桥梁基桩桩身完整性质量评价中几种检测方法的综合应用及评价

谷 牧，熊昌盛，董承全

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

桥梁基桩把上部结构荷载传递到较深或较好的土层，在整个结构受力中起到重要的作用，作为一项隐蔽工程，桥梁基桩的质量受施工技术、施工工艺、施工管理水平和人员素质等诸多因素的影响，可能存在多种质量问题。目前在工程实践中，对桥梁基桩主要进行完整性质量检测。

桥梁基桩完整性质量检测一般采用三种方法:超声波透射法、低应变反射波法和钻芯法。在实际检测中，一种检测方法一般无法得到准确的结论，而几种检测方法在可靠性和经济性方面存在不同程度的局限性，多种方法配合时又具有一定的灵活性，根据实际情况同时选用两种或以上的方法进行检测，使各种方法能够相互补充验证，以提高检测结果的可靠性［1］。本文将通过对三种方法在工程应用中的实际经验，采用一种或几种检测方法配合，达到相应的检测目的。

1 基桩检测方法简介

1.1 低应变反射波法

低应变反射波法是根据波在一维杆件中的传播原理，通过在桩顶激发一弹性脉冲波，该波沿桩身向下传播，当遇到桩身阻抗发生变化时，产生一反射波，由安装在桩顶的传感器接收，根据该反射波的传播速度、波形特征，分析桩身完整性。低应变反射波法的应用受基桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比等因素的限制。由于受桩型、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料阻尼等因素的影响，桩过长(或长径比较大)、桩周地质复杂、桩身截面阻抗多变或变幅较大引起的应力波多次反射，往往测不到桩底反射或正确判断桩底反射位置，从而无法评价整根桩的完整性。另外，检测结果分析判定的准确性与操作人员的技术水平和实践经验有很大关系。

1.2 超声波透射法

超声波透射法是利用超声波发射换能器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，并由接收换能器接收波形，对波的到时、波幅、频率及波形特征进行分析，就能判断混凝土介质及桩身的完整性以及缺陷的性质、位置、范围及缺陷程度。

1.3 钻芯法

钻芯法是一种局部破损检测方法。通过在桩顶沿桩身向下钻取混凝土芯样，观察记录芯样特征、位置，可确定桩长、缺陷性质、缺陷程度，通过芯样试压，可判定混凝土强度，还可以检测桩底沉渣厚度、混凝土与持力层的接触情况。

1.4 三种基桩检测方法比较

三种检测方法比较见表1。

2 检测方法的工程应用

在铁路新建线路桥梁基桩的完整性质量检测中，桩长＜40 m，且桩径 ＜1.5 m的基桩采用低应变反射波法，否则需要根据桩径大小，预埋2～4根声测管［2］，采用超声波透射法检测，而钻芯法一般作为以上两种方法的补充和验证。在进行的实际检测工作中，发现声波透射法的检测结果一般比较可靠，采用钻芯取样验证基本都能得到一致的结果，低应变反射波法对中浅部缺陷往往能反映出来，缺陷的程度和准确位置则无法很好确定，尤其是对桩顶和桩底混凝土缺陷，低应变反射波法往往无法准确判定。下面选取了一些工程检测中有代表性的部分实例，进行两种或三种检测方法综合应用与比较。

表1 三种检测方法比较

1)桩身存在一处缺陷，三种检测方法综合应用。某新建铁路特大桥87号承台，设计桩数16根，桩长64 m，桩径1.5 m，混凝土强度等级 C40。桩周地质从上至下为:黏土、粉土、粉质黏土。87-11号桩预埋3根声测管，检测时发现有1根声测管在桩顶部位堵塞，对未堵塞声测管对应的混凝土剖面采用声波透射法检测，发现检测波形的声学参数在24.25～25.75 m段明显异常，检测波形见图1;由于堵管，其他两个剖面无法实施声波透射法检测，为了对整桩完整性质量进行分析，采用低应变反射波法补充检测，检测波速设定为4 200 m/s，发现在23 m位置有明显缺陷反射，检测波形见图2(a)。为了进一步验证桩缺陷程度，随后在堵塞声测管边距桩中心25 cm处钻芯取样，钻取深度为28 m，最终在24.3～25.8 m段只能提取少许破碎芯样，见图2(b)。综合三种检测方法，最终判定本桩为Ⅳ类桩。在钻取芯样中取出最长的一根，采用低应变反射波法测定混凝土波速为4 364 m/s，重新定位缺陷位置为24 m，与声波透射法检测结果一致，见图3。另外，为了得到缺陷部位完整的声测资料，把钻孔作为3号孔和另外两根未堵声测管进行声波透射法检测，从而得到三个剖面完整的资料。

图1 87-11#桩声测波形

图2 87-11#补充检测

图3 87-11#桩钻取芯样测定波速

2)桩身存在多处缺陷时，超声波透射法可以发现所有缺陷，而用低应变反射波法检测可能发现不了下部缺陷。

①某铁路特大桥，346-3#桩设计桩长44 m，桩径1.25 m，C40混凝土。桩周地层为粉砂、粉质黏土、粉砂、细砂、粉质黏土和细砂。用声波透射法检测发现2.5～4.5 m，12～13 m，17.5～18.5 m 三处存在明显缺陷(见图4)，判定为Ⅳ类桩。采用低应变反射波法测试，激发波形如图5，浅部出现双峰，随后是大的低频段，下部缺陷无法判定。

②某特大桥下行线36-2#桩设计桩长42 m，桩径1.0 m，C30混凝土。声波透射法检测7 m、10 m两处严重缺陷(见图6)，判定为Ⅳ类桩;低应变反射波法检测波形如图7，只是在7 m处有清晰的缺陷反射，后面无法看到其他缺陷，从缺陷同向反射程度来看，可以判定为II类桩。因此，如果此桩仅采用低应变法检测分析，可能会造成误判，从而漏判不合格桩。

3)存在桩顶或桩底混凝土质量缺陷时，低应变反射波法检测可能会漏过缺陷。

①某特大桥329-12#桩，设计桩长54 m，C40混凝土，桩径1.5 m，声测法检测发现桩顶2 m范围内混凝土质量存在缺陷(见图8)。通过调查发现是由于混凝土灌注时超灌不够，造成夹杂浮渣的差混凝土留在桩顶，这种现象在实际施工中并不少见。而分析低应变反射波法检测波形则看不出存在缺陷的迹象(见图9)，表现出来的是差混凝土和好混凝土之间阻抗变化造成的反向反射波，很容易判断成扩径桩。

②某特大桥348-2#桩，设计桩长 47 m，桩径 1.0 m，C40混凝土。桩周地层为粉质黏土、粉砂、细砂。一根声测管在桩顶处堵管，声测法发现桩底7 m存在明显缺陷(见图10)，采用钻芯法验证，桩底芯样破碎，无法取出。低应变反射波法检测波形无有效桩底反射(见图11)，未能有效判断桩底缺陷。

图4 346-3#桩声测波形图

图5 346-3#桩低应变法测试波形图

图6 36-2#桩声测波形图

图7 36-2#桩低应变法测试波形图

图8 329-12#桩声测波形图

图9 329-12#桩低应变法测试波形图

图10 348-2#桩声测波形图

图11 348-2#桩低应变法测试波形图

3 结论及建议

超声波透射法能够很好地发现基桩桩身范围内各个部位的缺陷，并且能够和钻芯法检测结果很好地对应起来，一般不会误判、漏判重大缺陷;对于桩身中浅部缺陷，低应变反射波法、超声波透射法和钻芯法，一般能够很好地对应起来，但是低应变法对缺陷程度的判定具有不确定性，存在误判风险。对于桩顶和桩底部位缺陷，由于尺寸效应和应力波弥散等因素的存在，低应变反射波法有时不容易发现此类缺陷，存在漏判风险。采用低应变反射波法检测经济、快捷，但是由于方法局限性，具有一定的误判、漏判风险。怀疑基桩有缺陷存在时，结合钻芯法进行补充检测、验证是必要的;如果有两个或以上钻孔，可以采用超声波透射法补充检测。在条件允许的情况下，应尽量采用超声波透射法检测，这样可以最大程度地避免潜在的质量风险。

［1］陈凡，徐天平，陈久照，等.建筑基桩检测技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［2］中华人民共和国铁道部.TB20118—2008 铁路工程基桩质量检测技术规程［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［3］马建忠，洪岩，温和春.海外工程桩基施工质量控制实践［J］.铁道建筑，2010(11):93-97.

［4］董承全，李晋平，熊昌盛，等.声波透射法桩身完整性检测分类标准定量化初探［J］.铁道建筑，2010(4):66-68.