桩身完整性检测及判定方法分析

龙行伟

深圳地质建设工程公司

摘要：围绕建筑工程项目桩身质量展开的检测工作至关重要，只有落实规范化检测流程，并选取适配的检测方法，才能最大程度上提高桩身质量效果，减少安全隐患对工程项目产生的危害，促进经济效益和安全效益的和谐统一。本文从受检桩选择、抽检数量等方面介绍了桩身完整性检测的相关要求，并着重对判定方法予以讨论。

关键词：桩身完整性检测；要求；判定方法

    随着建筑工程项目的不断发展进步，质量检测工作受到了更多的关注，要依据桩结构特性展开科学化桩身完整性检测分析工作，及时发现缺陷问题以便于采取相应处理方案，最大程度上提高桩身结构安全性。

一、桩身完整性检测的相关要求

（一）受检桩选择

为保证桩身完整性检测的及时性和准确性，要按照规范要求选取受检桩，确保能最直观地完成检测分析工作，减少人力资源和物力资源的损耗。

第一，一般是选取施工质量本身存在疑问的桩基结构。

    第二，要选取设计方在设计环节认定为较为重要的桩基结构开展检测。

    第三，要在分析工程项目地质情况和实际施工环境后确定局部地质条件异常区域，对该区域的桩基结构进行集中检测和分析。

第四，若是在整体施工作业中，选取不同的工艺流程和操作顺序完成桩基施工，则主要对其开展完整性检测。

第五，基于工程项目综合质量考量，同类型桩结构一般是采取均匀随机分布的方式选取受检桩。

（二）抽检数量

    1）柱下三桩或者是三桩以下的承台结构，抽检的桩数要在1根以上，依据设计规范和工程项目施工标准开展相应的检测分析工作，确保检测的准确性，从而更好地完成桩基结构整体质量评估工作。

2）工程项目设计等级为甲级，亦或是地质条件较为复杂，此时，成桩检测分析要结合桩结构的特点展开，从而确保整体检测分析水平满足预期。具体见表1。

表1 桩抽检数量

序号	类型	抽检数量
1	质量可靠性较低的灌注桩	≥总桩数的30%，且不得少于20根
2	其他桩基工程	≥总桩数的20%，且不得少于10根

值得一提的是，若是对端承型大直径灌注桩，要在规定抽检桩数范围基础上，利用钻芯法或者是声波透射法对部分受检桩予以完整性检测，且对应的抽检数量要控制在总桩数的10%[1]。

二、桩身完整性检测判定方法

（一）声波透射法

    声波透射法是较为全面且细致的检测方法，能对全桩长各个横截面桩身的完整性予以实时性检测以及分析，整体分析结果较为准确，并且，声波透射法现场操作非常便捷，不会受到桩长或者是长径比的限制，因此，大直径灌注桩中广泛应用声波透射法。

1.检测原理

在声波透射法检测分析中主要是借助声波检测仪、声测管、声波换能器等建立检测分析系统（如图1所示）。超声波检测仪作为整个系统的发射源，发射高频电脉冲波，此时发射换能器能对机械振动予以转换，形成超声波，接收换能器接收后就能获取超声波在混凝土结构中传播的实时性情况。

图1 超声波透射法检测分析系统

    在检测过程中一旦遇到不连续或者是破碎缺陷状态时，就会形成较为明显的波阻抗界面，必然会对声波反射、透射和折射产生影响，若是混凝土中存在严重的松散、蜂窝缺陷，甚至会存在散射和绕射，依据声学参数异常就能初步判定缺陷区域。

2.声测管处理要求

在声测管设置和埋深过程中，要结合工程项目的实际情况适当确定具体数量，以保证检测的准确性，减少检测盲区对最终检测结果造成的影响。具体数量见表2。

表2 声测管埋设数量

序号	形式	直径
1	沿着桩基结构直径布置	D≤800mm
2	呈正三角形布置	800mm
3	呈正方形布置	D>2000mm

另外，测管的直径要控制在50mm到60mm之间，下端到达桩底部、上端要高出桩顶100mm以上。测管结构和桩基结构轴线呈对称形态布置，并相互呈平行态，规格以及尺寸均维持一致。为了更好地提升测量分析的准确性，一般在声测管的上端和下端都要加设盖子，维持较好的水密封性，确保管内没有毛刺或者是异物才能开展后续作业，并选取钢管保证刚度和强度。

3.检测流程

    （1）在实际检测分析环节，要按照规定在基桩结构中预埋声测管，将其设定为换能器的基础通道。

    （2）检测过程中设定每2根声测管为1组，发射换能器在1根声测管中发射超声波，接收换能器在另外1根声测管中完成超声波信号的接收。值得一提的是，在实际测定分析环节，2个换能器要保持水平。

    （3）要借助仪器完成声时、幅度等基础声参量的记录和汇总，以此判定该位置2个声测管区间混凝土是否处于正常应用状态。

（4）收发换能器一般是从桩底同时向上移动，与此同时完成整个剖面混凝土的检测分析工作，在实际检测分析环节中，正是借助剖面的检测分析环节，就能完成桩身混凝土完整性的整体评估结果。

（5）检测分析环节中一般是利用“双孔法（1发1收）”或者是“三孔法（1发2收）”的处理机制，利用平测分析法完成全桩长测定，然后对可疑区域进行加密测点的斜测分析和扇形扫测分析，完成复测就能更好地判定桩基的实际位置，如图2所示。

图2 测试方法

    （6）测试数据的处理工作，要对各个测点的声速参数、波幅参数、主频参数等进行记录，并观察波形的变化完成数据存储。然后绘制声参数-深度曲线，依据测点计算标高数据，实现“声速-深度”曲线、“波幅-深度”曲线、“主频-深度”曲线的绘制，对比三条曲线就能完成异常测点综合分析和评估[2]。

（二）低应变法检测

目前，国内应用较为广泛的低应变检测方法就是反射波法，基于其简单实用的特点，要结合实际施工环境和具体检测要求予以处理。

一方面，受检桩要求混凝土强度在15MPa以上，受检桩混凝土的强度要达到设计强度的70%以上。并且，设计桩身界面较为规则的情况更适宜选取低应变法检测处理方案。与此同时，有效检测桩长的长径比≤30-50、桩长≤30m-50m的情况较为适用。

另一方面，低应变法检测的结果一般只是对桩身缺陷予以定性判定。在实测信号较为复杂并且没有规律的情况下，低应变法就能完成准确的评价，然后再结合其他方式完成定量处理。

1.原理

低应变法检测机制是基于一维波动理论，在实际测定中假设桩体本身是均匀且连续的一维线性弹性杆件，在桩顶施加对应激振力的过程中，能有效激发桩身形成纵向弹性压缩应力波，依据传播规律完成传播情况的分析，一旦介质传播中遭遇波阻抗界面就会出现反射等情况。也就是说，正是基于应力波的特性，一旦桩身某个区域截面存在扩颈或者是缩颈问题，介质自身的阻抗变化就会越来越明显，一部分波形成的反射台直接传达到桩顶，拾振传感器就能将其记录下来，以此完成桩身完整性的判定。如图3所示。

图3 低应变检测系统

2.具体操作

    第一，要对基桩龄期进行初步的测试。

    第二，完成桩头的处理工作，主要是凿除桩顶的浮浆和松散部分，确保桩顶平整且干净，桩顶的强度、截面的尺寸和桩身要基本维持一致。

    第三，配置对应的激振设备，一般是采取瞬态法的力锤或者是力棒，小直径桩和短桩采取激振力较小的力锤、大直径桩和长桩采取激振力较大的力锤或力棒。

第四，安装传感器。较为常见的传感器是压电加速度传感器（如图4所示），由于其固有频率较高，因此可测振动频率数值较高、频带较宽。结合桩径参数一般在对称桩心位置安装2到4个测点，若是实心桩，则安装在距离桩结构中心2/3R的位置，若是空心桩，则安装点和桩心、激振点和桩心连线平面夹角维持直角。与此同时，传感器的信号接收方向要保持和桩轴线方向一致，锤击力要沿着桩轴线方向予以施加，具备较好的重复性，利用叠加处理的方式优化信噪比。

图4 压电加速度传感器工作原理

（三）高应变法检测

高应变检测法是对桩土间产生永久变形进行动力检测承载力的重要方式，较为常见的检测方法包括CASE法和CAPWAP法。需要现场在桩顶下固定距离对称安装加速计和应变计，利用重锤冲击桩头的方式，有效分析沿桩身向下传递的应力波参数和桩土位移情况，在记录冲击波作用下加速度参数和应变参数后，利用基桩动测仪完成数据的汇总记录，配合相应软件分析结果，就能有效评估桩基结构承载力参数以及质量完整性参数。若是要进行现场检测，一般会选择CASE法[3]。

在CASE法中，要建立基桩模型、桩周土动力模型、桩周土静力模型等，综合分析相关模型的具体参数，对比标准数值，就能完成桩身完整性的评估工作。

（四）钻芯法检测

钻芯法在实际测定分析过程中，直接从桩身钻取芯样，对其进行观察并开展相应的抗压试验分析，结合试验获取的直观数据结果判定桩身混凝土的强度参数，从而更好地完成结构完整性的评估。正是基于钻芯法的处理特点，因此，一般对混凝土灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣以及桩身完整性予以测定时会利用钻芯法，能有效判定和鉴别桩端持力层的形态，更好地完成完整性评估。

另外，钻芯法测定分析的过程中，待检测的桩身混凝土龄期要在28d以上，或者是预留同条件养护试块，其强度要满足设计强度要求。钻芯法钻取芯的孔率要控制在0.5%以内，且桩结构的垂直度允许偏差要控制在1%以下。但是，钻芯法也存在成本较高、抽样率小等弊端，加之会对桩身结构产生轻微的损伤，所以要充分结合实际工程需求予以落实。

结束语：

    总而言之，桩身完整性检测工作具有重要的研究价值，要结合实际情况和适用条件选取适当的检测分析方法，发挥检测技术的优势作用，进一步综合评估桩身的完整性水平，提高其施工质量和应用安全效果，共同促进建筑工程项目桩身施工可持续健康发展。

参考文献：

[1]杨笔将. 预应力管桩多种检测方法判定桩身完整性[J]. 城市道桥与防洪,2019(7):322-327.

[2]沈家仁,李金耀,耿成珍. 人为因素对低应变法检测桩身完整性的影响分析[J]. 中国建筑金属结构,2021(8):64-65.

[3]杨伟刚,马捷,李健民,等. 低应变法检测桩身完整性能力验证探讨与分析[J]. 中国检验检测,2021,29(2):101-104.