桩基检测技术在岩溶地区的应用与难点

钱钊海

（清远市交通运输工程质量检测站有限公司,广东 清远 511518）

0 引言

广东省的气候特征导致其岩溶地区的岩石富水性和透水性极强，岩溶的发育相对来说较为成熟。其最为显著的特点是如果遇到含有二氧化硫的流水侵蚀会造成沟槽或者溶洞等形态产生[1]。岩溶作用下，岩体的结构发生变化，使得岩溶地质的结构呈现出非常强的复杂性，给工程项目的建设带来很大的难度。岩溶地区的桩身完整性检测方法有低应变反射波法、声波透射法和钻孔取芯法等，每种检测方法在适用范围、测试条件，测试操作、检测成本上也各有不同。岩溶地区的桩基质量检测的重点、难点主要有：低应变反射波法难以对公路工程的超长桩、长径比很大的桩做出准确判定；声波透射法容易造成声测管堵管，桩身缺陷容易漏判、误判；钻孔取芯法外业作业时间长、仪器设备笨重等。

1 桩基检测技术在岩溶地区的应用

1.1 桩基检测技术

常用的钻孔灌注桩桩基检测方法有低应变反射波法、声波透射法和钻孔取芯法。低应变反射波法和声波透射法均可检测桩身完整性和缺陷位置及程度，判定桩身完整性类别，且都属于无损检测方法。这两种检测方法具有检测仪器相对轻便、操作简单、检测成本低等优点。经低应变反射波法和声波透射法两种方法检测后，对桩身缺陷仍存在疑问时，可用钻孔取芯法对上述两种测试方法的测试结果进行验证。钻孔取芯法所使用的设备笨重、工序耗时且复杂、检测成本高，可以检测桩身长度、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，鉴别桩底岩土性状，准确地判定桩身完整性类别，检测成果直观可靠[2]。

1.2 低应变反射波法检测技术在岩溶地区的应用

反射波法的基本原理为：把桩视为一维弹性均质杆件，在桩顶锤击产生入射波，入射波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面或桩身截面积发生变化时，向下传播的入射波将产生反射波。经仪器接收放大、滤波并经过数据处理，可快速有效地判断桩的完整性和质量，鉴定桩的缺陷性质，确定缺陷位置[3]。

在岩溶地区的工程项目中，桩基的成型不一定完全符合一维杆件的模型，桩基础是一种水泥混凝土、钢筋等混合物的复合体，内部结构复杂，桩身—桩侧土—桩底持力层又是构成一个极其复杂的介质体系，反射波产生叠加干扰，需准确判断并排除干扰波形，才能做出科学、合理的判断[4]。

1.3 声波透射法检测技术在岩溶地区的应用

声波透射法是公路工程项目中常用的桩基检测方法，该测试方法能够非常精确地检测到桩身混凝土存在的缺陷及缺陷的位置、程度和范围。声波透射法的检测结果是比较准确和可靠的。当前，钻孔灌注桩方式在公路工程项目桩基工程中应用较广，声波投射法对于钻孔灌注桩容易出现的夹泥或者断桩现象也能够做出较为准确的检测，因此其在岩溶地区的桩身基础完整性检测中应用非常广泛。

1.4 钻孔取芯法检测技术在岩溶地区的应用

在对桩基施工中的单桩承载力检测方面，一般采用钻芯法为主要的检测手段。钻芯法可以对单桩的桩身质量进行全面、直观的观察分析，通过对桩身混凝土质量、柱底沉渣的厚度以及桩底基岩完整性的进一步检测，然后进行抗压强度试验对混凝土承载力的实际情况进行验证，最后综合数据分析的结果对桩基承载力进行综合测量。

钻孔取芯法中，钻孔数量和位置需符合有关规范和文件的要求，并根据规范截取芯样送试验室进行抗压强度试验后确定桩身混凝土强度、持力层岩石强度和沉渣厚度等。在使用钻机进行钻井作业时，要严格控制钻芯孔垂直度偏差，避免钻井时对钢筋造成严重损伤和对钻头造成严重磨损。在钻芯作业完成后，还要注意整理整个钻芯过程中涉及的参数，对芯样、桩号、钻芯孔号、孔深缺陷位置等进行拍照，并认真保存相关的数据和资料，为后期的桩基检测提供可靠数据支撑。

2 桩基检测技术在岩溶地区应用的重点、难点分析

2.1 低应变反射波法

低应变反射波法检测一些超长桩或长径比很大的桩，由于桩顶激振传播和反射受桩身多种因素的影响，常测不到桩底反射信号或反射不明显，此时反射波信号不能被准确有效地识别，较难判别。当桩身截面渐变或多变，且混凝土不均匀时，对于预制桩、嵌岩桩的反射信号多变，容易造成误判等。在实际应用中仅通过反射波的信号特征来判定桩身缺陷均有一定的难度，还需结合工程地质条件和具体的施工过程资料来综合分析评判。

2.2 声波透射法

由于桩基础为隐蔽工程，声波透射法作为一种无损检测方法检测桩基混凝土浇筑质量，不确定因素较多，容易出现误判、漏判情况：

（1）桩底声测管弯曲：在安装钢筋笼的搬运和吊装过程中，因操作难度大和工作的不严谨，钢筋笼经常发生碰撞或拖动，声测管容易发生弯曲变形。测试时声测管弯曲区域声速会异常偏高，波幅会降低，由于桩底是容易发生缺陷的部位，根据此类波形图很难准确判定桩底存在何种缺陷，很可能发生漏判、误判的情况，给工程项目留下质量安全隐患[5]。

（2）在预埋声测管的桩基水下混凝土灌注过程中，由于往往是水下作业且声测管绑扎或焊接不牢固等，容易造成声测管倾斜，导致超声波声速超出混凝土正常声速范围，出现“声速可疑”。但往往这种“可疑”会随着声波的传播有一定的规律变化，如在某一深度范围内有规律的偏高或偏低，此项检测数据借助分析软件反映在波形图或波列图中也可容易辨别出来（如图1所示），在采用曲线拟合等方法进行修正后，可重新计算声速；但遇到测点的声速在某一深度范围内“可疑”，但声速变化无规律时，不能随意进行管斜修正，以免对缺陷造成误判，要综合考虑测试数据和施工记录资料等方可对桩基进行综合评判[6]。

图1 “可疑声速”的有规律变化

（3）钻孔取芯法中，桩身完整性评判依据有各孔芯样的松散、破碎、夹泥等情况分析。钻芯过程中应对钻孔、高程、芯样、沉渣厚度、持力层等做详细记录。芯样试件的取样位置和加工也是直接影响桩基质量评判的关键因素。垂直度偏差超过±2.0°时或平整度偏差超过±0.1 mm时，试件的实测强度可能比真实强度偏低，这也是钻孔取芯法中的工作难点。

在桩基检测工作中，当采用单一检测方法出现上述问题时，为更好地对桩质量作出判定，应首先采用低应变反射波法—声波透射法互为验证的方法对桩身和桩底是否存在缺陷进行校核。仍有怀疑时，采用钻孔取芯法进一步验证，综合评判。

以我市连山县小三江镇加田至立星大风坑旅游景区段公路改建工程AK0+133大桥0-2桩桩基检测为例：

该桩基经声波透射法检测，发现桩身存在严重缺陷，经判定为Ⅳ类桩，后经建设单位要求，采用钻孔取芯法对该桩进行验证性检测（钻取芯样见图2）。钻孔取芯并芯样试件检测后的基本情况如下：

图2 0-2桩钻芯全貌

0.00～28.33 m为桩身，混凝土芯呈长柱状，节长一般0.02～1.58 m，最长1.58 m，芯样表面较光滑，粗细骨料分布较均匀，混凝土胶结较好、密实，该段桩身连续性一般，断口拼接基本吻合，其中0.00～2.0 m为桩头凿除部分、17.06～18.36 m处见破碎状混凝土、18.36～18.61处见沟槽。采取率为95%。

在2.78～3.32 m、13.61～13.96 m、27.52～27.86 m取混凝土芯样3组，其抗压强度代表值分别为：33.1 MPa、46.3 MPa、47.1 MPa。

28.33～30.71 m为持力层，未能见持力层芯样样品，但抽取时见黄色泥水。

该桩经钻孔取芯法检测结论如下（检测结果及结论汇总见表1）：

表1 0-2钻孔取芯法检测结果及结论

（1）桩身完整性判定：该次检测1#孔混凝土芯基本连续完整，断口拼接基本吻合，粗细骨料分布较均匀，混凝土胶结较好、密实、其中0.00～2.0 m为桩头凿除部分、17.06～18.36 m处见破碎状混凝土、18.36～18.61处见沟槽。综合判定，桩身完整性类别为Ⅳ类。

（2）混凝土芯样试件抗压强度评定：在桩身有代表性部位抽检混凝土抗压强度，桩身混凝土抗压强度代表值为33.1 MPa，满足强度C30的设计要求。

（3）桩底沉渣评定；未能见持力层芯样样品，对沉渣情况不做评定。

（4）桩长情况：该桩钻孔检测有效混凝土桩长实测为28.33 m（未凿桩头），与施工记录有效桩长28.6 m基本相符。

（5）桩端持力层评定：无法抽取持力层芯样上来。

3 结语

当前我国基础设施进程的不断加快对工程建设的质量安全提出了更高的要求。桩基检测技术是桩基质量控制的重要环节，在对桩基进行检测时，要根据实际情况，选择低应变反射波法—声波透射法—钻孔取芯法中的两种或三种方法互为验证的检测方法对桩基质量进行评判，加以验证。将上述三种方法有机结合，并考虑工程地质条件、桩的设计资料、施工方法和记录等因素进行综合分析，对桩基质量作出评估，进而为整个公路桥梁工程项目的质量安全提供可靠的保障。