桩身完整性检测方法在桩身整体入岩时的应用

徐业松

（上海同纳建设工程质量检测有限公司，上海 200331）

为统一铁路工程基桩检测方法，确保基桩施工质量，制定了《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019），用于铁路基桩的承载力和桩身完整性的检测和评定。铁路基桩的承载力检测，采用单桩静载试验和高应变法进行检测；桩身完整性检测，常用低应变反射波法和声波透射法为主，钻芯法和高应变法为辅。

低应变反射波法随着电子科技的发展，仪器设备越来越迷你化，无线、手机接收、智能化的发展让现场检测工作更加便捷，数据文件小，信号处理分析相对简单，并能比较直观得进行判读，所以低应变反射波法检测成本相对较低。由于低应变反射波法基于一维弹性杆件的检测原理，使其在检测软土地基中的等截面预制桩时相当快捷，能够快速准确得判断预制桩桩身缺陷位置。但对于混凝土灌注桩而言，因为混凝土灌注桩桩身尺寸受到地质条件的影响颇多，加上施工工艺等因素的影响，容易造成混凝土灌注桩桩身截面尺寸渐变或多变，桩身垂直度有可能随地质的变化而发生变化；桩身周围岩体也会对桩顶传下来的应力波进行反射，以上原因都会导致桩顶传感器接收的实测信号会复杂、无规律，无法对桩身质量进行准确分析和评定。

声波透射法是利用埋设在混凝土中的一定数量的声测管，通过换能器间发出或接收超声波信号，对采集到的声学参数信号（波形、首波声时、波幅、波速）进行分析，来判定桩身完整性的。因为需要埋设一定数量的声测管，施工当中还需要固定，相对来说成本较高；现场检测时仍需要较长时间，检测效率略低，但声波透射法可以通过平测、斜测、加密检测等手段对异常位置进行细测，能够确定混凝土缺陷的位置和程度，准确性较高；但是声波透射法只能检测声测管之间的混凝土质量，对于支承桩或嵌岩桩的支承情况，需要通过别的检测方法来确认，确保基桩承载力满足设计要求。

一、常用的检测方法及原理

（一）低应变反射波法检测原理及应用

低应变完整性测试检测原理主要基于弹性波传播理论。假设桩是一个连续的一维弹性构件。基桩检测时，桩顶受到锤击力，驱动桩体颗粒振动产生弹性波，弹性波沿桩身向下传播。在桩的传播过程中，不同的区段会出现透射波和反射波，反射波沿桩身向上传播到桩顶，被安装在桩顶的传感器接收，形成反射波测试信号。

对于桩周软土的混凝土灌注桩，桩身一般较长，长径比大，符合一维弹性构件模型。采用低刚度的重锤作为锤击法激振，激振能量大，弹性波在桩体传播过程中衰减慢，适用于获得桩身深部缺陷或桩端反射波；采用高刚度的轻锤作为锤击法激振，适用于识别和定位桩身浅层缺陷。因此，对于桩周软土的混凝土灌注桩，可以通过调整锤击激振方式来测试桩的浅层部分和一定深度的桩身完整性。

对于一般的嵌岩桩或支护桩，根据地质条件、施工工艺和施工条件，可以推断桩进入岩石的位置，根据测试信号的共同特征和规范，可以综合判断桩的完整性。

但是，对于整个桩身都在岩石中的混凝土灌注桩，岩石特性、岩石与混凝土之间的胶结作用等，会对弹性波在桩身中的传播产生影响。如果桩周岩石强度与混凝土强度匹配良好，弹性波会通过桩体传播到桩体周围的岩石中，导致激发能量衰减过快。弹性波进入桩周岩石形成的反射波也会对安装在桩顶的传感器采集的测试信号产生很大影响。即使使用刚度较小的重锤，采集的测试信号也不能反映出桩身质量。

（二）声波透射法检测原理及应用

混凝土灌注桩的声波透射法检测方法是在桩中埋设若干根平行于钢筋笼并固定在钢筋笼上的声波管，现场检测时，将超声波换能器放入注满清水的声测管中，通过超声换能器之间发射或接收超声脉冲波，将接收到的信号通过检测设备转换成波形图，然后通过电脑软件计算、分析得出桩身完整性结论。

超声波换能器在声测管内部上下移动，对声测管间混凝土进行完整性检测，当超声波在混凝土中碰到缺陷时，会产生绕射、反射、折射，使超声波传递路程变长、能量衰减增大，从而使接收换能器接收到的信号发生改变，通过对接收到的超声波脉冲的声学参数(首波声时、波幅)及波形的变化，可以判断声测管间混凝土内缺陷，并通过斜侧、加密测，进一步确定缺陷的范围和程度。但声波透射法只能测声测管之间混凝土的完整性，对于超长、大直径混凝土桩来说，是一种比较适用的检测方法。

二、工程案例

某高速铁路项目，某桩基承台采用混凝土灌注桩，桩长6m，桩径1m，桩身混凝土强度C30，根据施工钻孔地质柱状图，整根桩身在“泥质条带灰岩（弱风化）”内。

依据《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）第4 章“低应变反射波法”第4.1.2 条“本方法检测的基桩桩径应小于2.0m，桩长不大于40m。当现场组织试验时，桩长标准可根据现场试验数据确定”。依据规范要求，现场采用低应变反射波法对桩身完整性进行检测。

（一）低应变反射波法检测的应用

该承台共有9根桩，现场进行低应变反射波法检测时，发现实测信号复杂，无规律，部分桩波形在2L/c 时刻前出现明显缺陷反射波。

根据现场低应变反射波法实测信号，选取了1 号桩开展钻芯验证工作，1 号桩实测波形见下：

从实测波形可以看出，桩顶以下2m 左右波形反向反射，疑似扩径，但现场成桩方法采用的是冲击成孔施工法，根据施工资料显示，在成桩过程中，没有塌孔现象，不存在扩径的可能；在桩顶以下3.8m 左右，有明显的同向反射信号，即明显缺陷反射波信号。依据规范，低应变反射波法判定该桩为III 类桩。

（二）钻芯法验证结果

为确保工程质量，有效降低工程风险，避免误判，所以开展必要的验证工作，验证方法采用钻芯验证。根据《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）第10 章“钻芯法”对1 号桩进行钻芯验证工作，芯样图片如下：

从图片可以看出，混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状，断口吻合，仅见少量气孔，符合《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）中“表10.6.2”中关于I 类桩的“混凝土芯样特征”。

（三）测试结果分析及综合判定

通过对低应变反射波法实测波形的分析，结合1 号桩的钻芯验证结果，又陆续对波形复杂的3 号、6 号、7 号桩进行钻芯法验证工作。从混凝土芯样判定，3 号、6号、7 号桩，钻芯法验证结果均为I 类桩。

结合多种检测方法综合判定，该工程该承台1 号、3 号、6 号、7 号桩均综合判定为I 类桩。

三、结论

低应变反射波法是假定桩为一维弹性杆件模型，适用于规则截面，应力波传递过程中还受地质条件，桩身截面变化，土阻力、桩长、长径比、桩端约束条件等多种因素影响。对于工程基桩，常出现低应变实测信号复杂、紊乱或者难以解释的现象，为确保检测准确性，避免误判造成损失，尚需开展必要的验证工作。

对于整个桩身在岩石内的基桩，桩身周围的岩石性质、强度、混凝土和岩石的胶结、岩石在成桩过程中的受损情况等，都将直接影响低应变检测法实测信号波形。若桩身周围岩石和混凝土匹配较好，桩顶的锤击应力波也将传入桩身周围的岩石中，那么桩顶传感器接收的反射波信号就会受到岩石中反射波的干扰，就不能完整得反映桩身质量，从而对低应变检测结果形成影响，容易造成误判；然而之后的验证工作，也增加了工程成本，耽误了施工工期。

所以，建议对整个桩身在岩石内的基桩，桩身完整性采用声波透射法进行检测。根据声波透射法准确性高的特点，只需埋设声测管，就能进行桩身完整性检测工作，并且可以定量分析出桩身缺陷的位置和程度。增加的声测管的成本相对于低应变检测钻芯验证工作和工期成本还是比较低。