解海东 解秀梅

摘 要：钻孔灌注桩基础是公路桥梁中最重要的构件之一，一直是桥梁工程研究的热门方向。钻孔灌注桩基础属于地下施工项目，施工完成后难以通过常规方法对其质量进行检测。然而，钻孔灌注桩基础的质量在很大程度上决定了桥梁的使用寿命。因此，有必要结合钻孔灌注桩基础的特点，使用特定方法进行质量检测。

关键词：钻孔灌注桩;低应变反射波法;超声波法;钻孔取芯法

中图分类号：U443.15文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0100-03

Analysis on Key Points of Inspection Technology for

Bridge Bored Pile Foundation

XIE Haidong1 XIE Xiumei2

（1. Winbond Construction Investment Group Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730030;2. Shandong Keda Infrastructure Co.， Ltd.，Dongying Shandong 257000）

Abstract： Bored pile foundation is one of the most important components in highway bridges， and it has always been a popular direction for bridge engineering research. The bored pile foundation is an underground construction project， and it is difficult to inspect its quality by conventional methods after the completion of the construction. However， the quality of the bored pile foundation largely determines the service life of the bridge. Therefore， it is necessary to combine the characteristics of bored pile foundations and use specific methods for quality inspection.

Keywords： bored pile;low-strain reflected wave method;ultrasonic method;drilling core method

1 檢测方法简述

1.1 低应变反射波法

1.1.1 原理。低应变反射波法以一维波动理论为基础，假设桩基础是一种一维弹性连续杆，在桩顶制造竖向弹性波，波将从桩顶传播到桩底。若桩身存在断桩、离析等现象或其截面积发生变化，波阻抗亦会随之变化，形成反射波，该反射波再被安装于桩顶的传感器接收，通过对反射波的一系列处理、分析和计算，可以判断桩身混凝土的完整性及桩长等信息[1-2]。

1.1.2 适用范围。低应变反射波法适用于桩长≤50 m、桩径≤1.8 m、长径比≥5的钻孔灌注桩基础桩身完整性、缺陷位置及程度检测。

1.2 超声波法

1.2.1 原理。浇筑水下混凝土前，预埋一定数量的声测管，经过水的耦合，在一根声测管发出的超声波可以在另一根声测管接收。由于超声波具有绕射、折射及反射的特性，在遇到不均匀介质时，其波幅及频率会发生改变，通过分析、处理超声波的相关数据，判定桩身缺陷的范围、位置及大小。

1.2.2 适用范围。超声波法适用于桩径≥0.8 m的钻孔灌注桩基础桩身完整性以及缺陷的位置、范围和程度检测。

1.3 钻孔取芯法

1.3.1 原理。钻孔取芯法利用钻孔机械，从桩顶贯穿整个桩身，直至桩底，可以直观地反映出钻孔灌注桩基础桩身完整性、桩底沉淀厚度、桩身的缺陷及其位置、桩底一定范围内的岩土性质、是否存在溶洞等。若桩基为端承桩，还可以钻取岩样，验证桩底承载力是否满足要求。

1.3.2 适用范围。钻孔取芯法适用于桩径≥0.8 m、长径比不大于40的钻孔灌注桩基础。

2 桩基检测技术要点

2.1 低应变反射波法检测技术要点

2.1.1 测点布置。检测前，桩头应已破除，且凿出桩顶新鲜的混凝土，并打磨平整。宜打磨多个测点，其直径不小于10 cm，测点距桩基础钢筋笼主筋的间距不小于5 cm[3-4]。测点在桩中心布置1个，其余3个以桩中心为对称点对称布置，如图1所示。

2.1.2 信号采集。激振点最好位于桩中心，传感器位于其余测点处，且距钢筋笼主筋的间距应大于5 cm。桩径不超过1 m时，应布置2个测点;桩径超过1 m时，应布置3～4个测点。每个测点应至少记录3次有效信号数，并且波形应尽量保持一致。如果检测环境中有较大干扰，可采取信号叠加增强技术重复激振，以达到提高信噪比的目的，如发现时域信号的一致性不满足要求，应暂停检测，查找原因，排除相关干扰后，重新对该桩基进行检测，或者增加检测数量。

2.1.3 数据分析及评定。对于桩身的完整性，目前以时域曲线波形为主要判断依据，同时将频域分析作为辅助，综合地质资料、桩基类型、相关施工资料及波形呈现的特征等多种因素进行评定。当发现桩基础桩身完整性存在缺陷时，可利用式（1）计算出缺陷位置。

式中：[n]为参加波速平均值计算的基桩数量;[Δtx]为时域信号第一峰与缺陷反射波波峰间的时间差，ms;[ci]为平均波速，m/s。

当桩身完整性检测中出现四种情况时，宜将低应变反射波法与其他检测方法结合进行综合评定。一是桩长过大，检测信号未能如实反映桩底及桩底附近桩身完整性情况;二是桩身截面积变化较大;三是推算的桩长与实际桩长存在明显差异，且无其他资料能解释原因;四是无法准确评定桩身完整性。

2.2 超声波法检测技术要点

2.2.1 测点布置。桩径不超过1 m时，对称布置2根声测管;桩径大于1 m且不超过1.6 m时，呈等边三角形埋置3根声测管;桩径大于1.6 m且不超过2.5 m时，呈正方形埋置4根声测管;桩径超过2.5 m时，应适当增加声测管数量，对称布设并稳定牢固。在加工钢筋笼时，声测管绑扎在钢筋笼加强筋内侧，确保牢固、顺直，并相互平行，定位准确。声测管必须埋置至桩底，管口高出桩顶至少50 cm，管口高度一致，声测管采用外径54 cm的钢管，接头采用直径60 cm套管连接，并保证接口密封。下端采用[Φ]74 cm×10Q235钢板封底焊接，不得漏水。声测管安装完成后，用测绳探测每根声测管长度并做好记录，上口用塞子塞住，防止混凝土、杂物等堵塞声测管。布置示意图如图2所示。

2.2.2 信号采集。检测前，应先标定超声波检测仪自发射至接收的延迟时间，标定方法为：将收、发换能器平行放置在同一高度，且置于清水中，其中心间距逐渐由0.4 m开始，以0.1 m/次的变化速度加大两者的间距，改变间距时，测量其声时，再以声时为横坐标，间距为纵坐标作图，在声时横轴上的截距为延迟时间。声测管内充满洁净水，管体无堵塞、较大变形，以换能器能自由升降为宜。在检测的过程中，应避免与检测信号频率接近的其他干扰。发射器与接收器须以大致相同的速度从桩顶逐步降至桩底，相对高差应不大于0.2 m，并随其下降随时调整。

2.2.3 数据分析及评定。被检测桩基的桩身完整性类别可根据各剖面可疑缺陷区及其声参量偏离度、波形变化情况等因素，综合桩基类别、地质资料、施工资料等，综合判定，具体判定标准如表1所示。

声时修正值可按式（2）计算：

式中：[t′]为声时修正值，μs;[ti]为第[i]测点的声时，μs;[t0]为系统延迟时间，μs;[D]为声测管外径，mm;[d]为声测管内径，mm;[vt]为声测管壁厚方向声速值，km/s;[d′]为换能器外径，mm;[vw]为水的声速值，km/s。

声时值可按式（3）计算：

式中：[t]为声时值，μs。

声速可按式（4）计算：

式中：[vi]为第[i]测点的声速，km/s;[l]为声测管外壁间距，mm。

2.3 钻孔取芯法检测技术要点

2.3.1 孔位布置。桩径小于1.2 m的桩基应钻至少1孔，桩径在1.2～1.6 m的桩基应至少钻3孔，桩基大于1.6 m的桩基应至少钻3孔。若钻孔仅为确定桩基混凝土强度、长度、持力层与沉淀厚度，可只钻1孔。钻孔的孔位宜对称布置。若设计文件对钻进持力层厚度无明确要求时，其中1孔进入桩底持力层的深度应大于3倍桩径，其余孔宜钻进持力层至少0.5 m[5]。钻孔孔位布置如图3所示。

2.3.2 钻孔注意事项。钻孔过程中，孔内应循环通水，以降低摩擦热，同时根据钻孔过程中回水的含砂率、水色，调整水量和钻进速度。进尺应控制在1.5 m以内，当钻至桩身缺陷处，钻进速度突然加快时，应及时取出钻杆，测量其长度，做好标记。钻至桩底时，应及时取桩底芯样，及时记录桩底沉淀厚度、持力层长度及岩性等。提出钻杆取芯样时，应采取措施尽量保持芯样完整。

2.3.3 完整性评定。芯样取出后，应截取芯样用以检测混凝土相关性能指标。桩长小于10 m时，每孔取2组芯样，桩长介于10～30 m时，每孔取3组芯样，桩长大于30 m时，每孔取4组芯样。每组芯样应制作3个抗压强度试件。如果该桩基为端承桩，应在桩底处截取桩底岩样检测。桩身完整性等级应根据检测的钻孔取芯数量、芯样混凝土强度及质量、桩底沉淀厚度、持力层等情况综合评定。混凝土强度应不低于设计值，混凝土芯样抗压强度按式（5）计算：

式中：[P]为芯样测得的极限荷载，N;[d]为芯样的平均直径，mm。

3 结语

桩基检测是一项专业程度极高的工作。对桥梁桩基桩身完整性进行检测，可以进一步确保桥梁工程质量。工程实践中，桥梁钻孔灌注桩桩基往往要求100%检测，并对Ⅰ类桩的比例有最低要求。一座桥梁的桩基础检测中，往往要求低应变反射波检测和超声波检测各占50%，再加上一定比例的强制抽芯检测，通过不同的检测方法，能倒逼桥梁桩基础施工进一步精细，这对其施工过程提出了更高的要求。

参考文献：

[1]刘成旭.低应变法检测桩基基础工程的桩身完整性探讨[J].科技风，2021（15）：123-124.

[2]宋清波.低应变反射波信号在嵌岩桩的应用特征研究[J].科学技术创新，2020（17）：38-39.

[3]靳羽.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用[J].工程技术研究，2021（5）：76-77.

[4]尹智龙.桩基检测中桥梁混凝土超声波检测技术的运用[J].黑龙江交通科技，2021（2）：116-117.

[5]陈朝.桩基检测中低应变反射法与钻孔取芯法的應用分析[J].四川建材，2021（7）：20-21.