摘要：灌注桩已成为建筑物普遍采用的基础形式。然而，桩基技术在推广普及的同时，桩基设计、施工、运营期间出现了很多问题，如桩基强度不足、缩颈、夹泥、离析、断桩、桩底沉渣等，对上部工程的影响巨大。本文以某住宅小区桩基的质量检测为工程背景，采用超声波透射法和钻芯取样法对建筑桩基进行了检测，获得了建筑桩基的具体缺陷位置，为后续桩基修复提供了新方法，具有较强的借鉴意义。
关键词：建筑物;桩基;超声波透射法;桩基完整性检测
1概述
桩按成桩方式不同，可分为预制桩和灌注桩两大类。灌注桩具有承载力大、施工过程对桩身无损害、施工技术简单、造价相对低廉、施工噪音小等优势，已成为建筑物普遍采用的基础形式[1-3]。据统计，目前我国年平均成桩量超过300万根，工程建设中桩基造价约占总造价的30%。然而，桩基技术在推广普及的同时，桩基设计、施工、运营期间的问题也逐渐暴露出来[4-6]。施工工序相对较多，工艺流程要求相互衔接要紧密，且为隐蔽工程。另外，施工过程中影响桩基质量的人为因素、外界环境较多。施工中常遇到的桩基缺陷问题有桩基强度不足、缩颈、夹泥、离析、断桩、桩底沉渣等，对上部工程的影响巨大[7]。据不完全统计，国外桩基的桩基缺陷率约在5%~10%，我国由于受多种因素的影响，桩基缺陷率约在10%~20%[8-9]。因此，桩基缺陷的质量问题成为制约我国桩基使用、发展的重要障碍，己经引起工程界各相关部门的高度重视。
2超声波透射法检测机理
声波传到不同介质分界面时，一部分经界面反射回到原来的介质中，而另一部分发生折射进入另一种介质中继续传播，声波经过界面发生反射、折射后传播方向、声压、声强等均会发生改变。声波的反射与折射分别服从反射定律和折射定律。
由于超声波透射检法需预埋声测管，声测管同钢筋笼一起下到孔内，故该方法一般只能检测灌注桩，检测内容为桩身完整性。通过在拟测桩基中预埋声测管，将声测管灌满清水作为检测耦合剂，把发射和接收换能器分别放入声测管内，使发射和接收换能器始终保持一定的位置关系进行测量，记录不同深度的声学参数，通过后续分析或借助某些数学、统计学手段对检测数据进行处理，判断桩身混凝土的完整性。超声波在均匀介质中沿直线传播，波形、波速等声学参数变化不大。相对桩身混凝土缺陷(如：混凝土空洞、断桩)而言，桩身混凝土密实、完整的桩均匀性较好，在其内部传播的超声波声学参数变化不会太大。而当桩身混凝土中存在明显缺陷时，超声波波速、波幅、波形等参数都会发生明显变化，这是因为超声波传播过程遭遇较大的桩体部分缺陷时，会发生反射、折射和散射，或者绕过缺陷传播，声能明显衰减。
3工程概况
选取某住宅小区的高层建筑群，设置2~3层地下室。按《岩土工程勘察规范》(2009版)划分，建筑物工程重要性等级为一级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为一级，岩土工程勘察等级为甲级。对场区进行成桩可行性分析，对比了混凝土预应力管桩、旋挖钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩的优势和缺点，综合考虑了施工质量、施工效率和施工成本等因素，最终选用了人工挖孔灌注桩的桩基形式。
根据钻探揭露，场地内埋藏的地层主要由①杂填土层、②淤泥层、③粉质粘土、④细砂、⑤圆砾、⑥全风化板岩、⑦强风化板岩、⑧中风化板岩组成，其野外特征自上而下分叙如下：
①杂填土：褐黄色、黄色，稍湿-湿，松散-稍密状，主要由粘性土、建筑垃圾、生活垃圾新进回填形成，均匀性较差，未完成自重固结，含碎砖、混凝土块、碎石25%以上。该岩土层钻孔揭露的一般厚度0.50～18.70m，平均厚度8.34m。
②淤泥：青灰色，成分为粘土质，含有机质，软塑，饱和。场地少部分地方有分布，该岩土层钻孔揭露的一般厚度0.60～2.40m，平均厚度1.52m该岩土层钻孔揭露的一般厚度1.30～4.00m，平均厚度2.72m。
③粉质粘土：黄褐色，硬塑，稍湿,网纹状结构，含铁锰结核，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，局部含有卵石。场地少部分地方有分布，该岩土层钻孔揭露的一般厚度0.60～6.30m，平均厚度2.16m。
④细砂：黄褐色，中密，饱和，成分主要为细砂质，少量粉砂、粘土质，浑圆状，级配良好，含少量粘性土、砾石，无光泽反应。该层仅C区东北部有分布。
⑤圆砾：灰黄色，饱和，中密，充填物为砂、粘土质，大于2mm的颗粒含量约占60～70%，粒径多为1～3cm，大者大于5cm，呈椭圆形，滚圆度2～3级，母岩成分为石英砂岩、石英岩，燧石等。场区局部分布，该岩土层钻孔揭露的一般厚度0.50～8.40m，平均厚度3.80m。
⑥全风化板岩：褐黄色，极软岩石，泥质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩芯破碎，多呈块状、碎块状、土状，岩芯用手可折断，遇水易软化、易碎。全场地分布;该岩土层钻孔揭露的一般厚度1.10～10.00m，平均厚度4.74m。
⑦强风化板岩：黄褐色、青灰色，变余结构，板状构造;节理裂隙极发育，岩芯极破碎，多呈碎块状、碎片状，手可折断，岩体基本质量等级分类为Ⅴ级，RQD值极差。全场地分布;该岩土层钻孔揭露的一般厚度1.90～10.90m，平均厚度5.31m。
⑧中风化板岩：青灰色，少量黄褐色，变余结构，板状构造;节理裂隙较发育，岩芯较破碎，多呈碎块状、短柱状，岩体基本质量等级分类为Ⅴ级，RQD值差。场区内均有分布，本次勘察未钻穿该层，揭露深度为4.90～20.60m。
4桩基质量超声波法检测
4.1检测方法
超声波透射法在现场有平测斜测和扇形扫测三种基本方法，首先采用平测法对受测桩基进行全桩长检测，若发现接收到的声学参数存在异常，则针对异常区域采用斜测、扇形扫测等进一步细查，根据不同检测方法获得的参数综合确定桩身质量(完整性)。三种检测方法示意图见图1。
4.2检测设备
4.2.1检测装置
检测装置按照换能器的提升方式可分为人工操作式、半自动式及全自动式装置，除常规检测装置具有的超声波检测仪、换能器、探头及管线组成等设备外，全自动式桩基检测装置还配有探头自动升降装置、控制装置和数据测量处理系统，自动化和智能化程度高。
4.2.2超声波检测仪
作为灌注桩桩身完整性检测的重要装置，超声波检测仪的作用是不断产生电脉冲信号，激发换能器，发射换能器向拟测桩体发射超声波，超声波传播经过桩身混凝土后被接收换能器接收并将其转化为电信号，超声波检测仪接收并显示由接收换能器发出的信号。
4.2.3换能器
换能器的基本原理是正、反压电效应，发射换能器的作用是将电能转化为声能，从而向被测桩体混凝土发射超声波。接收换能器的作用是接收传经桩身混凝土后的超声波，并把声信号转为电信号，发送给超声波检测仪。
4.2.4声测管
声测管作为换能器升降的通道，管内充满清水，检测过程中要求声测管保持垂直，其倾斜度需保持在误差允许范围内。实际检测中宜选用钢管作声测管而非塑料管，这与两种材料的声学特性有关，且塑料管容易断裂、弯曲，影响检测精度。声测管底端应封闭良好，保证不漏水、管内应无异物、不堵管，各声测管管口高程保持一致，均高出桩顶300~500mm左右，当受检桩桩长较大需接长声测管时，声测管之间采用螺纹连接而不宜焊接。
4.3检测程序
超声波透射法混凝土灌注桩检测步骤主要有声测管预埋、现场准备、正式检测等。
4.3.1声测管预埋
桩基检测所需声测管数目与被测桩径大小息息相关。为避免声测管间距过小引起较大误差，超声波透射法测量对象适用的最小桩径应不小于600~800mm。而当桩径很大时，若声测管数目较少，则测量面积所占桩基截面积比例较小，测量盲区过大，也会导致测量结果不准确，因此对大直径桩必须增加声测管数。
4.3.2现场准备工作
准备工作包括查找工程资料，检测各仪器设备是否正常、声测管埋设是否合格，一切完毕后向声测管内灌满清水，作为检测耦合剂，然后依检测要求设置各仪器设备参数。
4.3.3正式检测流程
现场准备就绪后便开始正式检测工作。采用平测法进行全桩长普测，若发现声学参数异常点则可采用斜测或扇形扫测加密测量，确定桩身缺陷的规模和位置，通过后续数据分析处理评价桩身完整性。
4.4超声波法检测
受检桩基为本工程3#楼第一批桩，共30根，对其中10根进行超声波透射法抽检，受检桩基基本情况如表1所示。
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依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)，采用超声波透射法，通过预埋声测管，对受检桩基的桩身完整性进行检测，并对桩身缺陷种类、缺陷程度(规模)及位置作出判断。检测示意图如图2所示。
检测过程中，每1m桩长记录一次数据，故检测数据繁多，现仅将检测结果不合格的1号桩基的部分检测数据列举出来，见表2。
从表2可以看出，1号桩检测桩长为29.5m，在23m以上和26m以下时，三个剖面的声时与波幅都均匀，无明显突变。其波速、幅度和声时均在在小范围内波动，表明23m以上和26m以下桩身无明显缺陷，整体均匀性好。而对于23m～26m深的桩身，其波速、幅度和声时变化均很大，表明该桩存在较严重缺陷，完整性差，可定为IV类桩。
4.5钻芯法检测
考虑到该桩在工程中的重要性，为了验证桩身缺陷的具体位置，对同一批桩用钻芯法进行核验。实验的桩基钻芯法采用XY-2B型钻机，采用金刚石岩芯钻探。进行钻取工作前，对钻具严格对中，按规范严格控制回次进尺。对混凝土芯样表面的观察和芯样抗压强度的分析，用来评定桩身完整性、桩底沉渣厚度、桩端持力层及桩身混凝土强度效果。对2号~10号合格桩基钻孔取心，其芯样如图3所示。由图3可知，混凝土芯样连续、完整，呈柱状，胶结好，骨料分布均匀，断口吻合，对芯样抗压强度进行测量，其结果满足要求，该桩基可判为I类桩。
不合格桩基(1号桩基)芯样如图4所示。从图4芯样可以看出，该桩体出现了严重的离析和夹泥现象，混凝土胶结极差，部分桩身混凝土呈松散状，桩体缺陷严重影响桩身结构和承载力，判定为Ⅳ类不合格桩。
4.6受检桩基完整性综合评价
结合超声波透射法和钻芯法对受检桩基的检测结果，可以形成对受检桩基准确的完整性评价，见表3。
5结论
本文以某建筑桩基的质量检测为依托，利用了超声波透射法和钻芯法对受检桩基进行了检测，主要得到如下结论：①用声波透射法检测发现1号桩身混凝土三个剖面均在桩顶下约23m-26m区域内存在明显缺陷。②用钻芯法确认1号桩在桩顶下约24.75m区域内存在严重离析和夹泥，对于其余桩基，其芯样混凝土芯样连续、完整，呈柱状，胶结好，骨料分布均匀，断口吻合，强度满足要求。——论文作者：周武
