基桩缺陷的检测判定及工程处理

基桩缺陷的检测判定及工程处理

秦永朴

河南省国安建筑工程质量检测有限公司450048

摘要：随着现代社会经济的不断发展，桥梁在交通运输领域的重要作用也日益凸显。桥梁设计理论和施工技术的进步使得桥梁跨度不断有新的突破，结构型式和功能也日趋复杂。基桩作为桥梁的重要组成部分，其安全性和施工质量也越来越得到关注。迅速、准确、经济地对桥梁基桩的安全性进行检测也成为了桥梁工程质量验收的重要组成部分。如何根据桥梁工程中基桩的不同结构型式及特点，在声波透射法、低应变法、单桩竖向抗压静载试验及钻芯法等不同的检测方法中进行选择，使用一种或者是多种检测方法相结合，对桥梁基桩的内部缺陷进行对比检测，以确保基桩的安全使用，是值得深入研究的问题。

关键词：声波透射法；桩身完整性；波形；频率

为了确保基桩的施工质量能够满足设计承载力的要求，必须对桩身结构进行检测，主要是指工程基桩的承载力和桩身完整性的检测与评价。目的是判定桩身完整性，查清缺陷及其位置、范围，以便对影响基桩承载力的桩身缺陷进行必要的补救，保证工程质量，不留下事故隐患。在这种情况下，出现了数种检测方法以确定桥梁基桩的承载力或是完整性。由于在不同的行业内执行不同的检测规范，同样的检测方法也有不同的名称。如市政工程适用规范《建筑基桩检测技术规范》（JGJl06—2003）中检测方法名称分别为：声波透射法、低应变法、单桩竖向抗压静载试验、钻芯法；铁路工程适用规范《铁路工程基桩检测技术规程》（TBl0218-2008）中检测方法名称分别为：声波透射法、低应变反射波法（瞬态激振时域频域分析法）、单桩竖向抗压静载试验、钻芯法；公路工程适用规范为《公路工程基桩动测技术规程》（JTG／TF81O-2004）中检测方法名称分别为：超声波法、低应变反射波法。虽然名称略有差异，但其检测原理是一致的。在本文中，统一使用《建筑基桩检测技术规范》（JGJl06～2003）中的检测方法名称，即：声波透射法、低应变法、单桩竖向抗压静载试验、钻芯法。

1桥梁基桩检测方式

混凝土测缺技术应用较多的是超声脉冲法，该法简单易行，效果较好。然而，在各种复杂的工况条件下，要想达到准确的判断效果，也确非易事。在桥梁基桩测试中，超声脉冲法和反射波法是使用较多的非破损检测方法，为了探测基桩内部情况，使用超声法检测时必须使超声脉冲穿过基桩的各个不同的横截面，为此，可先预埋探测管作为探测通道，根据探测管预埋的位置分为两种方法：桩内孔检测和桩外孔检测。

1.1桩内孔检测：根据检测孔的数量分为：

1.1.1单孔检测基桩内只有一个预埋测管孔，换能器放于孔中，探头之间用隔声材料隔离，探测的声波从水或混凝土中分别绕射到接收换能器，此时，接收信号是由水和混凝土等声路传播信号的叠加，可以运用信号处理技术，分析这一叠加信号，以排除管中的混响干扰以及各种反射信号叠加的影响，只有这样才可分析出混凝土中的缺陷情况。

1.1.2多孔检测基桩内有两个或两个以上预埋测管，在一对测管里分别放置发射探头和接收探头，检测时超声脉冲通过两个测管之间的混凝土，因此，只要测管布置得当，就可以测出有效面积中的缺陷。

1.2桩外孔检测：若在基桩内不便预埋管孔，或基桩顶部结构已施工完毕，则可在基桩外作一检测通道，这种方法对于长桩和大直径的桥梁基桩不太适用，但可作为辅助测量

1.3判断基桩缺陷的几个重要参数：

1.3.1声时值：当超声脉冲穿过或绕过缺陷时，声时值增大，而且增大的数值与缺陷大小有关。

1.3.1波幅：缺陷区声阻抗较低，对于声能具有吸收、反射、散射作用，故而到达接收探头的声能明显减少，波幅也随之降低。

1.3.2频率：缺陷区会产生频漂现象，即接收信号主频下降，其变化的百分率与缺陷的严重程度有关，实际上是声能衰减的缘故。

1.3.3接收波形：缺陷区的存在往往使波形产生畸变，波形畸变原因复杂，但不管怎样它是混凝土内部的信息的反映，若能对波形进行准确处理，则可对缺陷定量分析。根据上述参数，可绘制接收频率-深度变化曲线、波幅-深度曲线、声时-深度曲线等，以便作出判断。

1.4基桩缺陷检测结果分析与判断：判断方法可采用数值判据法和声场阴影区重叠法。

1.4.1PSD深度-判据曲线：PSD判据是一种重要的数值判据法，它对缺陷非常敏感，根据测量值绘制判据曲线，可以很直观地做出可疑点的判断。在钻孔灌注桩中，混凝土的均匀性较差，超声声时值也较为离散，再加上其他因素的影响，如声测管变形、钢筋笼变形等，这些非缺陷因素的影响可能引起误判，PSD判据基本上能够消除这些因素的影响。它可以用于一般缺陷或断桩等严重缺陷的检测，若要对缺陷大小进行定量检测，也可以用有关理论计算公式，但只是估算值。

1.4.2声场阴影区重叠法在可疑点处，将一探头固定在一测管内，另一个测管内的探头上下移动，确定声场阴影边界位置，然后交换测试，确定另一面的阴影边界位置，如此从多测向进行，即可确定缺陷区较为精确的边界位置。

1.5反射波法检测原理：反射波法是对基桩桩顶施加瞬态激振力，并沿着基桩桩身传播，用加速度（或速度）传感器接收桩头的响应信号，当遇到桩体内部缺陷时，由于存在显著的波阻抗界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩径、扩径等），应力波会在缺陷处产生反射信号，通过研究桩顶速度随时间变化的曲线，可以判断基桩内是否有缺陷存在。上述方法，在实际测试中，必须灵活运用，相互佐证。

2桥梁基桩综合实测

某桥梁为下承式钢管混凝土拱桥，采用机械钻孔灌注桩，其持力层为微风化岩层，设计总桩数28根，桩长24m左右，桩径1800mm，设计混凝土检测方法采用超声脉冲法和反射波法：超声脉冲检测：利用数值判据和声场阴影重叠检测结合进行，测试主要设备为RS-ST01C数字超声仪。在基桩施工前，于每根桩布置3根声测管，呈等边三角形，边长1350mm。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中发射出去，另一根声测管中的换能器负责接收信号，换能器同时从桩底向上按照0.5m的间距逐点检测。

2.1桩身缺陷：以声速临界值、波幅临界值和PSD判据进行综合判定，利用声场重叠法进行检测佐证。

2.2桩身均匀性按声速离散系数分为A、B、C、D四级。

2.3根据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷的严重程度，将桩身的完整性分为4类：I类桩-桩身完整，为优良桩；Ⅱ类桩-桩身存在局部小缺陷，基本完整，但为合格桩；Ⅲ类桩-桩身存在局部严重缺陷，为不合格桩；Ⅳ类桩-桩身存在断桩等严重缺陷，为不合格桩。通过对测量获得的数据及波形图分析，该桥梁有一根Ⅱ类桩（合格桩），其余均为Ⅰ类桩（优良桩）。

桥梁基桩缺陷检测是一项复杂的技术工作，尤其对于长桩和大直径桩，现有的理论与实际探测还有许多问题有待于进一步研究解决。在桥梁测试中，利用PSD判据进行判断，并进行了一定的定量计算，但只能是估算值，用声场阴影重叠法作为进一步细致的探测，但实际测试说明，由于各种界面的慢反射及低频声波的绕射，有时使声场阴影边界十分模糊，本来很小的缺陷变得较大，在桥梁的测试中就有这种情况，用反射波法进行测试，综合评判为合格桩。另外，在测试中，个别基桩由于测管有异物也影响了判断结论，因此，测试前必须做好充分细致的准备工作，利用各种参数综合评判，不断地积累经验，结合实际施工情况，对实测结果做出准确的判断。

参考文献：

[1]桥梁基桩缺陷的综合检测技术[J].刘清元，谈桥，吴安新.岩土工程界.2004（03）

[2]Ⅲ类基桩原桩破除原位成桩处理技术[J].石立国，刘强.交通科技.2008（06）

[3]大应变法测试桥梁基桩竖向承载力[J].刘清元，谈桥.铁道建筑.2004（06）

[4]基桩轴向刚度的非线性特征[J].刘利民，陈竹昌.桥梁建设.1997（02）

[5]桥梁基桩超声波层析成像标准检测中出现的问题及技术分析[J].刘九亮.中国标准化.2016（11）

[6]盾构机掘进对基桩影响的工程分析法[J].孙吉主.武汉理工大学学报.2003（03）