关于基桩声波透射检测中判定桩身缺陷方法的探讨

关于基桩声波透射检测中判定桩身缺陷
方法的探讨
摘要：声波透射检测技术是国内目前确定大直径桩身完整性的最重要手段。

桩基础广泛应用于各类工民建及桥梁基础中，在桩基浇筑过程中，由于各种原因，导致桩基成桩后形成不同的缺陷，常见的缺陷有：断桩、空洞、混凝土离析等，
根据有关数据统计，在所有成桩数据中，约四分之一的桩基础存在不同程度的缺陷，缺陷的存在会导致桩基承载力的下降，从而进一步危及桩基的使用安全。

本
文主要对基桩声波透射检测中判定桩身缺陷方法进行探讨，详情如下。

关键词：基桩声波透射检测；桩身缺陷
引言
随着对高层建筑与道路高架桥投入的增加，桩基础以其承载力高、建筑物沉
降小、价格相对低廉，能够承担较大的上部结构荷载而得到广泛的应用，然而桩
基施工常处于地下不可见的状态，由于水文地质条件与施工工艺的限制，桩基的
缺陷率在15%~20%之间，缺陷桩严重影响施工安全与建筑物安全，处理不当将会
引起严重的工程安全问题及经济损失。

目前对缺陷桩的研究主要有：缺陷桩的检
测与识别，以桩长、桩径、缺陷种类、缺陷部位为变量分析对缺陷桩的竖向承载
力与沉降的影响规律，对缺陷桩的处理主要有接桩法、补桩法、高压灌浆法等，
大部分研究集中在对缺陷桩的补救以及评价补救措施的效果是否达到工程应用的
要求，注浆法及钢管-注浆法等已有不少工程运用实例，然而相关受力特性及荷
载传递的研究仍不充分。

1超声波透射检测技术
在应用超声波透射技术对桩基进行检测过程中，主要通过在声测管内部放置
探头的方式来实现检测的目标。

而声测管本身位于钢筋笼的内侧，因而在实际的
测量中很难满足对于声测管外侧的检测需要。

结合实际的建筑桩基情况来看，由
于声测管外侧是超声波透射技术检测的盲区，因而桩基钢筋保护层厚度不足的情况，很难在应用这种技术的过程中被检测出来。

针对当前我国不同地区的地质环
境条件和建筑工程桩基施工要求不同，需要对超声波透射检测技术进一步的优化
和创新，尽量避免缺陷问题对最终的检测结果造成影响。

2基桩声波透射检测中判定桩身缺陷的方法
2.1增强补桩法
增强补桩法又叫做桩基托换法，适用于桩身缺陷位置存在较深，且经计算桩
身强度已不满足使用要求或者使用性能不满足规范要求的情况，常常用于断桩处理，处理方法彻底但资金耗费大。

使用6根直径40cm的PC管桩，单根长度20m，桩基同样是摩擦桩，原缺陷桩模拟为中部出现断裂，计算出增加小直径管桩的整
体桩基承载力，并计算出原始设计有承台时桩基的承载力，两者对比。

2.2质量缺陷修复
（1）钻孔。

在桩顶弹线确定钻孔位置，先固定钻孔机械，调整钻杆垂直度，并在施钻时控制钻杆垂直度，避免破坏桩身钢筋，以低应变检测桩身长度作为参考，钻进过程中持续连接钻杆，直到钻头钻入到桩底沉渣与中风化岩石交界处。

（2）清孔。

当钻孔钻入深度达到要求后，选一个钻孔（后钻孔）为高压注水孔，另一个孔（取芯孔）为排污孔，将高压注水管插入孔底，压强控制在1.0~1.5MPa
范围内。

持续注入清水冲洗，清洗部分软弱沉渣，直至排污孔处冒出的泥浆完全
变为清水。

（3）注浆。

清孔结束后，在后钻孔孔口预埋套管，套管外侧与孔壁
内侧的环形空间采用水泥砂浆填充，待水泥砂浆固结后再进行注浆施工。

采用P·O42.5普通硅酸盐水泥配置水泥浆，水泥浆的水灰比应与原混凝土的水灰比相同，内掺水泥用量12%的膨胀剂，以此降低水化热，减少收缩。

用注浆泵持续逐
级加压注入配制好的水泥浆，最大压强控制在2.0MPa左右，直到取芯孔孔口返
出纯水泥浆。

这时采用栓塞封闭取芯孔，同时保持注浆压力稳定。

待进浆量很小时，桩底清水清洗后剩余顽固沉渣的空隙中已充满水泥浆液。

（4）骨料填充。

注浆完成后，提升起后钻孔内的注浆设备及取芯孔内的栓塞，为了保证注浆孔内
的注浆体强度，在已灌满水泥浆的钻孔内投入小粒径的碎石进行填充，碎石量参
考桩身混凝土骨料比例。

（5）孔口封堵。

填充完后，用与孔径相匹配的等强度混凝土块堵住孔口，最后用水泥砂浆封死。

2.3高应变动测法
高应变动测法主要基于一维波动理论及结构动力学理论，通过重锤在桩顶施加高能量冲击脉冲以激发桩周土动阻力，根据桩周土动力响应情况，对桩基完整性作出判断并计算桩基实际承载力。

当前应用较为广泛的高应变动测技术主要有阻尼系数法和曲线拟合法等，前者应用简便，适用于现场实时分析，检测结果的准确性主要受阻尼系数的影响；后者则通过理论曲线和实际检测曲线进行桩土关系拟合，在各项参数取值较为合理的情况下，两条曲线具有较高的吻合度，所得出的桩基承载力也更准确。

2.3.1阻尼系数法
该方法将桩视为均匀、连续的一维弹性杆件，桩尖集中了全部动阻力，且桩尖动阻力值与桩端速度成正比；而桩侧土属于刚塑性结构，各处静阻力极限值均相同，通过波动方程求解可进行桩基承载力的量化计算。

该检测方法分析过程简单，能实时反映现场桥梁桩基的实际情况，但是其极限值假定条件与工程实际存在一定差别，必须根据工程所在地桩基静动载试验确定阻尼系数，并修正检测结果。

2.3.2波形曲线拟合法
该方法在桥梁桩基打桩过程中，主要通过桩顶力、桩顶位移及速度、桩周土侧摩阻力、桩承载力等变量进行桩土作用体系的描述，在此基础上通过打桩分析仪收集打桩过程中桩顶力及桩顶速度等数据，并通过已知力及速度信号求解土力学模型。

为克服土的种类繁多、参数复杂所造成的求解困难，应用波形曲线拟合法时可在两个实测信号中任选一个，比如以桩顶位移速度时程曲线为边界条件，设定桩土模型参数，再结合行波理论进行桩土分析，并求得桩顶力等变量的时程曲线。

将该曲线与所对应参数的测试曲线进行比较，根据其差异进行桩土模型调整和反演分析，直至变量和测试信号达到最佳拟合程度。

2.4声波初至走时拾取
在完成桩基现场检测点的布置后，需要对震源激发的初至波进行获取，在此
过程中的初至波主要是指最先达到信号接收点的声波。

考虑到桩基声波CT反演
成像中的数据均为初至波数据，因此，有针对性地获取初至波十分关键，拾取信
号的质量可直接影响到声波CT成像结果。

现有的信号拾取方法有两种：分别为
自动获取前端发送的首波与人工检索首波。

在使用前者进行声波获取时，可采用
时窗能量比对法，收集能量幅度较高的声波，此种拾取方式获取声波的效率相对
较高，适用于对大批量声波数据同时获取，此种方式获取的声波精度相对较差，
尤其在桩基结构缺陷较多情况下，可能会存在首波幅度受限的问题。

当首波幅度
过低时，甚至会影响或干预到初至波的检测时间。

为确保获取的声波可以有效成像，采用人工检索首波的方式进行声波获取，采用此种方式获取的声波相对稳定，并且在获取声波过程中的精度也可以得到保障。

结语
总之，《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。

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。

参考文献
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