刘展辉

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

目前采用冲击成孔水下灌注工艺的嵌岩灌注桩是桥梁工程的首选桩型。由于桥梁长期承受交通车辆的动荷载和设计要求较长的使用寿命，对于桥梁基桩的桩身完整性基本要求全部工程桩均检测，而常用的灌注桩桩身完整性检测方法有低应变法、声波透射法和钻芯法。三种检测方法各有利弊，低应变法可以对桩身质量快速普查，但是无法确定桩身缺陷的类型，只能定性分析桩身缺陷的程度和位置，也容易出现复杂信号无法判断；声波透射法能判定桩身缺陷的位置、范围和程度，前提条件是桩身预先埋设有通顺的声测管并符合规范布置要求；钻芯法为有破损检测法，能检测灌注桩的桩长、混凝土强度、完整性、沉渣厚度及判定桩底持力层岩土性状。

每一种检测方法都有它的可测试范围和可提供的结果，对于同一根桩，有时候多种方法结果一致，有时候结果差异较大，这是因测试原理差异而造成了相对测试盲区。本文以一桥梁工程检测为例，对三种方法的检测结果进行对比分析。

1 分析各种检测方法的相对测试盲区

1.1 低应变法

低应变法适用于长径比不小于5 的灌注桩桩身完整性检测[1]。采用一维弹性杆应力波传播理论，对桩顶施加瞬态冲击，冲击产生的小应力波在类似杆件的桩身纵向传播，遇到阻抗变化较大的横向截面会形成可测量的反射波，反射波信号传递至桩顶粘接的加速度传感器，通过分析积分的信号时程曲线并结合地质剖面情况，可以判定桩身的缺陷程度和位置。

如果桩身截面多变且变化幅度较大，应力波会多次反射叠加，形成不可分析的复杂信号；或者桩头混凝土材质较差，无法产生适中的瞬态冲击脉冲，也是得不到可分析的反射信号。对于基本满足一维弹性杆件性状的灌注桩，桩身水平裂缝、断桩、短桩、较大缩颈、嵌岩桩沉渣厚度较大或未入岩等横向界面缺陷，低应变法经常能检出一明显缺陷反射波；而桩身局部混凝土材质劣化，或者振捣不实、拔管过快造成浇筑管周纵向连续的混凝土沟槽，通常应力波能穿过这类型阻抗纵向缓变的区域而不产生可测量的反射波信号，造成桩身缺陷的测试盲区。

1.2 声波透射法

声波透射法采用两根声测管从桩顶沿着钢筋笼内侧通长布置到笼底端部，管内满水，两个换能器从桩底同步上升到桩顶。上升过程中，发射换能器超声脉冲从发射端先后经过耦合水、发射端声测钢管壁、混凝土、接收端声测钢管壁及耦合水到达接收换能器，得到一个纺锤形的时间-声幅衰减曲线，曲线按测点间距排列形成波列图。曲线首波起跳点的时间（波速）和波幅参数参与统计计算，计算波速和波幅的临界值，并参考波形曲线畸变程度和整体波列图，形成缺陷判断依据。

当钢管壁与混凝土之间因粘结不良存在空隙、或者混凝土有空洞及不密实等缺陷，超声脉冲会在这些异界面发生散射和反射，导致接收的脉冲能量下降和相位变化[2]，信号曲线则会发生畸变、首波波速和波幅会降低。而沿着深度方向有连续缺陷时，波列图对应区域会出现衰减曲线向直线过渡的区域，如果缺陷严重，接收信号能量明显下降，则形成一直线区域。

声波透射法只能测试两根声测管之间主波束辐射的区域，主波束以外的区域是无法测试的，声测管距离越远，非辐射区域越大，因此检测规范要求根据桩径大小布置声测管数量，让主波束能充分覆盖钢筋笼内混凝土区域，以减少测试盲区，而目前声波透射法的主要盲区是桩底段混凝土。水下灌注混凝土时，混凝土向上挤出，钢筋笼同时受到泥浆浮力和混凝土的向上推力，当施工单位未采取有效措施时，会出现浮笼情况，造成声测管未能覆盖桩底区域，以致桩底沉渣厚度和桩底混凝土质量的测试缺失。

1.3 钻芯法

钻芯法一般是对低应变法和声波透射法的验证检测方法，通过钻取的混凝土芯样和桩底岩土样，能直观判断成桩质量，但因钻孔的局限性，对钻孔外的桩身质量不可确定。

2 工程实例

2.1 工程概况

某市政桥梁工程，桩径为1000/1300/1600mm，冲击成孔灌注桩，桩长19～40m，持力层为中风化花岗岩，每根灌注桩均预埋三根声测管，对灌注桩同时使用声波透射法和低应变法全检，依据检测结果对B1#、E2#、N#及S#桩进行钻芯法或浅部开挖验证。

2.2 缺陷桩桩身完整性复合检测

2.2.1 B1# 桩

B1#桩桩径1000mm，施工记录桩长28.00m。低应变法实测曲线如图1 所示，桩身完整，桩底入岩良好。声波透射法实测曲线如图2 所示，波列图AC 剖面0.2～0.7m 及BC 剖面0.3～0.7m 出现类直线区域，桩身靠近C 管周边存在缺陷。由于声测缺陷较浅，对缺陷方位的2m 范围开挖，浅部桩周状况见图3，桩身未见明显缩颈，但有部分桩周土侵入C 管周围，管周夹杂的泥质造成脉冲能量衰减严重。对桩身钻芯，芯样完整、无缺陷，未见沉渣，持力层为中风化花岗岩，见图4。

从B1#桩的复合检测结果分析，成桩过程中，有泥浆侵入桩头C 管周边，未对桩身造成较大横向缺陷，低应变无法检出，而声测管外周的粘结泥浆基本阻断超声脉冲的有效传播，声测对这区域检出明显缺陷。对于钻芯验证，由于钻孔只能布置在离中心10～15cm 的位置，靠近声测管的混凝土区域无法钻取，所以钻取的芯样不能反映B1#桩的缺陷内容。

2.2.2 E2# 桩

E2#桩桩径1000mm，施工记录桩长34.50m。低应变法实测曲线如图5 所示，桩底存在明显同向反射，同向反射前有轻微负向反射，桩底疑有沉渣影响。声波透射法曲线如图6 所示，测试深度34.30m，略短于施工记录桩长，波列图均匀。对桩身钻芯，揭露桩长34.61m，桩底粘连黑色胶皮，胶皮单层厚7～9mm，呈V 型弯曲折叠，持力层为中风化花岗岩，见图7、图8。

钻取芯样揭露胶皮异物内嵌于入岩段桩端混凝土上，低应变同向反射明显，推测钻孔外胶皮仍占据较大面积。对这种成桩过程较大异物掉落孔内并被下放钢筋笼挤压至桩底而形成的嵌岩桩底横向缺陷，低应变能有效检出，而声测管埋深34.30m，钻芯揭露桩实际长度34.61m，有31㎝的桩端混凝土声测盲区。

2.2.3 N# 桩

N#桩桩径1600mm，施工记录桩长29.40m。低应变法实测曲线如图9 所示，桩身完整，桩底入岩良好。声波透射法曲线如图10 所示，波列图均匀性一般，波幅波速曲线图中较多波幅低于临界值。对桩身钻芯，两孔均出现较多连续沟槽，持力层为中风化花岗岩，见图11、图12。

混凝土空隙、气泡和沟槽不会导致超声脉冲波速明显降低，波速受粗骨料的混凝土占比影响较大[3]，这类型缺陷让接收信号能量明显下降，波幅降低明显，所以N#桩声波透射法的波列图和波幅值能指出桩身缺陷。而低应变法只对横向界面缺陷敏感，所以低应变时程曲线无法反应N1#的沟槽问题。

2.2.4 S# 桩

S#桩桩径1600mm，施工记录桩长29.90m。低应变法实测曲线如图13 所示，桩底有明显同向反射，同向反射后有二次负向反射，有持力层未达到中风化的可能。声波透射法结果如图14 所示，测试深度29.70m，略短于施工记录桩长，波列图均匀。考虑低应变和声测的检测结果，主要缺陷是未入岩，复核地质柱状图和剖面地层深度变化情况，桩端可能支承在强风化层上，由于强风化花岗岩遇水软化崩解，如果不提前采取有效钻取措施，大部分芯样岩屑和风化土会给水冲走，拟定钻芯穿桩后采用低水压或干钻强风化层同时监测钻杆下落高度。对桩身钻芯，揭露桩长29.89～9.97m，确定有1.30～1.52m 厚强风化花岗岩夹层与桩端接触，不满足中风化的入岩要求，见图15、图16。

3 结语

通过分析三种检测方法的测试盲区及列举的工程实例，提出以下建议：嵌岩灌注桩进行完整性检测时，建议使用低应变法和声波透射法对桩双重检测，低应变法普查桩身横向缺陷和桩端混凝土、沉渣、入岩的综合情况，而声波透射法检测桩身混凝土质量，这样可以减少因采用单一方法检测而造成的缺陷漏检，再对筛查的缺陷桩采取钻芯验证。