浅谈公路桥梁桩基检测技术分析

摘 要： 桩基础在公路桥梁基础中是一种常用的结构形式，也是桥梁工程中非常重要的组成部分，基桩的质量的质量直接关系到整个桥梁的结构安全，如何保证其质量，一直备受建设、施工、设计、监理各方以及建设行政主管部门的关注， 同时由于我国地质条件复杂，其施工过程中的高度隐蔽型，从而极易形成各种缺陷影响桩基质量，使得桩基础施工、质量检测等往往比上部建筑结构更为复杂，更容易存在质量隐患。本文就公路桥梁桩基施工，分析了桩基施工中应注意的关键事项，并概述了目前桩基检测的主要问题与技术分析。

关键词：公路桥梁；桩基施工；注意事项；检测技术

中图分类号：TU997 文献标识码： A

本文从超声波透射法与低应变反射法的基本原理和方法出发，讲述了两种方法的基本理论、仪器设备和检测技术，详细阐述了混凝土声学参数如波速、波幅、频率、PSD与基桩缺陷类型之间的关系，以及时程曲线与基桩缺陷类型之间的关系，采用有限元发对低应变检测过程进行模拟，研究了反射时间与其影响参数的关系，得出一些规律。结合工程实例，运用两种检测方法进行检测，明确两种检测方法的优势所在和不足之处。为安全起见，基桩完整性完整性检测宜采用超声波透射法与低应变反射波发联合检测，做到优势互补，可有效避免漏检、误检，提高基桩检测的精度与可靠度。

1.桩基的分类

桩基按照承载力可划分为端承桩、摩擦桩。其中端承桩是指穿过软土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧叫软弱土对桩身的摩擦左用很小，其摩擦力可忽略不计，摩擦桩是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散与桩周围土中，桩端也起到一定的支撑作用，桩端支撑的土不甚密实，桩相对于土有一定相对位移是即具有摩擦桩的作用。在宁夏地区，桥梁桩基主要以摩擦桩为主。

对于混凝土灌注桩的质量检测，一般有两种方面，一是桩身承载力，二是桩身完整性。一般来说，桩身完整性达标是桩身承载力达标的充分不必要条件，因此混凝土灌注桩桩身完整性检测意义重大，且方法多样。

2.桩基检测方法

检测桩基的主要方法如下表所示，具体而言，其检测项目应该根据个行业标准规范来执行。在这种条件下，用以确定桥梁基桩的承载力或是完整性的多种检测方法相继出现。本文统一使用《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）中的检测方法，即：超声波透射法、低应变反射法、高应变动测法和钻芯法。

基桩检测方法

检测方法 检测内容 优缺点 备注

超声波 透射法 声测管之间的砼，通过分析声学参数，判定桩身完整性类别 检测细致，不受桩身尺寸限制；但须预埋声测管，造价大，且麻烦，不易定量分析缺陷 半 直接 法

低应变 反射波法 测试桩顶波速时程响应曲线，或频域曲线，进而判定桩身完整性类别 测试方法简便、快捷，成果较可靠、成本低，他的局限性，对于多缺陷桩，一般只能测到较浅的一个，无法有效检测渐变缺陷类型；易漏判或误判；受长径比的影响，无法对深部缺陷有效检测，桩头存在一定的盲区，对缺陷只能定性分析。 半 直接 法

高应变 动测发 分析桩侧和桩端土阻力，推算单桩轴向抗压极限承载力；检测桩身缺陷位置、类型及影响程度，判定桩身完整性类别；试打桩及打桩应力检测。 设备重且效率低，费用高，比静载稍好，但激励能量和检测有效深度大，在判定桩身缺陷时，能够分析会否对竖向抗压承载力有一定程度影响，在波形分析中的不可靠性致使结果存在较大误差。 半 直接 法

钻芯法 检测桩长、桩身砼强度、沉渣的厚度，进而判定桩身完整性类别。 可以直观可靠的反映桩身质量和完整性，可取部分岩芯制成试件，来测定砼强度，但受抽样面积比例影响大，有盲区，且价格大，成本高，需要人力物力财力大。 半 直接 法

3.超声波透射法

超声波透射法的基本原理是，通过预埋声测管，在桩的两侧分别发射和接收超声波信号，其中发射探头将电能转变成机械能即超声波信号穿透砼桩，接收探头将接收到的超声波转变成电信号。由于砼厚度可以测量的出，根据超声波的传播时间，即可算出超声波在砼中的速度，由声速的情况可以判断出桩身砼的质量。砼越密实，声速越大，相反，砼越松散，或有孔洞、裂隙、离析等缺陷，声速降低；桩身砼的质量和完整性由此来检测。不难看出，超声波透射法来检测砼桩身质量和完整性的理论基础为，介质特性与弹性波的波速间的关系。从实测的声速、波幅等参数不难推断介质特性变化。故基桩的波速以及波幅等参数是超声波检测砼桩身完整性以及质量的主要依据

水下混凝土灌注桩常见的缺陷；

1）断桩（全断面夹泥或夹砂）

2）局部截面夹泥或者缩颈

3）桩底沉渣

4）集中性气孔

5）分散性泥团及蜂窝状缺陷

6）桩头低强区

例如某工地桥梁桩基超声波数据采集图

缺陷基桩图形

正常基桩图形

4.低应变反射波法

低应变反射波法是桩顶进行激振、在桩顶接收速度响应信号，实测桩顶速度或加速度响应时程曲线，利用假设条件下的一维波动理论来分析桩身完整性。使用敲击的方法，在桩顶激励以适当的能量，其动荷载远小于其承载能力，不会产生贯入度，也也可以将装土建没有相对位移，只有弹性变形。低应变反射波法是通过激励波沿桩身传播和反射，通过分析波形来检测桩身完整性。

激励波在桩身传播示意图

波的传播基本原理；

折射及折射损失：折射损失主要在桩头附近产生；土层越硬，折射损失越大，反射信号越弱。

衰减损失：高频成份会不同程度的衰减。桩不是完全弹性的，桩身存在内阻尼

桩是埋入土中，桩侧土的阻力，同样产生弹性波的衰减 。

反射、透射及反射损失：桩身内出现缺陷的部位及桩底均存在波阻抗界面，均会产生反射及透射。

反射波法的局限性

无法对缺陷准确定性。目前根据波阻抗的变化，仅能将缺陷区分成缩颈类、扩颈类，进一步确定缺陷性质需要检测经验及其它补充资料。对缺陷程度的定量分析尚不理想。由于波速不准，据此计算的缺陷位置误差在10%左右。缺陷在桩轴向的高度及径向的分布以及缺陷质量下降的程度均难以准确计算。对阻抗渐变类的缺陷难以判断，甚至可能得出相反的结论。如桩身渐缩后突然恢复到原截面，则可能得出桩身存在扩颈的结论。桩身存在多个缺陷时，深部缺陷易漏判，如第一缺陷在浅部，尚可以开挖并凿去上部缺陷再进行检测，否则只能通过其它方法进一步检测。长径比超过一定限度的桩、浅部缺陷或太小的缺陷，反射波法都无法正确检测。

5.结语

公路桥梁工程中的基桩，多是大口径长桩，桩型多为钻孔灌注桩。这种桩型由于施工技术要求高，隐蔽性强，且公路桥梁的基桩多为一桩一柱，其安全系数要求更高，所以其桩身完整性检测非常重要。低应变反射波测试结果的分析判断，要依据波形的变化特征进行分析，还要考虑桩的类型、施工情况及地质资料等因素，这样才能对被检桩的桩身完整性给予准确的评价。因此，从事基桩检测的工程技术人员，应多积累经验，开展科学研究，逐步提高检测水平。