低应变反射波法和声波透射法在基桩完整性检测中的应用研究

 低应变反射波法和声波透射法在基桩完整性检测中的应用研究

作者姓名：汪朝镇

单位名称：广州继善建筑技术有限公司单位省市：广东省广州市单位邮编：511453

摘要：在建筑工程中，采用桩基础是目前工程中处理地基基础常用的基础形式之一，桩基础主要由基桩和承台组成，桩基础的作用是将上部建筑物的荷载通过梁、柱、承台、基桩之间相互连接传递到深处承载力较强的土层或岩层上，这样的基础承载能力很强。影响基桩的承载能力除了桩本身的承载力之外，还与桩身质量完整性有关，桩身质量的各种缺陷会直接影响到桩的承载能力，会影响到上部建筑结构物的稳定性，是否会产生不均匀沉降，因此基桩完整性检测工作在建筑工程中至关重要，大大降低了建筑物存在的安全隐患。低应变反射波法（简称低应变法）和声波透射法可以普查桩身质量的完整性，结合上述两种检测方法在实际工程中的综合应用为基础，分析其在检测过程中的不足，旨在更好地指导基桩检测工作，提高缺陷的判别效率，增强检测结果的可信度。

关键词：低应变法；声波透射法；基桩；完整性检测

1工作原理分析

1.1低应变法工作原理

基桩低应变法检测的基本原理是以一维弹性杆件（桩长远大于桩径）波动理论。在检测过程中是通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、空洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。

1.2声波透射法工作原理

声波透射法检测的基本原理是由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特性；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、空洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼存在缺陷的性质、大小及空间位置（和参考强度）。

2工程案例

该工程为房屋建设工程采用冲孔灌注桩，桩径1200mm，桩长约35m，桩身混凝土设计强度C30，设计桩端持力层中风化灰岩。拟采用低应变法及声波透射法对桩身完整性进行检测研究。

3地层情况

一层：素填土：主要成分为含碎石粉质黏土、棕黄色，碎石含量不均、一般20％~30％，粒径3cm~lOcm为主，粉质黏土呈硬塑，层厚一般约1m~3m。

二层：耕植土：主要成分为粉质黏土、灰色，硬塑，含少量砂砾，厚度0.3m

~0.6m。

三层：含碎块石粉质黏土：以含碎块石粉质黏土为主，局部为碎块石，棕黄色，结构稍密-中密，碎块石含量10％~30％不等，局部达60％~70％呈碎块石层，粒径以10cm~50cm为主，地层少量块石直接达1m~3m，棱角状-次棱角状，强风化状，成分为灰岩，该层厚一般在3m~lOm。

四层：黏土：局部为粉质黏土，呈土黄色、黄褐色、砖红色，可塑，该层厚一般在3m~10m。

五层：全风化灰岩：灰色，基本风化为土状，山坡该层厚度较大，一般在7m~15m，局部达20m~35m，其他路段一般2m~5m。

六层：强风化灰岩：灰褐色，风化强烈，岩芯经钻探扰动后呈砂砾状夹坚硬土状，该层厚度一般2.3m~9.4m。

七层：中风化灰岩：褐色、青灰色，岩芯呈短柱状、柱状为主，岩体较完整，裂隙发育，岩石致密、坚硬，该层在场地内分布广泛，钻孔多未揭穿。

4低应变法与声波透射法应用的异同对比

①浅部断桩的检测。图1是1#桩采用低应变法检测的信号示意图，依据砼强度与波速间关系，参考工程经验，桩身波速取3890m/s。经过对1#桩分析判定，在桩顶下3.5m处有明显同向反射，且在7.0m和10.5m等位点处出现同向反射现象，无桩底反射波。依据桩身完整性的判定类别表，结合工程经验，判定该桩完整性类别Ⅳ类，缺陷位置约为桩顶下3.5m。通过现场开挖验证，桩顶下3.4m处桩身断裂，与低应变法检测结果基本吻合。缺陷原因可能是剔桩头环节剧烈碰撞。针对该类浅部断桩缺陷的检测，低应变法体现出良好的适用性，结合现场开挖验证的形式，能较为准确地判断缺陷位置。

声波透射法用于桩身完整性分析，桩长对检测结果并无干扰，对于该类浅部断桩缺陷的检测，声波透射法判定结果和低应变法检测结果基本一致。

图1工程1#桩低应变曲线示意图

②盲区检测情况的比较。激振是影响低应变法检测精度与检测结果精确性的常见因素，在工程建设过程中，桩头周边通常存有一段检测盲区，对激振频率盲区面积大小形成直接影响，通常情况下，激振频率越高，浅部盲区面积越窄小，但会因为能量衰减快速而促进深部盲区的形成与拓展过程。声波透射法因为自身检测原理的特殊性检测原理，故而盲区属于声测管之外的混凝土结构，针对扩径与微妙缩颈的情况难以实现有效、精确检测，不管是对于摩擦桩还是嵌岩桩，扩径均是提升基桩承载性能的有效措施。故此，从某种层面上分析，声波透射法在桩体工程盲区检测的应用，实质上就是声测管之外的轻微缩颈范畴。

③中部离析的检测。有工程实践资料记载，当桩底无反射波，在桩身以下约14m处存在较小的反射波时，只应用低应变法检测，通常难以判断桩身完整性类别及缺陷程度。采用声波透射法检测发现桩身14.5m～16.8m区间声速、波幅、PSD曲线指标等，指标异常，且声速与波幅均低于相关标准的限定值，PSD曲线走向形体发生明显改变。则此时可结合声波透射法检测结果，判断出缺陷段混凝土质量偏低，出现了松散、离析现象。该类缺陷位于桩身中部，对桩身承载力影响明显，在征求建设、设计、监理单位书面意见后，采用钻芯法验证。钻芯法结果表明，在桩顶下14.5m～16.8m区段混凝土芯样疏松、含泥量较大、混凝土破碎，属于严重离析缺陷，与声波透射法检测结果一致。

结语：

①低应变法、声波透射法检测桩身完整性，有着不同的特点和优势。低应变法检测桩身完整性，由于受激振能量、桩身材料阻尼、桩周土性状等因素影响，对于超长桩，存在检测盲区的问题，特别对于桩身存在纵向缺陷的桩身，低应变法检测存在较大盲区。声波透射法一般不受场地限制，检测点距设置为100mm，测试精度高，在缺陷的判断上较其他方法更全面，只要预埋了声测管，超声检测范围可覆盖全桩长各个深度。低应变法操作方便简单，具有检测速度快、费用低和检测覆盖面广等特点，已成为桩身施工质量检测中应用最为普及的方法。但是，各种检测方法也存在各自的缺点和局限性。声波透射法除了检测成本相对较高外，也存在一定的检测盲区问题，对于检测波线、声测管之外的缩颈、夹泥等缺陷无法判断。②具体的工程实践中，检测灌注桩的桩身完整性较为复杂，应该结合地质资料、施工记录，并通过低应变法、声波透射法检测等多种方法综合分析，才能克服各自的局限性，更加准确全面地对灌注桩的桩身完整性进行判断。

参考文献：

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