李鹏，刘勇，刘振发，许国庆，邵铖

(1.青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266033； 2.青岛岩土工程技术研究中心，山东 青岛 266033；3.青岛海泊尔建设工程检测有限公司，山东 青岛 266033)

1 引 言

在工程建设中，桩基础由于具有较好的荷载传递性能，适应较复杂地质条件及具有较高承载能力的优点，近年来得到越来越广泛的应用。而随之而来的是基桩施工过程中缩颈、断裂、夹泥、沉渣、扩颈等质量问题的增多，因此基桩的质量检测对于及时发现问题并采取必要的工程措施以确保桩基础的施工质量具有十分重要的意义。

2 检测原理

2.1 钻芯法

钻芯法检测是采用金刚石岩芯钻探技术和操作工艺，对灌注桩桩身和持力层钻取芯样，根据芯样表观质量以及芯样试件抗压强度试验结果来综合评定成桩质量的一种检测方法。具体检测以下内容：

(1)检测灌注桩的桩长；

(2)通过钻进速度和提取的芯样特征，定性检测基桩成桩质量，判定桩身完整性；

(3)检测桩身砼强度；

(4)检测桩底沉渣厚度；

(5)判定和鉴别桩端持力层岩土性状。

2.2 声波透射法

声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。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发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。测试原理示意图如图1所示：

图1 声波透射法原理示意图

2.3 全孔壁数字成像

全孔壁数字成像是一种能直观显示地下孔壁图像的检测设备。它以视觉获取地下信息，具有直观性、真实性、便捷性等优点，它已应用于地质勘探和工程检测中。

用它可以准确地划分岩性，查明地质构造，确定软弱泥化夹层，检测断层、裂隙、破碎带，观察地下水活动状况等。在工程建设中，全孔壁数字成像设备可用于检查砼浇筑质量、检查灌浆处理效果，协助地质力学试验及地质灾害的监测、检测，指导地下仪器设备的安装埋设，地下管道的检查探测，隧洞开挖的超前探测等。全孔壁数字成像设备以其视频信号的直观、真实、准确等特点，相较于传统间接的检测方法具有无可比拟的优势，应用前景广阔。

通常全孔壁数字成像技术是采用高清全景鱼眼摄像头凹形反射图像法拍摄，光学探头中的信号源发射的光信号经井壁反射后，被摄像头接受，并形成一个像点，摄像头旋转一周采集到环状的井壁图像。拉升探头在钻孔内连续进行拍摄，便可拍摄到一系列的图像环，系统将这一系列的图像环按顺序拼接后，得到钻孔孔壁的连续图像。

3 检测实例

某工程建筑物结构形式为框架核心筒结构，地下3层，地上35层。采用冲孔灌注桩基础，第17层变粒岩中等风化带及第18层细粒花岗岩微风化带为桩端持力层，设计单桩竖向承载力特征值 5 500 kN，设计桩身直径 1 200 mm，设计桩身混凝土强度等级为C30。由于现场场地条件限制无法进行大吨位静载试验，经与建设单位、设计单位沟通，根据《建筑基桩检测技术规范》3.3.7要求，验收检测采用钻芯法进行持力层核验，钻芯法每根基桩正常情况下钻2个孔；同时采用低应变法进行桩身完整性检测。

在现场基桩验收检测过程中，采用钻芯法检测发现部分基桩存在离析、夹泥等现象，发现问题后采用全孔壁数字成像技术及声波透射法检测对问题桩进行验证检测，多种方法综合运用对问题桩的缺陷位置、程度进行进一步判定。

3.1 35#桩检测成果

35#桩进行钻芯法检测，35-1#孔揭露 5.00 m～ 6.00 m芯样表面多见连续沟槽(图2)。该沟槽多分布在芯样的一侧，此时钻芯法结果未能确定沟槽在钻芯法钻孔内的方位，根据规范要求在桩中心对称位置进行钻孔2钻芯法检测，该孔在钻孔1缺陷深度处取芯完整。

图2 35#桩钻孔1缺陷芯样照片

采用全孔壁数字成像设备对35-1#钻孔进行测试，该设备在拍摄孔内直观照片的同时，采用电子罗盘对照片方位进行校准，从成像照片中可以看出沟槽的表观缺陷程度以及其在钻孔中的方位(图3)，沟槽方位大约为西偏北3.5°。

图3 35#桩钻孔1全孔壁数字成像成果 图4 35#桩钻孔3全孔壁数字成像成果

确定沟槽缺陷在钻孔中方位后，为验证缺陷程度及分布情况，根据其方位在距该钻孔约 50 cm的桩上增加第三个钻芯法钻孔测试，该钻孔揭露芯样在 5.00 m～ 6.00 m深度处存在大量沟槽蜂窝，且在桩芯样横截面局部呈横向贯穿状，缺陷表观程度较35-1#孔严重，局部约 20 cm芯样破碎(如图4、图5所示)。

图5 35#桩钻孔3缺陷芯样照片

钻芯法检测结束后，为验证该桩的缺陷情况，在钻孔内进行声波透射法测试来检测每两个钻孔之间的混凝土质量。由于《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014中规定的标准的声波透射法测试是在桩基灌注施工时预埋的声测管中进行的，而本方案是在两个钻孔中进行，比较两者之间的差异，本方案中孔径变大且去除了声测管，变化之后对采集仪零声时的修正产生了影响，在声测管中进行声波透射法时，声测管及耦合水层声时修正值公式如下：

(1)

其中：d1—声测管外径(mm)；

d2—声测管内径(mm)；

d′—换能器外径(mm)；

vt—声测管材料声速(km/s)；

vw—水的声速(km/s)；

t′—声测管及耦合水层声时修正值(μs)。

本方案中声时修正值采用如下公式：

(2)

其中：d3—钻孔直径(mm)；

d′—换能器外径(mm)；

vw—水的声速(km/s)；

t′—声测管及耦合水层声时修正值(μs)。

根据式(2)对声波透射法成果进行修正，测试成果表如表1所示，从表中可以看出在 4.9 m～6.1 m深度范围内，35-1～35-3钻孔之间测得的波幅和声速值明显偏低，表明 4.9 m～6.1 m深度范围内两个钻孔之间的混凝土质量较差；35-1～35-2钻孔之间测得的波幅和声速值正常，表明两个钻孔之间混凝土质量正常；35-2～35-3钻孔之间测得的波幅和声速值稍差，表明两个钻孔之间混凝土大部分正常，根据钻芯法结果推测靠近35-3钻孔附近局部混凝土质量较差(图6)。

35#桩声波透射法测试成果表 表1

图6 35#桩平面钻孔位置、推测缺陷范围示意图

在该桩三个钻孔缺陷深度位置取芯样试件进行抗压强度检测，抗压强度检测值为 31.0 MPa(表2)，满足设计砼强度C30。

35#桩缺陷处芯样试件抗压强度检测成果表 表2

3.2 39#桩检测成果

39#桩进行钻芯法检测，钻孔39-1钻至 6.9 m～7.3 m处时，进尺速度增快，取芯呈碎块状，夹泥沙。钻探结束后对该孔采用清水洗孔后进行全孔壁数字成像测试。从测试成果照片(图7)来看，在 6.9 m～7.3 m处有一明显空洞，推测该处桩身夹泥，在测试前洗孔时泥沙被冲走形成了空洞。该空洞方位为北偏东20.2°～东偏南42.7°，在钻孔内呈扇形展布。推测夹泥缺陷范围如图8所示。在钻孔39-1桩中心对称位置进行钻孔39-2钻芯法检测时，在该深度处桩身完整，未发现夹泥等缺陷。对两钻孔之间进行声波透射法检测，波幅和声速值均在正常值范围内，表明钻孔39-1空洞缺陷深度范围内钻孔39-1、39-2之间混凝土质量良好。由此推测该桩夹泥缺陷的范围如图8所示。

图7 39#桩钻孔全孔壁数字成像成果

图8 39#桩平面钻孔位置、推测缺陷范围示意图

3.3 检测结论

通过以上两个工程实例的检测成果对两根基桩作出如下检测结论：

(1)35#桩结合钻芯法、全孔壁数字成像、声波透射法成果及试件抗压强度检测成果综合分析，根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014表7.6.3，判定该桩为Ⅲ类桩；

(2)39#桩桩身夹泥，根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014表7.6.3，判定该桩为Ⅳ类桩。

发现以上不合格基桩后，我方与建设单位、设计单位等相关方进行沟通，为验证其余未检测基桩是否存在施工质量问题，确认继续采用钻芯法进行扩大检测，检测数量为原正常抽检数量的2倍。经检测，扩大检测所测基桩桩身完整，混凝土强度满足设计强度要求，均为Ⅰ类桩。

4 结 论

通过上述的工程实例可初步得出如下结论：

(1)在钻芯法检测发现桩身缺陷之后，如缺陷分布在柱体芯样的一侧，根据芯样无法判断缺陷方位，可以采用全孔壁数字成像技术对缺陷方位进行进一步确认，为后续检测工作提供依据。否则如上述35#桩仅根据35-1、35-2钻孔取芯情况判别该桩Ⅱ类桩，将造成误判；

(2)《建筑基桩检测技术规范》中规定，进行声波透射法检测时，需在桩基施工时预埋声测管，测试在声测管中进行。本文对该方法进行引申，钻芯法两个钻孔之间也可采用声波透射法检测，判定两个钻孔之间的混凝土质量，声波透射法可测出两个钻孔间钻孔内未揭露的桩身缺陷，为桩身完整性判定提供进一步的依据。需要注意此时应根据钻孔直径对零声时进行修正；

(3)采用全孔壁数字成像技术结合钻芯法对缺陷方位进行进一步确认后，可对缺陷范围进行推测，为下一步缺陷桩的工程处理方案提供指导。