低应变反射波法桩身完整性检测浅解

龚静芬

上海浦公检测技术股份有限公司，上海 201202

摘  要：灌注桩桩身缺陷性状比较复杂，受成孔质量和混凝土浇注工艺影响较大，难以判别引起缺陷的原因，同时受桩径的影响、特别是大直径桩，在同一桩身截面上缺陷分布上存在不均匀性，因此，应根据桩径的大小合理布置检测点，并收集成孔、混凝土灌注记录、地层资料，对存在的缺陷进行综合判断，必要时，采用钻孔取芯或其他合适的方法进行验证。

关键词：灌注桩；低应变反射波法；桩身缺陷；检测点数量；验证；准确性和可靠性

1 前言

随着城市化发展进程加快，土地的使用越来越受到限制，建筑物变的越来越密集、并且寻求向空中和地下拓展，钻孔灌注桩因成桩相对容易，成桩过程中基本不产生挤土效应，振动小，抗拔效果好，只要控制好成孔过程中泥浆收集、排放问题，对周边建筑物及环境的影响相对较小，适合在相对密集的建筑群以及对沉降控制严格的建筑物周围施工，因此，在高层建筑和地下建筑的基础中得到广泛应用。

由于成孔质量受机具、成孔工艺和地层等各种因素的影响，灌注桩桩径会发生变化，并存在蜂窝、空洞、夹泥、离析等缺陷，影响成桩的质量。低应变反射波法能方便快捷检测桩身完整性。

2低应变反射波法桩身完整性检测原理

根据一维弹性波在基桩内传播理论【1】，用手锤或力锤、力棒敲击桩顶，由此在桩顶产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波在沿桩身传播过程中，当遇到桩身阻抗Z发生变化的界面（如扩颈、缩颈、混凝土离析、裂缝、断裂等变化界面时，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度时程曲线。从曲线形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长，根据反射波的时域特性和幅频特性分析结果，根据上海市工程建设规范《建筑地基与基桩检测技术规程》表10.4.2所列特征综合分析，定性分析桩身完整性。混凝土的速度C及桩身缺陷的深度L可按下列公式计算:

C=2L/ΔT

根据上海市工程建设规范《建筑地基与基桩检测技术规程》第10.4.条第2款规定，应选取本工程同一条件下部少于5根的有代表性的完整桩的纵波波速值，计算桩身纵波的平均波速值Cm。

L'=1/2CmΔtx

式中:L--测点下桩长，m；

ΔT--速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差；

Δtx--速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差；

Cm--桩身波速的平均值，m/s。

3低应变反射波法桩身完整性检测步骤及注意事项

根据笔者多年的桩基检测从业经验，桩身完整性检测应该按以下步骤进行：

（1）收集资料

包括场地地层资料、设计资料以及施工工艺参数、成孔检测资料等。

应尽可能收集场地地质勘察资料，分析地层土性对成孔质量的影响。一般浅部厚填土结构松散、土质差，自稳定性差，成孔过程中容易塌孔，因此，成孔过程中护筒应穿过上部填土层进入原状土层一定的深度；另外，砂性土、由于粘性差，成孔过程中含砂土层自稳性差，成孔时砂粒较难通过泥浆循环系统置换干净，容易塌孔、缩径、桩底沉淤厚度超标【2】，流塑、软塑状的粘性土容易产生缩颈。其次，要收集成孔过程中的资料，成孔时间、护筒长度、标高、孔底标高、泥浆比重、灌注混凝土的方量、充盈系数，施工过程中清孔、混凝土供应、混凝土灌注、电力保障等有无异常情况发生，以及成孔完成后的成孔测试资料等，作为桩身完整性综合判定的参考依据之一。

（2）编写检测方案

根据设计和桩基检测要求，桩的用途等编写相应的检测方案，包括工程概况、检测方法、抽样方法、检测数量、检测时间、扩大抽检的要求等。

（3）检测前准备

根据成桩日期检查混凝土龄期，一般混凝土轻度达到设计标准的70%方能进行桩身完整性检测；灌注桩应整体截止设计标高、凿除桩头的疏松混凝土【2】，并对桩中心（激振点）和信号接收点处（避免钢筋笼主筋干扰）桩顶进行磨平处理。

（4）现场检测

采用低应变反射波法进行桩身完整性检测根，据桩径的大小选择合理的检测点数量，检测点应均匀分布，但每根桩的检测点不少于两个。同一检测点多次采集的实测波形应具有良好的一致性，不同检测点多次实测时域信号一致性差时，应分析原因【2】，同时，在发现代表存在桩身缺陷波形信号的测点位置，根据缺陷的深度、选择不能材质的激振锤，浅部缺陷应选择能产生较高频率材质的激振锤，如铁质的激振锤，中、深部缺陷应选择能产生较低频率且激振能量大的激振锤，如尼龙质地的激振锤或力棒，并适当增加检测点数量。

（5）实测波形分析

结合设计资料、成桩施工记录及地质条件，对实测波形进行时域、频域分析，对同一根被检桩不同测点的实测波形曲线进行对比，判定缺陷程度、类别，定性评定桩身完整性；选取有代表性的完整桩计算平均波速，计算缺陷桩的缺陷位置。

（6）采用其他方法验证

低应变只能定性桩身完整性，不能准确判定引起缺陷的原因：如离析、裂缝等，另外反射波地层等多种因素的影响，可能不能对缺陷进行准确判断、甚至形成误判，因此，有条件时，应采用钻孔取芯等方法进行验证，采用静载试验确定桩的实际承载力。

笔者通过几个低应变反射波法检测桩身完整性的工程实例，结合钻芯法验证、成孔资料检查等相结合的方式，详细说明低应变检测的步骤和注意事项。

4工程案例

4.1工程案例一

某新建桥梁工程，场地表层分布0.70～2.40m厚的填土，混杂砖块、碎石、砼块等杂物，土质松散；②层可塑～软塑状褐黄～灰黄色粉质粘土， 3.0m~12.1m为③层流塑状灰色淤泥质粉质粘土，3.2m~5.8m夹饱和、松散状灰色砂质粉土；12.1m~18.3m为流塑状淤泥质黏土，18.3m~28.8m为软塑~可塑状黏土，28.8m~43.1m为粉质黏土和粘质粉土互层，其下为中密状灰色砂质粉土。

本工程桥梁采用钻孔灌注桩基础，桩径Φ800mm，桩长43.0m，混凝土强度等级为水下C30，桩基持力层为灰色砂质粉土。

采用低应变反射波法检测桩身完整性，每根桩布置4个测点，十字交叉布置，其中一个方向与承台轴向平行，激振点位于桩的中心位置，D0-6号桩4个测点的反射波波形如图4-1。根据同一根桩不同位置的实测测点的波形分析，对比4个测点的反射波时域曲线，信号具有较好的一致性。

根据实测曲线的波形进行判别分析：1#、2#检测点在4.50ms、深度约8.2m处，出现正向起跳；1#、2#检测点在4.40ms、深度约8.0m处，出现正向起跳。说明桩身阻抗在8.0m~8.2m处由高阻抗界面进入低阻抗，由此判定该处桩身截面变小，或者出现混凝土夹泥、离析等现象。正向起跳幅度很小，判定极有可能存在缩径现象。根据反射波实测曲线波形可以初步判定该桩桩身完整性为Ⅲ类桩。

查找收集的打桩过程记录，施工过程一切正常，没有发生断电等情况，混凝土浇注过程中也没有发生混凝土供应不及时的问题，浇注和拔管速度正常，但套管下深只有3m，充盈系数为1.11，大于1.05。查找成孔过程中的成孔测试资料，在3.0m~8.0范围内扩径，最大桩径达到8.46m，桩身最小孔径不小于设计孔径。其原因是上部疏松的填土、③夹层松散状灰色砂质粉土、③层流塑状灰色淤泥质粉质粘土塌孔引起扩径，上部桩身因截面积增大造成桩身阻抗比正常桩径处阻抗加大，从而在实测反射波曲线上形成正向起跳。综合判定该桩桩身轻度缺陷，为Ⅱ类桩。

需要说明的是，由于持力层为中密状灰色砂质粉土，且桩长较长，因此，实测信号波形曲线中没有出现桩底反射信号。

图4-1  0-6号桩1#~4#接收点所采集的低应变曲线

4.2工程案例二

某基坑工程，基坑开挖深度14.5m，采用钻孔灌注桩作为抗拔桩，桩长31.0m，桩径Φ600mm，桩基穿越的地层为淤泥质黏土、砂质粉土、粉质黏土夹粘质粉土、粉砂，持力层为中密状粉砂，成孔条件较好。

B-49#桩，均匀布置3个检测点，采用低应变反射波法进行检测，3个检测点反射波波形如图4-2。

图4-2  49号桩1#~3#接收点所采集的低应变曲线

对实测波形进行分析，三个测点的波形一致性较好，1#测点在0.87ms处、深度约1.60m，2#测点在0.81ms处、深度约1.48m处，3#测点在0.74ms处、深度约1.40m处，均出现与首波的同向反射波，并存在多次反射，3个测点的缺陷深度稍有差别，在平面上表现出不均匀性。根据波形分析，判定该桩桩身存在明显缺陷，为Ⅲ类桩。

检查成孔资料，成孔过程中成孔速度、混凝土灌注未出现异常，充盈系数1.08，大于1.05，成孔检测数据孔径均、垂直度、沉渣火毒均满足设计要求。

由于缺陷深度距离桩顶较浅，仅为1.4m到1.6m，存在开挖验证的条件，经现场开挖验证，在桩顶下约1.4m到1.6m，存在混凝土离析现象，经设计同意，截桩超过离析位置后混凝土强度提高一级后重新浇注到设计标高。

5 总结

灌注桩质量主要由成孔质量和混凝土灌注过程控制，影响桩身完整性的因素比较多，通过检测点数量的增加和合理安排布置，可全面地了解桩身缺陷的分布情况【3】，同时，收集施工过程中的施工记录、成孔检测资料、地层资料，对缺陷性质进行综合分析，或用其他可行的方法，如浅部缺陷可以采用现场开挖验证，深度缺陷可以采用钻孔取芯进行验证，如同时埋设了超声管、可采用超声波检测桩身完整性等方法对低应变检测结果进行验证，可以进一步提高低应变检测的准确性和可靠性。

参考文献：

【1】上海市工程建设规范《建筑地基与基桩检测技术规程》（DG/TJ08-2018-2017）

【2】赵统玺，应用除砂工艺提高砂性土层钻孔灌注桩成孔效率的研究，价值工程，文章编号：1006-4311（2017）20-0136-02

【3】徐祥其，提高低应变反射波法检测桩身缺陷的准确度，土工基础，第23卷第3期，2009年6月