关于基桩低应变反射波法和钻芯法桩身完整性检测对比分析

广东建材2019年第2期划分标准名称特点桩径小直径桩中等直径桩大直径桩

ｄ≤２５０ｍｍ２５０ｍｍ＜ｄ＜８００ｍｍｄ≥８００ｍｍ（ｄ为桩径）

受力状态竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩竖向抗压桩根据负摩阻力产生的下拽荷载方向又分为摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦桩端承、端承桩。

桩身材料混凝土桩木桩钢桩组合桩混凝土桩的使用非常普遍，还分为灌注混凝土桩和预制桩。木桩承载力和

刚度及耐久性都无法和混凝土桩比较，混凝土比其大得多。钢桩抗冲击强、接桩方便、质量稳定。组合桩是由多种原料构成的桩。

成桩方法打入桩灌注桩静压桩捶击、振动等方式形成的是打入桩。灌注桩通过钻、冲、挖或沉的方式形成。静音机械压入形成静压桩。

成桩工艺挤土桩部分挤土桩非挤土桩

挤土桩造成的挤土效应，可能改变周围环境，但在土质松软地区可起到加密的作用，反之其他桩型则无或有部分相应效应。

表1桩常见类型1前言

目前，检测工程项目基础桩的桩身实际完整性方法相对较多，但如何才能够择选出最佳检测方法，逐渐成为了检测工作中的一大难题。那么，为了进一步了解低应变的反射波检测方法及钻芯检测方法，其在桩身实际完整性实测期间最佳应用路径，更好地利用反射波检测方法及钻芯检测方法各自应用优势，开展高精准度的桩身自身完整性实测。本文主要围绕着桩基知识，低应变的反射波检测方法及钻芯检测方法在实际工程项目当中具体应用对比进行综述，望能够为今后相关专家及学者在这一方面的深入研究提供有价值的依据或参考。

2桩基概述

2.1桩常见类型

桩，主要指的埋入地下土当中柱形的杆件，主要作用在于把上部结构荷载逐渐传递给深部小压缩性及坚硬岩层土、土层当中。国内目前建筑项目工程常见桩型，因不同施工工艺、技术及作用等，包含着多种桩型，具体

如表１所示。而本文主要还是围绕着灌注桩，对比分析低应变的反射波检测方法及钻芯检测方法，其在桩身实际完整性实测当中具体应用情况进行。2.2桩基常见质量问题

倘若桩身的横截面实际尺寸并未有较为严重的变化情况，且转身部位材料均匀、密实，便可判定桩身处于

完整状态。而若桩身的完整性遭到破坏，则桩身结构的

强度及耐久性必定降低，便可判定桩身存在缺陷问题，常见质量问题主要包含着断桩、离折等。离折质量问题，

是因混凝土的细料分布不均匀及不均匀地振捣等所致；断桩，它主要指桩身存在着断开及断裂情况。混凝土的灌注桩存在这一情况主要原因大致是灌注期间，发生了设备故障或突然停电等情况，以至于持续灌注期间形成了浮浆引起隔断。桩身的混凝土自身强度降低，无力支撑住周边土体及外部大强度作用力。加之，混凝土相对

关于基桩低应变反射波法和钻芯法桩身完整性检测对比分析刘志华（清远市建设工程质量检测站）

【摘要】本文简要概括分析了桩基知识，综合分析了对低应变的反射波检测方法及钻芯检测方

法，二者基本概念及应用原理，并结合两个工程项目案例，对这两种检测方法进行对比分析，获得最终检测对比分析的结果。通过这一对比分析过程，便于相关检测技术员更为全面地了解桩基知识、低应变的反射波检测方法及钻芯检测方法在桩身的完整性实测当中具体应用情况，并能够结合实际要求及情况，做出最为科学的选择，通过低应变的反射波检测方法及钻芯检测方法配合使用，进一步提升桩身实际完整性实测结果精准度。【关键词】基桩；低应变；反射波法；钻芯法；桩身；完整性；检测

质量控制与检测

37--广东建材2019年第2期

较干燥，在提拉套管期间速度极快，极易夹杂着泥土，最后便会出现断裂质量问题。那么，为尽快发现这些质量问题，就必须通过检测桩身的完整性来实现。3综合分析两种不同的检测方法3.1低应变的反射波法3.1.1基本概念对于低应变的反射波法来说，一维波动学属于基础理论。在对桩顶部施加某一瞬时的激振，便可经过实测桩顶部加速度及速度响应的曲线，可获取桩头瞬时激振的信号参数，用以对桩身实际完整性的科学检测。桩顶部瞬时的激振，其对于桩有着小能量作用，致使桩与混凝土相互间无法形成贯入度，仅存在着弹性的形变作用。该低应变的反射波法，主要是借助应力波，让其在桩身的内部反射、传播。但因低应变的反射波法其针对桩基的承载力实测理论尚且不够成熟及精准，往往会存在着较大偏差。故当前主要是借助此方法检查桩身可否具备完整性。可以说低应变的反射波法所用装置具有着易于操作、方便携带及轻便、价格低廉及结果清晰等应用优势，数学物理学的理论基础较为强大，模型较为完善，被广泛应用于桩身的完整性专项检测工作当中。3.1.2基本原理⑴一维的波动方程针对桩基处于在正常条件下，比例当中其桩长远超过直径，往往将桩看作一维弹性的杆件模型。若对其桩顶部施加较低荷载作用力，一沿桩的纵向传播弹性波便会逐渐形成，因桩身及土层之间阻抗差异相对较大，以至于弹性波仅可以在转身的内部实现低振幅振动。在充分满足于一维的波动方程基础理论要求及标准，以下为桩身的完整性实测期间，一维的波动方程实际应用：如公式１所示，若桩属于一维弹性的杆件，且杆件材料具有良好均匀性，截面恒定的杆截面内部应力也相对较为均匀，不考虑桩周边土体对于桩身的应力波实际传播影响。质量密度、杆件的弹性模量、横截面积、杆长等分别用ｐ、Ｅ、Ａ、Ｌ来代表，杆轴线的方向为ｘ轴，施加Ｆ内力，各个截面振动的位移为ｕ，各项参数只作为ｘ、ｔ时间参数，沿着杆件轴线的方向ｘ位置随机择取ｄｘ长度微元，形成ｕ位移，获取质点运动的速度及应变即为：ε＝φ－ｕ／φｘ、ｖ＝φｕ／φｔ。若φ代表截面ｘ位置应力，按照胡克定律，其应力及应变之间比例即为Ｅ弹性的模量，如公式２所示。各项参数便可获取到Ｆ＝φａ。由此便可整理出另外一个公式，如公式３所示。Ｘ微分公式，如公式４所示。杆件的单元质量及加速度，则可依据ｍ＝ｐＡｄｘ、ｓ＝φ２ｕ／φｔ２进行计算分析。依据牛顿的第二定律ｄＦ＝ｍａ，便可获取到ｄＦ＝φＦ／φｘ×ｄｘ＝ｍａ、φＦ／φｘ×ｄｘ＝ｐＡ×φ２ｕ／φｔ２×ｄｘ。按照大朗贝尔的方程，便可获取到ＡＥ＝φ２ｕ／φｔ２×ｄｘ＝ｐＡ×φ２ｕ／φｔ２×ｄｘ、φ２ｕ／φｔ２＝Ｅ／Ｐ×φ２ｕ／φｔ２。而定义ｃ＝Ｅ／Ｐ姨，可获取到

φ２ｕ／φｔ２＝ｃ２φ２ｕ／φｔ２＝０。那么，通过以上所有公式便可组成直杆沿着相应轴向振动一维的波动方程，Ｃ属于应变、速度、位移、应力波等沿者杆件竖向的传播速度。

σ鄣ｕ／鄣ｘ＝σε＝Ｅ式⑵

鄣ｕ鄣ｘ＝σＥ＝ＦＡＥ式⑶

鄣Ｆ鄣ｘ＝ＡＥ鄣２ｕ鄣ｘ２

式⑷

⑵求解波动方程其一，借助行波基础理论对波动方程进行求解分析。若杆件ｐ、Ｅ、Ａ、Ｌ均处于恒定不变状态，依据行波的

基础理论，便可借助以下公式当成波动方程式达朗贝尔的通解：Ｗ（ｘ±ｃｔ）＝ｕ（ｘ、ｔ）＝ｆ（ｘ－ｃｔ）＋ｇ（ｘ＋ｃｔ）。杆内部ｘ位置质点在受扰动后实际变化特点可借助以上公式ｇ、ｆ予以表示。为紧密结合一维杆的波动理论及其桩应力的检测，沿着ｘ轴向振动必须为正向，所施加压应力则为φ，桩身应变则为ε、质点实际运动速度则为ｖ，方向为正向。ｆ（ｘ－ｃｔ）需以ｃ波速沿着正向传播下行波，ｇ（ｘ＋ｃｔ）则同样也是以ｃ波速沿着正向传播上行波。3.2钻芯法

3.2.1基本概念

钻芯法，它属于一种检测局部损坏、细微或较小损坏的检测方法，最大应用优势在于其具有较大科学性及实用性，且实际应用范围相对较广，对于连续墙及桩基

式⑴质量控制与检测38--广东建材2019年第2期

的强度、质量等均可采用该钻芯检测方法。3.2.2基本原理

钻芯检测方法基本原理，是采用钻孔机随机抽取相应桩身的芯样，直接检测桩身质量、桩长、持力层的形状、沉渣厚度、桩身处混凝土的强度等级等，其它检测法均无法达到的直接检测效果。钻芯检测方法，它主要是借助后期对芯样自身抗压强度的结构，对桩身质量实施评价分析。但该种检测方法仅限于８００ｍｍ以上桩径桩

基。因该种检测法需在桩身的钻孔内进行，故并不属于无损检测的范围内，且钻芯检测方法针对大面积缺陷，比如夹泥、离折、空洞等较为突出。因小范围水平的裂缝

检测，其实测结果往往会受到一定限制，故钻芯检测方法存在较大限制性。故该种钻芯方法仅可作为实测期间

一种辅助性的手段，也可用来检验其余检测法实际应用效果情况，还可配合其余检测方法做好对比分析，便于实测结果精准度的提升。

4对比分析

4.1案例一

以某工程项目灌注桩的１２＃桩案例，该工程项目桩径Ｌ＝２８２ｍ，φ１２０，Ｃ３０等级的混凝土。分别开展低应变

的反射波法及钻芯法实施检测操作，以下为具体检测结果：4.1.1低应变的反射波法

如图１所示，借助对桩１２＃低应变的反射波法实践检测波形的分析可得出，桩顶下部１８．０～２１．５ｍ处缩径缺陷较为明显。我国关于建筑物地基基础的检测标准当

中，ＩＩ类桩的时域信号基本特点为：在２Ｌ／Ｃ时间段前期有轻微缺陷的反射波出现，桩底部反射波实际波速处于正常状态；ＩＩＩ类桩的时域信号基本特点为：缺陷的反射波较为明显，其余特点则处于ＩＶ类及ＩＩ类之间。

4.1.2钻芯法

桩１２＃低应变实践检测结果属于ＩＩＩ类。那么，为能够进一步地验证该实测结果，在经过各方确认之后，

借助钻芯法对该桩实施检测分析，下为具体检测结果：如图２所示，为１２－１＃的桩孔，项目现场钻取的芯样实测到该孔芯样于１８．００～１９．００处破损较为严重。如图

３所示，项目现场钻取的芯样实测可了解到，该孔芯样于１８．００～１８．７０ｍ处有较为严重的蜂窝情况，且局部芯样的混凝土已破碎。故１２＃的桩可判定成ＩＶｌ类别的桩。

4.2案例二

该工程项目灌注桩总共有３２根，其桩径φ１０００ｍｍ。而混凝土的强度等级则为Ｃ２５，总施工的桩长约为８．０～１１．０ｍ。分别开展低应变的反射波法及钻芯法实施检测操作，以下为具体检测结果：4.2.1低应变的反射波法

针对该工程项目３２根桩，借助低应变的反射波法对其桩身的完整性开展实测分析工作，经过实测后初步检测的结果可判定其属于Ｉ类的桩，总桩身完整无缺损，部分桩的装底部反射较为突出。但是，处于施工的桩长已经过确认状态时，其桩身的波速约为３１００～３１５０ｍ／ｓ，实际波速相对较低。对于低波速条件下，适宜选用钻芯法来抽检该项目工程的灌注桩，以便于更好地检测桩身的完整性。4.2.2钻芯法

从该工程项目３２根桩当中随机抽取出５根，借助钻芯法实施检测工作，从现场实际抽取情况来分析，这５根桩芯样已有较大面积蜂窝情况出现，且相对较为均匀。这也是致使低应变的波速偏低基本因素。针对该工程项目剩余的灌注桩，借助钻芯法实施检测操作期间，也会有类似情况出现。通过向工程项目施工方的具体施

工过程深入了解可发现，该项目施工场地的地质当中夹杂着水砂层。因该工程项目所处地质环境极为特殊，灌注操作期间水泥浆会逐渐被稀释，以至于流失掉较多水泥浆，最终出现较大面积的蜂窝情况。可判定为该项目工程３２根的灌注桩均不符合标准及要求，安全风险较大，判定属于ＩＶ类的桩。