低应变法和声波透射法在桩基检测中的综合应用

低应变法和声波透射法在桩基检测中的综合应用

摘要：桩基检测是有效排除工程安全隐患的重要保障，由于影响因素较多，因

而需要根据实际情况选用检测方法。为此，本文在阐述了低应变法、声波透射法

的工作原理和特性的基础上，结合具体工程实例，对低应变法和声波透射法在桩

基检测中的综合应用进行了探讨，以提高缺陷的判别效率，增强检测结果的可信度。

关键词：桩基检测；低应变法；声波透射法

引言

桩基础工程是隐蔽工程，具有施工程序复杂、施工难度大、技术要求高等特点，容易受到当地地质条件和施工人员、机械操作等条件的影响，其工程质量直

接影响到其上部主体的稳定和结构的安全。因此桩基检测工作至关重要，可有效

排除安全隐患，保证桩基础工程的质量。常见的桩基检测方法有声波透射法、低

应变法、钻孔取芯法和钻芯法等，其中低应变法和声波透射法应用频率最高，鉴

于此，本文结合实例，使用超声波透射法和低应变法相结合去进行综合判定，以

提高基桩检测的精确度。

1.检测原理

1.1低应变法

低应变法是基于一维波动理论，检测桩基时假定桩身为一维、均匀连续各向

同性的弹性直杆件，且桩周土介质均匀，土介质对桩体的作用是沿桩身向的阻尼

力作用[1]。在检测桩基时，用手锤敲击桩顶，给桩一个脉冲力，这时桩身顶部会

受到瞬态竖向激振而会产生竖向弹性应力波，应力波会沿桩身向下传播，这时若

出现桩底虚土、断桩、沉渣或严重离析以及桩身截面积缩经或扩径时，便会出现

明显波阻抗差异界面，产生反射波。通过滤波、数据处理，从而判断出桩身各部

位反射信息，据此得出该桩身是否完整或缺陷，以及缺陷的位置及程度等（图

1~3）。

低应变法并不能检测到桩基的所有问题，例如，当被检测的桩身存在呈过渡

性变化特点时便没有较为明显的界面变异，相关的缺陷信息便难以在低应变法测

得的曲线中看出。此外，若被检测的桩周围土层或岩介质阻力太大，这时缺陷桩

基本身发出的反射信号会被削弱或抵消，难以被检测出。

1.2声波透射法

声波透射法是基于声波在被检测的桩基中传播过程中是否会出现透射、反射

以及绕射等现象从而判断桩基是否完整或存在缺陷的一种方法[2]。具体而言，当

人工法发射出的超声波在没有缺陷、介质均匀的桩基中传播时波速正常，波形也

完整，不会呈现出明显的畸变现象（图4）；当桩基内部存在断裂、离析、空洞、夹泥等缺陷时，超声波在有缺陷的桩基中传播时波形就会受到较大影响，缺陷与

混凝土之间形成界面会改变超声波的传播状态（如出现反射、散射甚至绕射等情形），波形缺失或畸变，波速也会明显低于正常值（图5）。据此可以判断出桩

基是否存在缺陷。

1.3低应变法、声波透射法应用特点

从检测原理分析看，低应变法针对的是桩基的完整性检测，通常是将激振点

设置于桩中心，检测时，将传感器固定于距桩中心半径2/3处。低应变法检测是

通过桩身阻抗变化情况来定性判断桩身是否在缺陷，以及缺陷的程度。对于存有

缺陷的桩基缺陷方位、类型或缺陷范围大小则难以判断。此外，低应变法检测的

结果常常受到检测技术人员的技术水平、桩长、桩径和场地条件的影响。低应变

法测试简便，成本较低，检测的结果可靠，但受到外界因素的干扰较大，当被检

测的桩基存在多个缺陷时难以有效判别。

声波透射法检测细致准确，受桩径、桩长和场地等因素影响较小，但声波透

射法只能定性确定完整性，难以定量，且需要预埋声测管，检测程序较为繁琐，

成本也较高。此外，在实际检测时，由于相关保护措施不到位，容易造成声测管

堵塞或倾斜，这些都极易造成检测数据值变异或不完整。

基于低应变法与声波透射法的上述特点，单一采取某种检测方法在桩基检测

过程中都会存在一定的局限性，无法全面反映被检测桩基的实际情况。因此，在

桩基完整性检测时可选择两种检测方法综合应用，发挥各自的优点[3]。例如，对

于直径大、桩身长的桩基应100%预埋声测管，做好声测管的保护措施，防止堵

塞或倾斜。对于少数声测管堵塞或声波穿透检测出现异常情况时，选择低应变法

进行复测，从而综合判断桩基完整性及等级。而对于直径小、桩身短的灌桩，可

选择部分预埋声测管，以低应变法检测为主。低应变法与声波透射法综合应用能

够从整体角度和细节角度对桩基工程质量进行评价。

2.工程实例

2.1工程概况

某建筑工程，桩基为钻孔灌注桩，桩基所承载的类型为摩擦桩，桩径为

1000mm，桩长分别为20.0m，21m,基桩混凝土强度等级为C30。根据钻探和地质

勘查调绘，桩长范围内土层介质分别为：①0~4m暖石；②3.5~6m粉土；

③3.5~8m粉质粘土夹杂杂砂；④3~10m粉质粘土；⑤9~13.5m强风化片麻岩。

经与业主、设计、施工、监理方共同确定，依据规范要求采用低应变法与声波透

射法进行桩身质量抽样检测。

2.2检测结果

对其中的3#号桩基按照检测规范采用了声波透射法和低应变法进行检测，结

果如图6~7所示。

图6桩基声波透射法声速-波幅-PSD曲线关系

（1）声波透射法

从图6可以看出，通过声波透射法检测3#桩基，其波形变化来看，基桩1-2、1-3、2-3三个桩基的剖面均在6.5~8m深度范围内出现了桩基缺陷信号，当声波

波速低于3000m/s、波幅、PSD指标都低于判断标准，说明该桩身存在较大缺陷。取桩基芯进一步验证发现，该处全断面裹夹着泥沙，导致桩基成为断桩，对比标

准判定为Ⅳ类桩（表1），需要立刻采取工程处理。

（2）低应变法

根据图7所示，采取低应变法检测桩基的波形变化来看，在7.6m处出现了反射波，说明该处存在较为严重的缺陷，并有二次反射，桩底反射信号无法测得，

因此，可以判定该桩身存在缺陷，需取芯作进一步验证。经开挖取芯验证，此桩

在7.5m处有约40cm缩颈。

3.结论

综上所述，在众多的桩基检测方法中，低应变法和声波透射法以易操作，快

速轻便、低成本等优点广泛运用于各类工程实践中。但是这两种方法也存在各自

的缺点和局限性，低应变法易受到外在条件影响，尤其是桩基所在的地质条件；