特点，可在多场景条件下应用。桩长不足100 m 或桩身存在浅部缺陷时，可使用手锤增加采样精度，当桩长过长时，选用专用力棒改善测量效果。

2 现场检测技术要求

2.1 桩头处理

（1）凿除或锯掉桩头浮浆及破碎处，使桩头平整，混凝土截面清晰可见，详见图1（a）和图1（b）。

（2）桩顶承台在正式检测前，不得绑扎钢筋，检测前需切除桩头外漏柱钢筋，避免影响正常检测，详见图1（c）。

（3）确保桩头清洁，清理杂物、积水、碎石等，保持桩头干燥，详见图1（d）。

2.2 桩位选择

需检测桩位选择原则如下：1）施工工艺差异者；2）设计方制定者；3）施工质量问题者；4）局部地质条件异常者；5）同类型桩均匀随机分布。

2.3 传感器安装与锤击设备的选择

锤击设备应根据施工现场条件合理选择，结合桩身长度、缺陷位置、缺陷深度等数据进行锤击脉冲宽度的调整。一般浅部缺陷或短桩时，选择较窄冲击入射波脉冲，反之则选较宽冲击入射波脉冲，上部缺陷多以小锤检测，而下部缺陷多以大锤检测，根据现场试验数据选择不同锤击设备进行激振[7]。

3 工程检测实例

该工程为某铁路桥梁基桩检测项目，项目位于岩溶地区，工程类型为冲钻孔灌注桩，桩长为6～70 m，桩径为1～2.5 m，混凝土强度等级为C25～C40，该区域持力层由页岩、弱风化灰岩组成。根据项目施工规范要求，需采用低应变法进行基装检测以确保项目质量。该项目位于岩溶地区，为确保成桩质量需结合地质条件和施工细节进行波形采集和数据分析，冲钻孔灌注桩低应变反射波法检测典型波形以评估施工进展与项目质量。

3.1 Ⅰ类桩波形

实例1：JCLY—33 桩。持力层为弱风化灰层，桩身长10.5 m，混凝土强度等级为C35，桩径1.25 m，采用冲钻孔灌注桩低应变反射波法进行检测，结果显示桩身反射波频率高，桩底有反向反射信号，表明该基桩混凝土强度高，桩身结构完整，可判定为Ⅰ类桩，详见图2所示。

图2 Ⅰ类桩低应变反射波法检测波形图

3.2 特殊波形

实例1：GT—2 桩。该基桩持力层为弱风化页岩，桩长21 m，混凝土强度等级为C35，桩径1.25 m，采用冲钻孔灌注桩低应变反射波法进行检测，结果显示桩身波形频率低，桩底混凝土强度信号偏低。施工现场确认该基桩0.5 m 处有桩身扩径，直径约2 m，可能与该基桩桩顶阻抗大于桩身有关，导致顶部反射波频率大于桩身，在实践中需要结合实际情况选用钻芯取样法结合冲钻孔灌注桩低应变反射波进行综合分析，详见图3 所示。

图3 桩顶扩径低应变反射波法检测波形图

实例2：JSC7 桩。该基桩持力层为弱风化页岩，长20 m，混凝土强度等级为C35，桩径1.25 m。冲钻孔灌注桩低应变反射波检测法发现桩身3.5 m 处存在同向多重反射波，判断为缩径缺陷，结合实测结果和地质勘探数据，可见桩身下3.5 m 处水滴状岩溶，该波形信号范围在1.5～3.5 m 区域内桩身扩径变大，随后恢复正常，信号为多重同相反射波。此类型桩身信号为局部阻抗后变大重新恢复原波形，需结合地质勘测资料进行验证，详见图4。

图4 桩身局部阻抗突变低应变反射波法检测波形图

实例3：TPT22—F 桩。该基桩持力层为弱风化白云质灰岩，桩长21 m，混凝土强度等级为C25。钻孔灌注桩低应变反射波检测发现桩底存在同向强度反射低频波，初步判断基桩底部存在问题，对施工资料进行查阅后并未发现异常。对反射信号进行进一步分析，混凝土由水泥、水和砂石等材料混合而成，并不符合完全弹性一维杆件体条件，可能由于桩身—桩侧土—桩端持力层的存在导致混凝土结构中形成了介质体系，导致信号传输至桩底后频率减弱，信号强度降低，高频反射信号强度减小，与此同时桩底入岩前扩径也会导致同相反射波信号增强[8-9]。综上所述，项目施工环节进行桩底沉渣检测时，要采用钻芯法取样与低应变反射波结合的综合方法提高检测精准度，详见图5 所示。

图5 桩身底部扩径低应变反射波法检测波形图

3.3 振源频率问题

激振源产生的振动信号频率变化与基桩检测结果之间存在关联，频率变化可能会导致结果失真。对桩身混凝土完整性进行检测时，应当根据施工现场条件和实际需求合理选择检测手段，提高激振信号频率与缺陷处匹配度，以增强反射信号波的准确性，改善检测精度。被测试桩存在浅部缺陷时，可用小手锤锤击桩顶提高激振信号频率降低波长，从而准确地反映出缺陷位置，提高检测精准度。如果被测试桩存在深部缺陷，可采用专用力棒作为激振源，降低激振信号频率，提高激振信号传播距离，并降低桩身对高信号的衰减，以获得较深位置反射信号波。该项目桥梁工程施工选用了大直径冲钻孔灌注桩，桩长较大，为提高检测精准度，选用带尼龙头力棒作为激振工具提高频率吻合性，如桩身浅部存在缺陷则可将激振源改为小手锤[10]。

4 结论

低应变反射波法在桩基完整性检测中广泛应用，该方法的应用需结合地质资料、施工记录、桩基特征等因素具体分析，从而提高检测准确性。

岩溶地区地质条件复杂，冲孔桩多为端承桩，虽有详细的现场勘查资料，实际情况是岩土结构与施工桩特点并不完全符合地质勘测结果，两者之间会存在一定出入，岩溶地区基桩冲孔施工操作必须结合桩身完整性、实地勘测结果、岩层进尺速度等合理选择检测方法，通过提高终孔位置精确度，实现对桩端持力层的详细研究，为提高项目施工质量创造条件。