樁身完整性檢測方法在樁身整體入巖時的應用

徐業松

（上海同納建設工程質量檢測有限公司，上海 200331）

為統一鐵路工程基樁檢測方法，確保基樁施工質量，制定了《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2019），用于鐵路基樁的承載力和樁身完整性的檢測和評定。鐵路基樁的承載力檢測，采用單樁靜載試驗和高應變法進行檢測；樁身完整性檢測，常用低應變反射波法和聲波透射法為主，鉆芯法和高應變法為輔。

低應變反射波法隨著電子科技的發展，儀器設備越來越迷你化，無線、手機接收、智能化的發展讓現場檢測工作更加便捷，數據文件小，信號處理分析相對簡單，并能比較直觀得進行判讀，所以低應變反射波法檢測成本相對較低。由于低應變反射波法基于一維彈性桿件的檢測原理，使其在檢測軟土地基中的等截面預制樁時相當快捷，能夠快速準確得判斷預制樁樁身缺陷位置。但對于混凝土灌注樁而言，因為混凝土灌注樁樁身尺寸受到地質條件的影響頗多，加上施工工藝等因素的影響，容易造成混凝土灌注樁樁身截面尺寸漸變或多變，樁身垂直度有可能隨地質的變化而發生變化；樁身周圍巖體也會對樁頂傳下來的應力波進行反射，以上原因都會導致樁頂傳感器接收的實測信號會復雜、無規律，無法對樁身質量進行準確分析和評定。

聲波透射法是利用埋設在混凝土中的一定數量的聲測管，通過換能器間發出或接收超聲波信號，對采集到的聲學參數信號（波形、首波聲時、波幅、波速）進行分析，來判定樁身完整性的。因為需要埋設一定數量的聲測管，施工當中還需要固定，相對來說成本較高；現場檢測時仍需要較長時間，檢測效率略低，但聲波透射法可以通過平測、斜測、加密檢測等手段對異常位置進行細測，能夠確定混凝土缺陷的位置和程度，準確性較高；但是聲波透射法只能檢測聲測管之間的混凝土質量，對于支承樁或嵌巖樁的支承情況，需要通過別的檢測方法來確認，確保基樁承載力滿足設計要求。

一、常用的檢測方法及原理

（一）低應變反射波法檢測原理及應用

低應變完整性測試檢測原理主要基于彈性波傳播理論。假設樁是一個連續的一維彈性構件。基樁檢測時，樁頂受到錘擊力，驅動樁體顆粒振動產生彈性波，彈性波沿樁身向下傳播。在樁的傳播過程中，不同的區段會出現透射波和反射波，反射波沿樁身向上傳播到樁頂，被安裝在樁頂的傳感器接收，形成反射波測試信號。

對于樁周軟土的混凝土灌注樁，樁身一般較長，長徑比大，符合一維彈性構件模型。采用低剛度的重錘作為錘擊法激振，激振能量大，彈性波在樁體傳播過程中衰減慢，適用于獲得樁身深部缺陷或樁端反射波；采用高剛度的輕錘作為錘擊法激振，適用于識別和定位樁身淺層缺陷。因此，對于樁周軟土的混凝土灌注樁，可以通過調整錘擊激振方式來測試樁的淺層部分和一定深度的樁身完整性。

對于一般的嵌巖樁或支護樁，根據地質條件、施工工藝和施工條件，可以推斷樁進入巖石的位置，根據測試信號的共同特征和規范，可以綜合判斷樁的完整性。

但是，對于整個樁身都在巖石中的混凝土灌注樁，巖石特性、巖石與混凝土之間的膠結作用等，會對彈性波在樁身中的傳播產生影響。如果樁周巖石強度與混凝土強度匹配良好，彈性波會通過樁體傳播到樁體周圍的巖石中，導致激發能量衰減過快。彈性波進入樁周巖石形成的反射波也會對安裝在樁頂的傳感器采集的測試信號產生很大影響。即使使用剛度較小的重錘，采集的測試信號也不能反映出樁身質量。

（二）聲波透射法檢測原理及應用

混凝土灌注樁的聲波透射法檢測方法是在樁中埋設若干根平行于鋼筋籠并固定在鋼筋籠上的聲波管，現場檢測時，將超聲波換能器放入注滿清水的聲測管中，通過超聲換能器之間發射或接收超聲脈沖波，將接收到的信號通過檢測設備轉換成波形圖，然后通過電腦軟件計算、分析得出樁身完整性結論。

超聲波換能器在聲測管內部上下移動，對聲測管間混凝土進行完整性檢測，當超聲波在混凝土中碰到缺陷時，會產生繞射、反射、折射，使超聲波傳遞路程變長、能量衰減增大，從而使接收換能器接收到的信號發生改變，通過對接收到的超聲波脈沖的聲學參數(首波聲時、波幅)及波形的變化，可以判斷聲測管間混凝土內缺陷，并通過斜側、加密測，進一步確定缺陷的范圍和程度。但聲波透射法只能測聲測管之間混凝土的完整性，對于超長、大直徑混凝土樁來說，是一種比較適用的檢測方法。

二、工程案例

某高速鐵路項目，某樁基承臺采用混凝土灌注樁，樁長6m，樁徑1m，樁身混凝土強度C30，根據施工鉆孔地質柱狀圖，整根樁身在“泥質條帶灰巖（弱風化）”內。

依據《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2019）第4 章“低應變反射波法”第4.1.2 條“本方法檢測的基樁樁徑應小于2.0m，樁長不大于40m。當現場組織試驗時，樁長標準可根據現場試驗數據確定”。依據規范要求，現場采用低應變反射波法對樁身完整性進行檢測。

（一）低應變反射波法檢測的應用

該承臺共有9根樁，現場進行低應變反射波法檢測時，發現實測信號復雜，無規律，部分樁波形在2L/c 時刻前出現明顯缺陷反射波。

根據現場低應變反射波法實測信號，選取了1 號樁開展鉆芯驗證工作，1 號樁實測波形見下：

從實測波形可以看出，樁頂以下2m 左右波形反向反射，疑似擴徑，但現場成樁方法采用的是沖擊成孔施工法，根據施工資料顯示，在成樁過程中，沒有塌孔現象，不存在擴徑的可能；在樁頂以下3.8m 左右，有明顯的同向反射信號，即明顯缺陷反射波信號。依據規范，低應變反射波法判定該樁為III 類樁。

（二）鉆芯法驗證結果

為確保工程質量，有效降低工程風險，避免誤判，所以開展必要的驗證工作，驗證方法采用鉆芯驗證。根據《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2019）第10 章“鉆芯法”對1 號樁進行鉆芯驗證工作，芯樣圖片如下：

從圖片可以看出，混凝土芯樣連續、完整、表面光滑、膠結好、骨料分布均勻、呈長柱狀，斷口吻合，僅見少量氣孔，符合《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2019）中“表10.6.2”中關于I 類樁的“混凝土芯樣特征”。

（三）測試結果分析及綜合判定

通過對低應變反射波法實測波形的分析，結合1 號樁的鉆芯驗證結果，又陸續對波形復雜的3 號、6 號、7 號樁進行鉆芯法驗證工作。從混凝土芯樣判定，3 號、6號、7 號樁，鉆芯法驗證結果均為I 類樁。

結合多種檢測方法綜合判定，該工程該承臺1 號、3 號、6 號、7 號樁均綜合判定為I 類樁。

三、結論

低應變反射波法是假定樁為一維彈性桿件模型，適用于規則截面，應力波傳遞過程中還受地質條件，樁身截面變化，土阻力、樁長、長徑比、樁端約束條件等多種因素影響。對于工程基樁，常出現低應變實測信號復雜、紊亂或者難以解釋的現象，為確保檢測準確性，避免誤判造成損失，尚需開展必要的驗證工作。

對于整個樁身在巖石內的基樁，樁身周圍的巖石性質、強度、混凝土和巖石的膠結、巖石在成樁過程中的受損情況等，都將直接影響低應變檢測法實測信號波形。若樁身周圍巖石和混凝土匹配較好，樁頂的錘擊應力波也將傳入樁身周圍的巖石中，那么樁頂傳感器接收的反射波信號就會受到巖石中反射波的干擾，就不能完整得反映樁身質量，從而對低應變檢測結果形成影響，容易造成誤判；然而之后的驗證工作，也增加了工程成本，耽誤了施工工期。

所以，建議對整個樁身在巖石內的基樁，樁身完整性采用聲波透射法進行檢測。根據聲波透射法準確性高的特點，只需埋設聲測管，就能進行樁身完整性檢測工作，并且可以定量分析出樁身缺陷的位置和程度。增加的聲測管的成本相對于低應變檢測鉆芯驗證工作和工期成本還是比較低。