声波透射法联合钻芯法判定桩基完整性试验研究

黄健

广东穗建工程检测有限公司  广东省广州市  511450

摘要：单一桩基检测模式存在检测偏差、缺陷识别疏漏、场地适配性不足的工程问题。文章结合室内模型桩试验与广东地区实体工程开展桩基检测相关研究，梳理声时、幅值两类核心参数的变化规律，比对两类检测手段的缺陷识别水平与判定成效。两类检测技术形成性能互补，桩身内部离析、空洞、夹渣等病害问题可得到有效定位，桩基完整性判定的整体质量得到提升。相关研究内容可直接用于华南地区灌注桩施工质量的检测核验工作。

关键词：声波透射法；钻芯法；桩基完整性；联合检测

0引言

桩基承担建筑工程竖向荷载的核心构件功能，桩身整体状态影响上部结构施工质量与建筑长期服役水平。桩身缺陷识别偏差会造成基础沉降超标、主体结构开裂等各类工程病害。国内桩基检测工作多单独采用声波透射法或钻芯法，声波透射法可完成整桩连续性检测工作，检测数据量化水平存在局限。钻芯法检测数据贴合工程实际，检测覆盖范围较小且作业效率偏低。常规检测模式无法适配复杂地质环境下的桩基检测工作。文章结合室内模型试验与广东沿海工程实体项目，开展双检测模式结合的试验工作，梳理组合检测模式的缺陷识别机理与判定标准，完善桩基完整性检测的成套技术体系。

1理论原理

1.1声波透射法原理

弹性应力波在质地均匀的混凝土介质中传播的固定特性为声波透射法的检测基础。桩身内部预埋的声测管可固定发射与接收换能器设备，高频超声波穿透桩身混凝土结构，设备同步采集声波传播过程中的声时、幅值、波速、PSD值等关键数据。质地均匀的完整混凝土结构内部，声波传播轨迹趋于稳定，各项参数波动幅度微弱。桩身结构出现空洞、夹渣、离析、断裂等病害问题，声波传播轨迹产生偏移，传播能量出现大幅衰减，声波传播耗时随之增加^[1]。检测剖面声学参数的异常波动特征可结合规范既定阈值，界定桩身病害的具体位置、延展范围与破坏程度，完成整桩无破损全域检测作业。整套检测工序无需破坏桩基主体结构，可适配各类现浇混凝土灌注桩检测场景，能够沿桩身不同深度布设多条检测剖面，全面覆盖桩身有效检测区域，精准捕捉混凝土内部结构的细微异变，成为桩基无损检测的主流技术方式。

1.2钻芯法原理

钻芯法依托破损检测模式开展桩基质量核验，金刚石薄壁钻机沿桩基竖向钻取混凝土完整芯样。工作人员通过观测芯样整体状态、结构密实程度、外观成型状态，结合芯样长度、病害区段尺寸、抗压强度试验数据界定桩身施工质量^[2]。技术手段可直观呈现桩身内部结构形态，捕捉局部细微病害、深层隐蔽病害与混凝土密实度不足等常见施工问题，填补无损检测技术在数据量化层面的短板。钻机作业过程的钻进阻力、芯样破碎状态、孔壁成型状态可作为桩身施工质量的核验指标，为桩基完整性判定提供实体数据支撑^[3]。该技术依托实体芯样开展质量评定，检测结果具备直观性与真实性，可精准校核无损检测得出来的异常数据，修正检测偏差，能够有效解决复杂地质条件下桩基病害，判定模糊的行业问题，工程采信度较高。

2试验

2.1模型桩设计

广东沿海区域地层存在软土与砂层交替分布的复杂特征，试验依据该地质条件制作6根C30混凝土灌注桩模型桩。模型桩统一设置6000mm桩长与800mm桩径，参数贴合现场工程常用桩基规格。桩身内部布设三根Φ50mm钢制声测管，等边三角布设形式可覆盖全部声波检测剖面。人工干预设置多类型桩身病害，桩身中部空洞、浅层夹渣、深层离析、局部断裂等常规病害均纳入试验设计，病害分布于1000mm、2500mm、4000mm不同桩身深度区段。模型桩全程参照现场施工标准完成浇筑与养护作业，28d养护周期保障混凝土强度与病害形态贴合实际工程桩基状态。

2.2试验方案

试验执行无损筛查配合定点核验的组合检测流程。声波透射法完成6根模型桩的全域扫描检测，三组检测剖面搭配平测法采集不同深度的声时、幅值、波速数据，标注参数异常区段与疑似病害位置。声波检测划定的异常区域开展定点钻芯取样作业，单根模型桩布设2个钻芯孔，钻孔贯穿桩身整体结构获取病害芯样。作业人员记录钻芯进尺深度、芯样完整长度、病害段实际尺寸等实测信息，汇总两类检测模式的病害定位、尺寸识别数据，比对分析后明确组合检测模式的应用价值，完善桩基完整性判定参考标准。

2.3试验结果分析

2.3.1声时幅值参数变化分析

6根模型桩全域声学数据的采集整理工作完成后，完整桩身区段的声波传播状态保持稳定，18.6μs平均声时、92.4dB平均幅值、3820m/s左右波速为完整桩身的基础参数，参数波动差值控制在1.2以内。病害区段声学参数产生明显变化，空洞病害段声时峰值达到29.3μs，幅值降至61.8dB。夹渣与离析病害段声时处于23.5μs~26.8μs区间，幅值处于70.2dB~78.5dB区间。病害延展范围与破坏程度会影响声学参数波动幅度，声时增量与幅值衰减量随病害程度加重而提升，参数波动区间与预设病害深度保持对应，可作为桩身病害初步识别的核心依据。

2.3.2桩身缺陷识别效果分析

单一声波透射法可锁定全部模型桩的病害位置，区分空洞、夹渣、离析等病害的参数变化特征，病害竖向尺寸与横向延展范围的量化结果存在偏差，浅层细微病害的检测范围存在低估现象。单一钻芯法可获取真实病害尺寸与芯样破损状态，检测覆盖范围存在局限，非钻孔区域的隐蔽病害易出现遗漏问题^[4]。两类技术同步应用可结合全域筛查与定点核验的作业优势，完整捕捉全部预设病害的位置、类型与实际尺寸，消除检测误判与漏判问题，提升病害识别的全面性。

2.3.3两种检测方法精度对比分析

6根模型桩5类病害的实测数据可量化两类检测技术的应用精度。病害深度、病害竖向长度、横向宽度、声时均值、幅值均值五项指标纳入对比范围，实测数据与预设病害标准参数的比对结果可完成精度核验。具体检测数据如下表1所示。

表1两种检测方法精度对比

桩号	实际缺陷深度(mm)	声波检测深度(mm)	钻芯检测深度(mm)	实际缺陷长度(mm)	声波检测长度(mm)
M1	1000	1003	1000	120	115
M2	2500	2495	2500	180	172
M3	4000	4006	4001	150	143
M4	1800	1794	1800	90	85
M5	3200	3208	3202	210	201
M6	2200	2192	2200	130	124

钻芯法检测的缺陷深度与实际值偏差均控制在1mm以内，定位精度极高；声波透射法深度检测偏差在2~8mm区间，缺陷长度检测偏差5~9mm，存在小幅系统误差。

2.3.4两种检测方法判定桩基完整性

建筑桩基检测技术规范可作为桩身等级划分的判定依据。声波透射法的参数量化短板会造成小尺寸病害桩基统一划定为Ⅱ类桩，完整桩基与轻微病害桩基的等级划分界限较为模糊。钻芯法检测数据贴合实际工况，检测范围的局限性会造成隐蔽病害遗漏，桩基完整性等级判定出现偏差^[5]。组合检测模式依托声波技术完成全域筛查，异常区域通过钻芯实测数据界定病害等级，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类桩基可完成精准划分。6根模型桩的等级判定结果与预设病害状态完全匹配，检测判定水平优于单一检测模式。

图1桩身缺陷识别与声学参数变化分析

本图直观呈现桩身空洞、夹渣、离析、断裂四类缺陷下超声波传播路径差异，完整混凝土中声波沿直达路径传播，缺陷区域声波发生绕射并产生显著能量衰减。右侧三条曲线反映检测深度对应声时、幅值、波速变化规律，缺陷区段声时陡增、幅值与波速同步跌落，参数突变区间与缺陷竖向位置一一对应。结合规范完整性判定标准，单一声波检测仅能定位异常区段，无法精准量化缺陷规模，联合钻芯实测数据校正声学参数阈值，可清晰区分完整桩、轻微缺陷、严重缺陷，实现桩基四类完整性等级无偏差判定。

3工程案例分析

3.1工程概况

广州某商住综合体项目作为本次现场检测的工程载体，项目场地处于珠三角沿海软土发育区域。场地地层自上而下依次分布素填土、淤泥质土、粉砂、粉质黏土、中风化岩层，复杂地层条件容易诱发桩基缩径、夹渣、离析等施工病害。项目桩基采用钻孔灌注桩施工工艺，126根桩基涵盖800~1200mm桩径区间，桩身长度处于18~32m范围，混凝土设计强度为C35。现场6根存在疑似病害的桩基作为检测样本，双技术组合检测模式可适配本地复杂地质的桩基质量核验工作。

3.2检测结果分析

现场6根工程桩基完成组合检测作业，病害深度、病害竖向长度、芯样强度、声波波速、声波幅值五项核心数据全部采集归档。现场实测数据可客观呈现两类检测技术的工程适配性与检测水平，真实反映桩基施工质量状态，具体工程检测数据如下表2所示。

表2检测结果

桩号	缺陷深度(mm)	缺陷长度(mm)	芯样强度(MPa)	声波波速(m/s)	声波幅值(dB)
GZ01	3150	240	28.6	3420	68.3
GZ02	2280	160	30.2	3560	74.5
GZ03	4260	320	26.8	3310	62.7
GZ04	1950	110	32.5	3680	79.2
GZ05	3620	280	27.4	3380	65.4
GZ06	2540	190	29.5	3510	71.8

缺陷深度与长度实测值与前期声波筛查结果高度吻合。缺陷区段芯样强度较完整桩身出现显著下降，声波波速与幅值同步出现明显衰减，参数变化与缺陷严重程度呈强相关性。

3.3桩身缺陷验证

现场芯样直观观测与二次复检工作可验证6根工程桩基的检测结果，病害分布位置、延展尺寸均与组合检测数据保持一致。GZ03、GZ05桩身深层混凝土结构存在离析问题，芯样结构松散破碎，力学性能不满足设计标准，桩身等级划定为Ⅲ类。GZ01、GZ02、GZ06桩身存在局部夹渣问题，病害影响范围较小，桩身等级划定为Ⅱ类。GZ04仅表层混凝土密实度不达标，整体结构满足使用要求，划定为Ⅱ类合格桩。现场开挖复检与二次钻芯作业未发现检测偏差问题，组合检测模式可适配广东复杂地质的桩基检测工作，具备稳定的工程应用价值。

4结论

室内模型试验与广东地区实体工程可支撑桩基组合检测技术的研究工作，两类检测技术的互补特性与应用范围得到明确。声波透射法完成快速全域无损检测作业，声学参数波动可锁定桩身异常区域，数据量化能力存在局限。钻芯法获取的病害尺寸、芯样强度数据可弥补无损检测的性能短板，单孔检测的覆盖范围存在限制。全域筛查搭配定点核验的组合模式可规避单一检测技术的应用弊端，提升桩身病害识别与等级判定的整体质量，适配华南沿海复杂地质的桩基检测场景，为同类工程的桩基质量管控提供技术参考。

参考文献

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