钻孔灌注桩完整性检测影响因素及对策

摘要：桩基础属于地下隐蔽工程，进行桩身完整性检测的目的是为了检验混凝土基桩桩身完整性，查清缺陷程度及其位置，以保证工程质量。文章主要针对利用低应变反射波法和声波透射法进行桩身完整性检测的主要影响因素进行了分析，在现场检测时须采取适当的对策措施才能得到准确可靠的检测结论，才能对灌注桩的桩身完整性做出正确的判断。

关键词：灌注桩；桩身完整性；影响因素；对策

近年来，随着公路、铁路、桥梁工程基础建设和高层建筑的迅速发展，混凝土灌注桩因承载力高、施工方便、噪声小等优点，在工程设计中被广泛应用。桩基工程是地下隐蔽工程，其施工质量受施工技术水平、成孔工艺、施工管理水平和人员素质的差异等因素的影响，容易发生桩身断裂、缩径和混凝土离析、夹泥等质量缺陷，成为结构安全的严重隐患，桩身质量完整性检测成为管理和控制桩基质量的重要有效手段，因此有必须对完整性检测的影响因素进行分析并采取适当措施，以使得检测结论准确、可靠。

1 桩身完整性检测方法及特点

1.1低应变反射波法

低应变法在桩顶竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩径或扩径），将产生反射波，经接受、放大、滤波和数据处理，可以识别来自不同部位的反射信息。根据低应变动测法原理及方法，分别在时域、频域和幅值波动能量等方面进行分析、计算、综合整理，最后得出比较可靠、合理的结果。即判明被检测桩的类别，桩身是否连续完整；整桩混凝土平均等级范围。对检测数据分析时采用以时域分析为主、频域分析为辅的综合分析法，并结合地质资料、施工资料和波形特征等因素进行综合分析判定。频域分析是试验振动分析中的一个重要环节，对测试信号作时、频域综合分析，是动态测试的普遍做法。在实际检测中，要对桩身完整性做出正确的判断，只进行时域分析，有时不能有效地识别和排除各种干扰频率的影响。而频域分析则可通过研究桩身振动频谱的组成情况，判断出仪器频响、测试技术及数据处理方法等对测试信号和测试结果产生的影响，并采取相应措施，提高测试信号的质量，以达到准确判断的目的。

1.2声波透射法

经过实践证明，声波透射法已经成为了一种现行有效的基桩完整性检测方法，可以为设计优化提供强有力的证据和参数，促成施工工艺的合理化改进，在保证工程质量的同时为最终缩短施工周期、节约工程建设成本起到至关重要的作用。

实际检测工作中，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构与组成的信息，准确测定声波经混凝土传播后各种声学参数的量值变化，就可以推断混凝土的性能、内部结构与组成情况。结合声波各声学参数的量值变化和波形特征可以判别桩身混凝土完整性情况：当采用信号主频值作为辅助异常点判据时，主频-深度曲线上主频值明显降低可判定为异常。如果发现缺陷，再采用多点发射，不同深度接收的扇形测量法，用多条交汇的声线所测取的波速及波幅的异常来判定桩身缺陷尺寸及空间分布，推断缺陷的性质。

2 规范关于完整性检测的规定

2.1 适用范围

铁路规程TB10218-2008规定，低应变反射波法适宜于检测的基桩桩径应小于2.0m，桩长一般不大于40m，通过检测，判定桩身缺陷的程度及位置范围。声波透射法适宜于桩径大于等于2m或桩长大于40m或复杂地质条件下的混凝土基桩桩身缺陷位置、范围和程度，判定桩身完整性类别。

2.2 检测位置及强度要求

为了保证检测结果的准确性与可靠性，避免因桩顶超灌部分的质量问题造成误判或检测完毕后机械开挖等因素对桩头的破坏，从工程安全的角度出发，《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2008）规定桩身完整性检测应在基坑开挖至基底后在桩顶设计标高位置进行。当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。

2.3 现场检测

铁路规程TB10218-2008中规定，当对现场检测结果有怀疑或争议时，可进行验证检测：①对低应变法检测结果有怀疑或争议时，可采用钻芯法、高应变法或直接开挖进行验证；②对声波透射法检测结果有怀疑或争议时，可采用钻芯法验证。

在现场检测过程中，当测试数据因外界干扰环境、人为操作失误或议器设备故障影响变得异常时，应及时查明原因加以排除，然后重新组织检测。当采用一种方法无法对桩身完整性做出准确判定时，可同时选用两种或多种方法进行检测，使各种方法能够相互补充、验证，提高检测结果的可靠性。如对大直径灌注桩的完整性检测，可采用低应变法和钻芯法联合的模式；对低应变法测试的盲区―浅部严重缺陷，可采用开挖验证。

（1）低应变反射波法

对于低应变法检测，铁路规程TB10218-2008规定，在检测过程中，应根据缺陷所在位置的深浅，及时改变锤击脉冲宽度。当检测长桩的桩底反射信息或深部缺陷时，冲击入射波脉冲应较宽；当检测短桩或桩的浅部缺陷时，冲击入射脉冲应较窄。瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。同时需注意，传感器安装点与激振点的距离或平面夹角，会影响锤击信号与响应信号的时间差，可能会造成波速或缺陷定位误差。

桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量和对桩身完整性判定的准确性。因此要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。桩头是基桩受力关键部位，灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面，桩顶表面应平整干净无积水，当多次锤击信号重复性较差时，多与敲击或安装部位不平整与关。而传感器是感受桩身信号的“第一感官系统”。对于低应变检测，传感器的安装尤为重要，安装的好坏将直接影响到信号的质量。

（2）声波透射法

铁路规程TB10218-2008对于声测管的埋设做出了明确规定，在实际施工中声测管应尽量保持平行，否则对测试结果造成很大影响，甚至可能导致检测方法失效。

声波透射法是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种方法，其基本原理是利用人工方法在混凝土介质中激发一定频率的弹性波，该弹性波在介质中传播时，遇到混凝土介质缺陷会产生反射、透射、绕射，由接收换能器接收的波形，对波的到时、波幅、频率及波形特征进行分析，根据各种声学参数的量值及变化，判断混凝土桩的完整性及缺陷的性质、位置、范围及缺陷程度。

在实际检测过程中，检测人员往往把因测距的变化导致的声学参数的变化误认为是混凝土质量差别所致，而声参数对测距的变化都很敏感，声测管的埋设质量（平行度）直接影响检测结果的可靠性和检测试验的成败。测试时径向换能器宜配置扶正器，尤其是声测管内径明显大于换能器直径时，扶正器既保证换能器在管中能居中，又保护换能器在上下提升中不致与管壁碰撞损坏换能器和造成波形震荡，换能器的居中情况对首波波幅的检测值有明显影响。

3 检测影响因素及对策

由前述桩身完整性现场检测技术可知，运用低应变反射波法和声波透射法进行桩身质量完整性检测具有使用方便、速度快等特点，但方法本身都有一定的局限性，带之而来的是检测结果会受到多种因素的影响。在选用不同的方法进行检测时，要对相关的影响因素进行分析并采取适当的对策，以保证检测结果的准确、可靠。

3.1 低应变反射波法

（1）力锤的影响和对策

反射波法测桩时，不能一成不变地使用一种锤头，准备几种锤头、垫层，依据不同检测目的而选用。桩越长，选择越软、越重、直径越大的锤；桩越短，选择越硬、越轻、直径越小的锤。在检测同一根桩的过程中，为了测出桩底反射，选择质量重、质地软的锤，而为了检测浅部缺陷，选用较硬的锤。在正式检测过程中，敲击应尽量使冲击力垂直作用于桩头，且应避免二次冲击，防止后续波的干扰。

（2）桩周土的影响和对策

桩周土阻力对波形曲线的影响表现在以下三个方面：①导致应力波迅速衰减，使有效测试深度减小；②影响缺陷反射波幅值，造成利用幅值进行缺陷定量分析的误差增大；③在软硬土层交界附近产生土阻力波，干扰桩身反射信号。例如，若桩周土某一段为软弱土层，而上、下层土质均较硬，则会产生类似缩颈的假缺陷，该位置桩身恰恰也容易出现质量问题，土阻力反射波与桩身缺陷反射波容易混淆，造成误判。与桩阻抗变化引起的突变信号相比，土阻力引起的反射信号一般是渐变的，通过对同一场地、同一桩型的检测结果进行综合比较，并认真分析工程地质资料来区分。

（3）桩身浅部变截面的影响

由于大直径灌注桩多采用钻孔形式施工，施工过程因钻孔时间较长、有泥浆护壁、护桶的因素，造成桩身浅部扩径的情况比较普遍，在测试和判断上很容易造成误判。在现场检测时出现此种情况，多进行开挖验证。

（3）桩长径比对于检测的影响

桩底反射波能量的强弱除了与桩侧桩周土相互作用、桩底土阻抗与桩波阻抗之比、锤击能量等有关外，还与桩长径比有关。在同样桩长及桩土体系下，桩长径比越小，则桩底反射能量越强，也即在桩长一定的条件下，桩径越大，底反能量越强，桩长径比相同，要达到同样的底反射，则桩径小的桩桩长应小。

（4）垫层对低应变检测的影响

当垫层与桩端相连时，锤击桩面，桩端向下运动会带动垫层振动，地基上垫层振动，可看作平板在连续分布弹簧、阻尼壶上振动，而垫层振动反过来又影响桩顶部的振动，检测时应将垫层与桩体分开。

3.2 声波透射法

声波透射法检测桩身完整性，主要是通过测量并分析声波在透过测距内桩身混凝土后的声学参数来了解混凝土的灌注质量的，具有使用方便、速度快等特点。但该方法属于半直接法，方法本身存在一定局限性，由于地质情况、施工单位经验以及施工工艺的影响，这些都是对实际检测结果造成误判的客观因素，这类因素与混凝土本身无关，但又对声速检测带来一定的影响。检测前必须熟悉可能影响检测数据的主要因素，在检测和后续数据分析处理中排除这些影响。当遇到难于定论的情况时，应采用钻芯法、现场开挖等进行验证。

（1）测距的影响和对策

应用超声波法检测灌注桩之前首先是测量一下桩顶两声测管外壁间的距离，即声波透射法检测的测距。但由于预制钢筋笼和吊装钢筋笼可能出现声测管偏移、扭曲等情况，很难保证测管从上自下保持完全平行，尤其是在中长桩长达30m以上时很难保证。现场测量的管距与实际距离相差较大将导致各剖面检测结果参数相差较大。管距测量精度的高低直接影响声学参数测量的准确性。因此在预制和吊装钢筋笼时，除了要求管子焊接顺直、平行外，在现场还应进行管距的量测，并结合检测数据和设计文件对测距进行适当的修正。

（2）耦合剂的影响和对策

在桩基声波透射法检测过程中，应该在声测管中注清水作藕合剂，藕合剂的好坏直接影响接收波的声学参数。但在一些工程实例中，发现管中注的是泥水或者是污水。在经过一段时间的静置后，泥水发生沉淀，使探头未能测试到管底；污水则会影响超声波的传播及接收。在某大桥的水中桩，直接注入污染的江水做声测管耦合剂，导致无法正常检测，当用清水置换管中污水之后，检测得以顺利进行。

（3）声测管管节头的影响和对策

测试中还要注意声测管接头的影响。当换能器正好位于接头处，有时接头会使声学参数测试值明显降低，特别是振幅测试值。其原因是接头处存在空气夹层，强烈反射声波能量。遇到这种情况，采取的方法是：将换能器移开10cm，测试值立刻正常，反差极大，则往往属于这种情况。另外通过斜测也可做出判断。

（4）桩底声测管弯曲的影响和对策

在预制钢筋笼的安装以及混凝土灌注过程中，会造成声测管底部弯曲变形，使管距增大或变小。有时设计的桩底钢筋笼直径缩小(变径)，为了保证声测管的平直，声测管就要穿到钢筋笼外侧。如果不采取加固措施很容易使声测管压弯或打折，甚至折断。当桩底声测管弯曲时，其它区域曲线基本正常桩底部分声速异常偏高或偏低，振幅总是降低。这是因为声测管弯曲，使发射与接收换能器不再保持平行，造成振幅降低。由于桩底是缺陷易发生部位，根据此类曲线很难判定桩底是否存在缺陷，很可能发生漏判、误判。因此要采取适当的加固措施使桩底声测管保持顺直。

（5）泥团包裹声测管对测试的影响和对策

当泥浆比重过大时，在局部声测管周围可能会附着一层泥团，而泥团的声阻抗远大于正常混凝土的声阻抗。如果是局部的泥团，并未包裹声测管，则下降的程度并不大；如果泥团包裹声测管，则下降程度较大，特别是振幅的下降剧烈。一根声测管被泥团包裹将影响两个测试面。这时可采取斜测的方法分别此类情况，当确定为包裹声测管时，可根据泥皮处两声测管的声时、正常混凝土处的声时，并假定泥团的声速（2000m/s），大致估算在两声测管间泥团的尺寸，便于对桩身质量做出评定。

4 结论及建议

4.1 结论

（1）反射波法操作简单、检测效率高。但由于方法的局限性，只能对缺陷程度作定性分析，无法判断缺陷的具体类型，必要时需要结合开挖验证或其它手段才能对桩身质量情况有确定的了解，不能只依靠反射波法即对混凝土质量做出评价。

（2）声波透射法检测的准确度高，且不受桩长和长径比的限制，检测结果可直观反映桩身各个部位混凝土的质量情况和存在缺陷的位置、缺陷程度等。但对于检测中发现的异常情况不能随便轻易下结论，必须结合工程地质情况及施工资料对检测结果进行综合分析，以使得结论准确、可靠。

参考文献：

［1］TB10218-2008，《铁路工程基桩检测技术规程》

［2］JTG/T F81-01―2004，《公路工程基桩动测技术规程》

［3］JGJ 106-2003，《建筑基桩检测技术规范》

作者简介：钟宏波，男，汉族，山西浑源人，现就职神华包神铁路公司塔韩铁路项目部、本科、主要从事铁路建设工程技术管理。