钻孔灌注桩完整性检测的综合应用

李军 李戟 张许平

(黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院，河南郑州 450003)

1 概述

灌注桩是指通过机械钻孔、人力挖掘等方法在地基土中成孔，放置钢筋笼后灌注混凝土而形成的桩。根据成孔方法可分为沉管灌注桩、挖孔灌注桩和钻孔灌注桩。

钻孔灌注桩包括冲击钻孔、冲抓钻孔和回转钻削成孔，均采用泥浆护壁施工法，其优点是在各种地基上均可使用，震动和施工噪声相对较小，基桩承载力高。但由于混凝土是在泥水中灌注的，在穿过不同地层时，泥浆指标控制不当，可能会造成塌孔等问题;同时由于孔底沉淤清理的不彻底、灌注时导管堵管或拔脱等，都会形成桩身质量缺陷，影响承载力的发挥。因此提高灌注桩检测水平，对桩身缺陷不误判、不漏判是每位检测技术人员应尽的职责，也是保障工程安全的前提。在基桩的完整性检测中，单一的检测方法因存在一定的局限性，而不能很好地反映桩身缺陷，容易发生漏判、误判。因此如何准确的判定桩身缺陷、性质就显得尤其重要。

本文结合工程实例系统地分析了通过超声波法、低应变法及钻孔取芯法在钻孔灌注桩完整性检测中的综合应用，相互印证，最终获取了比较满意的检测效果。

2 检测方法

2.1 超声波透射法

超声波透射法是在预埋声测管间发射接收超声波，测试声波在混凝土传播过程中声时、声频和声幅等声学参数的相对变化，来判定桩身完整性的方法。其原理为混凝土内存在破损界面形成波阻抗界面，声波经过时产生透射和反射，使接收到的能量明显减弱;混凝土内存在蜂窝孔洞等缺陷时，会产生波的绕射和散射，分析声波的初始到达时间、声频和声幅等声学参数的变化，可得到缺陷的性质、范围和空间位置。声波透射法可分为平测法、斜测法、扇形扫测及声波CT扫描。

我们在工程检测中，最常用的方法是平测法(见图1a))，即收、发探头在两声测管内同步移动且位于同一平面，优点是效率高，可迅速发现桩身缺陷的相对位置，但无法确定缺陷的范围和空间位置。图2为平测法超声波波列图。

若想进一步判定缺陷的范围，可采用斜测法(见图1b))，即收、发探头在两声测管内同步移动且保持一定的高度差。由于径向换能器存在指向性，两换能器高差不宜大于收发探头间的水平距离。斜射法可以判定缺陷的范围和空间位置，图3为斜测法超声波波列图。

采用扇形扫测法(见图1c))，可对缺陷进行更准确的划分，即固定发射探头，接收探头在平测夹角的±45°范围内移动，然后按一定步距移动发射探头重复前面的检测步骤。扇形扫测法包含了平测法或斜测法的全部信息，缺点是现场检测工作量繁重，这里就不再详细介绍。

图1 超声波检测平测法和斜测法示意图

图2 平测法超声波波列图

图3 斜测法超声波波列图

为了对所探测的对象有更加直观、全面的描述，近年来又出现了声波层析扫描探测的方法，简称为声波CT(见图1d))，为了获得测试断面可靠、准确的声波CT图像，必须对多测点进行交叉测量，由此可以看出此检测方法更为复杂繁琐，这里也不再叙述。

2.2 低应变法

目前通常采用瞬态冲击方式，实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，通过一维波动理论分析基桩的桩身完整性，称为反射波法。低应变法只能对桩身缺陷做定性判定，由于桩的尺寸效应、高频波的弥散、滤波等使实测波形畸变，加上桩侧土阻尼、桩身阻尼和土阻力的影响，还不能对缺陷进行定量的判定。因此检测规范没有要求低应变法区分缺陷类型，如果需要应结合施工情况、地质等综合分析，或采用其他检测方法(钻芯、声波透射法等)。

2.3 钻孔取芯法

钻孔取芯是一种局部破损或微破损的检测方法，具有直观、实用等特点，可以检测混凝土质量及强度、沉渣厚度、施工桩长与设计是否一致、持力层的岩土性状等，是检测钻孔、人工挖孔等现浇混凝土灌注桩成桩质量的有效方法，特别适用于大直径灌注桩的成桩质量检测，具有其他检测方法无法比拟的优势，其缺点为设备相对笨重，周期较长，桩长径比较大时，钻芯孔的垂直度难以控制，易偏离桩身。

3 工程案例

3.1 工程概况

某铁路桥梁工程，位于河南安阳境内，其地质条件比较复杂，地质层大多由粉质粘土、粉砂及细砂组成。全桥共有66根基桩，桩径1.25 m，桩长45 m，均进行了超声波法和低应变法检测桩身完整性。

3.2 检测过程

工作中首先进行超声波平测法检测，检测步距250 mm，检测未发现异常情况，然后进行低应变检测，发现在所检测的基桩中，5号桩在15.4 m处(波速4 000 m/s)有较强的桩间反射信号。这与之前的超声波检测结果不相符合，为了验证检测结果，在该区域进行超声波加密平测，步距100 mm，结果在15.4 m超声波信号异常，随后对该桩进行了超声波斜测，步距100 mm，B管探头在上(下)A，C管探头在下(上)，高差0.5 m，同样发现测点异常，同时经过斜测计算分析，缺陷部位靠近B管附近，大致可以算出缺陷范围。后进行了钻孔取芯验证，在15.4 m处有一长150 mm左右芯样破碎(见图4～图8)。

图4 5号桩超声波检测平测（步距250 mm）波列图

图5 5号桩低应变检测时域曲线

该实例由于缺陷厚度较薄，进行超声波常规检测时(平测法，步距250 mm)未能检出异常，造成漏判。经低应变法检测，发现存在桩身缺陷，随后进一步用超声波法判定缺陷的位置和范围，并得到钻孔取芯的验证。

3.3 工程处理

该桩被检出问题后，由业主召集，施工、设计、监理、检测单位参加，召开了多方联合会议，经过对施工记录和施工人员的调查了解，施工过程较为顺利，并无异常情况发生。通过对地质情况的核查，最终一致认为，该处缺陷应为流沙层对泥浆护壁破坏所致，最后由设计方给出了处理方案，此事故得以圆满解决。

图6 5号桩超声波检测平测（步距100 mm）波列图

图7 5号桩超声波检测斜测（B管在上，A管、C管在下，高差0.5 m）波列图

图8 5号桩钻孔取芯芯样

4 结语

通过以上案例，我们可以体会到在基桩检测过程中，由于基桩缺陷形式千差万别，而任何单一的检测方法都有其局限性，因此要做到数据准确、结论公正，就必须采用多种检测方法相互印证。

同时经过长期的检测工作发现，为避免形成桩身缺陷，首先应选择施工工艺，对于砂质地层，应尽量选择循环钻施工工艺，虽然旋挖钻施工可以大大缩短施工工期，但是，出问题的几率也会大幅提高，事故桩一旦发生，从事故性质判断查证、原因分析到制定处理方案，往往会花费大量的时间，严重制约工程进度。其次，施工过程中，应严格按照施工流程，严把质量关，对施工中所用机械设备、人员技术素质、原材料及配合比等诸多因素进行掌控，可有效提高灌注桩桩身质量。

［1］陈 凡.基桩质量检测技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［2］李 戟.超声波法在判定桩身缺陷范围中的应用［J］.勘察科学技术，2011(5):206-207.

［3］TB 10218-2008，铁路工程基桩检测技术规程［S］.

［4］魏 敏.谈地基基础检测［J］.山西建筑，2013，39(15):39-40.