于佳明
上海中测行工程检测咨询有限公司
摘要：本文对半直接法中的三种常用检测试验手段（高应变、低应变、超声波）进行了简单介绍，并分析了各自的优缺点，通过两个在钻孔灌注桩完整性测试过程中同时采用其中2种方法综合判定桩身完整性的工程案例，论证半直接法在实际工程检测中综合运用对判定桩身完整性以避免造成误判的重要性。
关键词：半直接法、完整性、综合判定、基桩
1．前言
半直接法是以某些原型为试验基础，在一些条件假设前提条件下，根据一定的数学理论依据，通过现场试验获得一定的经验，最后加以总结归纳分析从而得到试验结果的检测试验方法。常见的钻孔灌注桩桩身质量检测方法是钻孔取芯法、高应变法、低应变反射法和超声波透射法。其中钻孔取芯法为直接法，钻孔取芯会对桩身混凝土产生破坏，钻孔垂直度和桩的垂直度不一致容易钻偏甚至钻出桩外，导致检测失败，且钻孔取芯检测速度慢，检测费用高，在常规的桩身完整性检测中很少采用，一般只作为其他检测方法的验证手段。其它三种检测方法均为半直接法，都不会对桩身产生破坏，且试验测试速度快，是工程项目中基桩完整性测试常用的试验方法。但半直接法检测不够直观，在实际工程应用中，因现场条件复杂，对检测结果影响的因素较多，只采用其中单一的检测试验方法容易对桩的完整性造成误判，经常不能准确判断出桩的完整性，特别是检测数据异常情况下，需要同时采用其它试验方法进行验证复核，将各种试验方法的检测结果有针对性的整合在一起，以弥补各试验方法的不足，并根据地质情况和现场施工情况综合判定，确保桩身质量判定的结果更为准确。
2．钻孔灌注桩简介
钻孔灌注桩具有承载力较高、施工时对周边产生振动、噪音污染相对较小、特别是不产生挤土效应，对周边管线及建筑影响小的特点，因而在工程中，特别是城市建筑密集地区被广泛采用。但钻孔灌注桩成桩施工方法相对较复杂，施工各个环节不容易把控，任何一个环节控制不好都可能会导致桩身出现质量问题，进而影响整根桩的承载力。如在施工成孔过程中，当护壁的泥浆配比不当时，在淤泥质土较厚的地层中，因淤泥质土液性指数较大，多处于流塑、软塑状态，容易产生缩颈甚至塌孔，造成断桩、夹泥；在砂性土的地层施工中，因土体颗粒间的粘聚力较小、土体颗粒孔隙率大、透水性好，在成桩施工过程中孔壁容易坍塌，最终产生扩径、离析或夹泥，严重者产生贯穿的断桩。在施工中水下浇筑混凝土时，如果灌注混凝土导管上拔时发生导管下端离开浇筑的混凝土顶面、或混凝土运输不及时产生混凝土浇筑过程出现长时间等待混凝土的现象，则可能会产生断桩；如果混凝土中水和灰料配比太大、拌和不均或因导管密封不严而漏水则可能会产生离析。
3．各种检测方法的简介
（1）低应变反射法
低应变反射法的基本原理是：在桩顶面瞬间施加一个的低能量荷载，使桩的质点发生弹性振动，因而产生应力波并顺桩身内部传播，应力波沿桩身向下传播时，如遇到波阻抗发生明显变化的分界面或桩的另一端时，将在分界面处产生反射，由安装在桩上部的传感器和仪器采集传感器处的振动状态，即得到反射波的信息，以反射波形态特征、接收到的时间和振动幅值等确定桩的完整性。低应变反射法的优点是试验仪器设备简单轻巧、现场试验测试速度很快、测试费用低，适合对大批量的基桩进行普测，缺点是不能定性地判定应力波反射界面的具体性状，对于桩身第一个缺陷（特别是严重缺陷）以下的其它缺陷及深部缺陷不容易检出甚至无法检出。
（2）高应变法
高应变法是将应变传感器和加速度传感器编为一组安装在桩两侧一定高度以下，然后采用一定重量的重锤锤击桩顶，在冲击力的作用下使桩与土体之间产生相对位移，充分激发出岩土体对桩的摩擦阻力，通过两对传感器采集相应的信号，采用专业软件计算分析后得到桩的竖向抗压承载力及桩身完整性。重锤激发的能量大，能够增加有效检测深度，通过定量分析计算能在判断是否影响桩的承载力基础上综合判断缺陷严重程度。但高应变法和低应变法一样，两种方法均以一维弹性杆应力波理论为理论基础，检测反映的只是桩身阻抗的变化情况，不能够分辨出缺陷的类型，且高应变锤击脉冲比较宽，对浅部缺陷的判定存在盲区且对细小裂缝不能有效检测，当桩的一个缺陷以下还存在其他缺陷时，只能定量计算最上部的缺陷严重程度。高应变法由于锤击设备重，对场地条件要求较搞，与另外两种检测方法相比，以此方法进行完整性普测比较困难，且检测费用较高。
（3）超声波透射法
超声波透射法首先是成桩施工时在钢筋笼上平行绑扎不少于2根声测管当作测试通道，并灌注满清水，在检测时将发射换能器放置于一个测试通道中，同时将接收换能器放置于同根桩另外的测试通道中，以相同的高程或一定的高程差从桩的一端拉至另一端，同时由发射换能器不断产生脉冲波穿透两通道间砼后由接收换能器接收并保存至主机，通过读取接收到脉冲波的声时、频率、波速和首波波幅等判定桩的完整性。超声波透射法检测试验所得的参数全面，效果细致，整个埋设声测管长度范围内的各部位相应剖面均可覆盖测试，且得到的各项参数精准可靠，测试过程简单、测试速度较快，且不受桩的几何尺寸限制，因此该试验检测方法是灌注桩完整性测试的重要方法。但由于超声波透射法需要在施工时埋置声测管，当埋设过声测管的桩比例较少时，随机抽样的随机性变差，且相比于低应变反射法该试验方法的测试费用较高。
以上三种半直接检测方法各有不同的优势和不足，在检测试验过程中应加以综合应用，从而更加准确地判断桩的完整性。
4．半直接法的综合应用
实例1：位于上海崇明区某项目桥梁基桩采用钻孔灌注桩，该桥桥墩设计桩长为34m，设计桩径为φ1200mm，桩顶设计标高为-3.433m（吴淞高程，绝对标高）。根据设计要求，超声波和低应变的检测数量各为桩总数的一半，且覆盖所有基桩。在基桩施工完成钻孔后均未做成孔检测。基坑开挖至设计标高后对基桩进行完整性测试，其中P2-2号低应变测试曲线明显异常（曲线见图1）。
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图1低应变曲线图
从现场实测的低应变曲线来看，P2-2号桩在桩顶以下9m、 18m、27m左右位置有明显缺陷谐振峰存在，相邻谐振峰之间的频差?f’＞c/2L，但第4个谐振峰与前三个排列间距不等，应该为桩底谐振峰，与规范中Ⅱ类桩和Ⅲ类桩所描述的特征皆不完全符合，无法准确判定该桩是否为明显缺陷桩。
为了进一步判断该桩是否为明显缺陷桩，通过超声波透射法对该桩进行测试加以验证，经试验测试分析，该桩所有检测剖面的各项声学参数均正常，接收的波形为正常波形，应判定为Ⅰ类桩。（其声速、波幅及PSD沿桩长而变的曲线见图2）
结合超声波透射法的测试结果，最终低应变法测试的结果为该桩是Ⅰ类桩。
分析其原因，经查看该区域地质资料，该场地土层标高（吴淞高程，绝对标高）-6.79m ~-0.25m范围为第②3-2层砂质粉土层，-17.45m ~-7.75m范围内分为第②3-3层粉砂层（地质剖面图见图3），在这两种土层中钻孔施工都容易产生扩径现象，缺陷谐振峰可能是由于桩上部孔径缓慢扩大后又陡缩回正常孔径，使该位置的阻抗由大突然减小造成的。
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实例2：浦东新区某项目桥梁采用钻孔灌注桩，每个墩台均设置2根桩，桥墩、桥台的设计桩长分别为54m、57m，设计桩径分别为φ1500mm、φ1200mm，桩顶设计标高分别为-3.150m、-1.300m。根据设计要求，每个墩、台各抽取一根桩做高应变测试，其余的桩采用超声波法测试桩的完整性。其中桥墩P1-2#桩在做高应变检测时发现传感器以下29.2m左右位置（高应变检测时未开挖至设计标高，传感器安装位置高于设计桩顶标高1m左右）速度曲线产生明显同向缺陷反射，完整性系数β值为75%，但力曲线并没有出现明显向下的反射（高应变曲线见图4），且贯入度只有2mm并不高，怀疑可能是桩先扩径后又陡缩产生的反射，但也并不能排除是桩身的缺陷。
为了进一步判断是否为缺陷桩，开挖至设计标高后，通过超声波法对该桩进行检测验证，所测得结果为从桩顶向下约28.2m~30m深度内所有剖面声学参数严重异常，基本无波形，确定该位置是严重缺陷，应判为Ⅳ类桩。（缺陷位置的波形图见图5，其声速、波幅及PSD沿桩长而变的曲线见图6）。
结合超声波透射法的测试结果，最终高应变法测试结果是该桩为Ⅳ类桩。
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5．结语
钻孔灌注桩的缺陷种类多，产生原因复杂多变，且地下的情况也是复杂的且是隐蔽的，每一种试验检测方法都具有与其特点相对应的优缺点，在灌注桩的检测试验过程中，尽量同时采用不同的试验测试方法，并结合地质情况、施工情况加以综合分析判断桩的完整性，以减少对有疑问桩完整性产生误判几率，为参建各方提供更加准确的检测结果。
参考文献：
［1］建筑基桩检测技术规范 JGJ 106-2014
［2］建筑地基与基桩检测技术规程 DG/TJ 08-218-2017
［3］基桩质量检测技术/ 陈凡等编著.—北京：中国建筑工业出版社，2003