低应变法和声波透射法在基桩完整性检测的综合应用和分析

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　　引言

　　桩基础是基础建设的主要基础形式，由于其施工质量受到很多制约因素的影响，容易产生疏松、离析、夹泥、缩颈甚至断桩等质量问题。完整性是混凝土灌注桩质量的主要指标，但灌注桩是现场灌注成桩，施工工艺较为复杂，影响灌注质量的因素较多，极易形成各种缺陷而影响桩身的完整性。因此，超声波透射法、低应变等检测对其桩身完整性的检测尤显重要。

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　　检测方法简介

　　声波透射法，又称超声波法。混凝土强度的高低会直接影响超声波传播，若混凝土整体质量良好，内部均匀，超声波传播情况就类似于在均匀介质中，其波速正常，波形基本完整，不会出现明显畸变；若混凝土内部存在缺陷，则超声波波形会受到严重影响，引起波形畸变或者波形缺失，同时波速将会低于正常值，声波透射法检测桩基质量就是基于以上理论。现场检测时将发射探头和接收探头置于声测管中，发射探头发出超声波后经过声测管、水介质及混凝土的传播后到达接收探头，因此接收波形中包含桩身混凝土质量信息。超声波探头在声测管中的位置可以从仪器上直观地反映并会记录于声测文件中，这样就能实时掌握桩身混凝土质量，通过后期处理，可对缺陷进行定量分析。

　　低应变法，假设桩体为一维弹性杆件，检测时用手锤敲击桩顶，给桩一个脉冲力，应力波沿桩身传递，当遇到桩身阻抗有变化，如缩颈、离析、断桩等缺陷时，应力波反射回到桩顶。安装在桩顶的加速度传感器接收桩顶响应信号，分析处理后得到时域响应波形，从而判断桩身结构完整性。

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　　工程实例

　　（一）工程概况

　　某桩基工程，采用Φ1000mm的钻孔灌注桩，施工桩长为42m，混凝土设计强度为C35，混凝土龄期为35天。根据地勘报告，桩长范围内各土层为：残积砂质粘性土、全风化花岗岩、土状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩。

　　（二）检测情况

　　1、超声波检测

　　根据规范要求，Φ1000mm的钻孔灌注桩需埋设三根声测管。超声波检测后，通过专业软件对采集数据绘制成PSD-声速-波幅图、波列图和波列影像图，截取本工程5#桩PSD-声速-波幅图一、波列图二和波列影像图三

　　图一 5#桩1-2面、1-3面、2-3面

　　（上图左、中、右图）PSD-声速-波幅图

　　图二 5#桩1-2面、1-3面、2-3面

　　（上图左、中、右图）波列图

　　图三 5#桩1-2面、1-3面、2-3面

　　（上图左、中、右图）波列影像图

　　经检测，1-2剖面和2-3剖面在25.25m～30.75m处混凝土质量较差，声波缺失比较严重，而1-3剖面在该深度处波形显示，该处混凝土质量良好，波形完整性较好。三个剖面中1-2剖面和2-3剖面存在声学异常，可断定该两个剖面存在缺陷。由于声测法检测时依据声测管的数量对桩基的部分剖面进行检测，埋设的声测管数量越多，则检测剖面越多，检测结果也会更精确。但是声测管数量的增加会对基桩承载力造成影响，也会使成本大幅增加。桩基内部的缺陷类型不能确定，但缺陷范围经推断可能如图四所示。

　　图四 缺陷示意图

　　（图中黑色区域为疑似缺陷）

　　2、低应变检测

　　低应变反射波法检测以一维应力波理论为基础，以截面波阻抗为参数描述桩身质量情况。低应变法同声波透射法都是检测桩身完整性，但它们原理不同，对同一工程同一根桩的最终检测的结果来看，一般情况下应该是一致的。然而本工程中，低应变法和声波透射法检测的结果却有所不同。

　　图五：5#桩低应变曲线

　　低应变法对5#桩的检测结果如图五所示。曲线波形显示桩基整体完整，无明显缺陷反射波。超声波检测25.25m～30.75m之间的缺陷在低应变波形中并无较为明显反应。通过与现场技术负责人沟通并查看相关施工记录，5#桩在施工过程中桩机发生故障而停止灌注约一个半小时，提升导管时把已经初凝的混凝土拉裂造成混凝土局部纵向劈裂，而纵向缺陷在低应变法检测时可能存在盲区，然而这一缺陷却在声波透射法中可以较为明显的体现出来。

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　　结论

　　1、声波透射法、低应变法检测桩身完整性，有着不同的特点和优势：声波透射法测试精度高，缺陷判断上较其他方法更可靠，但需要预埋声测管；低应变法操作方便简单，具有检测速度快、费用低和检测覆盖面广等特点，已成为桩身施工质量检测中应用最为普及的方法。两种检测方法也各自存在缺点和局限性：声波透射法也存在一定的检测盲区问题，对于检测波线、声场外的缺陷无法判断；低应变法检测由于受激振能量、桩身材料阻尼、桩周土性状等因素影响，对于超长桩存在检测盲区等问题，特别对于桩身存在纵向缺陷的桩身，低应变法检测也存在较大盲区。

　　2、具体的工程实践中，灌注桩的桩身完整性检测，应该结合地质条件、施工记录，并通过声波透射法、低应变法检测等多种方法综合分析，才能克服各自的局限性，更加准确全面地对灌注桩进行判断，并为设计提供科学依据。

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