摘要：基桩桩身完整性检测目前通常的检测方法有低应变法、高应变法、声波透射法和钻芯法，这四种检测桩的方法，每种都有各自的优点和缺点，因此规范上也要求基桩应采用不同的检测方法去检测其桩身完整性。虽然同为检测完整性，每种方法检测结果都存在一定差异，完整性和缺陷的论述都不大相同，值得进行类比研究
关键词：桩身完整性 检测 差异 类比
一、引言
桩身完整性对于桩身结构承载力的影响至关紧要，工程上根据桩身缺陷对桩身结构承载力的影响对桩身结构的完整性按四类划分：
Ⅰ类：桩身完整；
Ⅱ类：桩身存在轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥；
Ⅲ类：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；
Ⅳ类：桩身存在严重缺陷，
因为每种检测方法在检测原理上和数据分析上的差别，每种方法对完整性类别的划分的标准也不尽相同。如低应变对完整性的类别判断的依据是根据时域信号或频域信号的特征去判断，高应变对完整性的类别判断的依据是根据实测曲线的β值去判断，声波透射法根据声速、波幅、波形的畸变程度以及缺陷的范围去判断，钻芯法则根据芯样缺陷的类型和范围去判断；每种方法判别桩身完整性类别之间基本没有相关性，这就导致有时存在同一根桩，不同的检测方法得出的桩身完整性类别不一样的情况。以此同时，在检测数据客观真实的前提下，因为完整性判定的特征和数据需要人去解读，处理，判断和给出结论，不同的人对相同的特征有不同的解读，不同的人对相同的数据有不同的处理，同一个数据在不同的检测员得出的检测结果有可能并不一样。这就需要我们清楚造成这种差异的原因以及如何正确理解对待。
二、四种检测桩身完整性方法的原理差别
1.低应变法原理
基桩低应变法检测桩身结构完整性的原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。根据激振的方式不同，低应变法可反射波法、机械阻抗法、水电效应法和共振法等数种，目前通常应用的是反射波法。反射法判断桩身完整性的依据是激振时波阻抗ρcA（ρ：质量密度；c：波速；A：横截面积）的变化，以上下两个界面的波阻抗比为完整性系数β（β=Z下/Z上），当波阻抗不变，即完整性系数β为1时，通常认为桩身完整。当下界面波阻抗变大，即β>1时，原因可能为桩身质量密度变大或桩横截面积增大，由于这两种因素不算作缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥，通常情况下也认为是桩身完整。当下界面波阻抗变小，即β<1时，原因可能为桩身质量密度变小或桩横截面积增小，前者可能为桩身材质的变化，例如离析、夹泥、空洞、裂缝等情况，后者可能为缩径、空洞、断裂等情况，这些都属于桩身缺陷，对桩身结构承载力有影响。
2.高应变法原理
高应变检测桩身完整性与低应变相似：用重锤冲击桩顶，使桩—土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，根据力和速度曲线的β值判定桩身质量完整性。
3.声波透射法原理
在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由底部同时往上依次检测，遍及各个截面。
由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，将产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。
4.钻芯法原理
钻芯法采用钻机在桩身中抽出一孔或几孔芯样，对钻出的芯样按照规范所列的特征进行直观评价。
三、四种检测桩身完整性方法的优点和缺点
1.低应变法的优缺点
低应变检测优点：
低应变法素有简单、快捷、成本低的好处。因为设备轻巧，在许多环境空间受限制的地方，只要露出桩头，打磨平整即可检测；也因为设备轻巧，可能快速响应项目要求，能在最快时间内展开工作。因为不需要像声波透射法一样预埋声测管，不需要像高应变法一样吊装重锤，节约了工程成本。低应变检测在准备充分的情况下数分钟即可完成一根桩检测，速度效率非常高，检测结果也很可靠。
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低应变检测缺点：
低应变法检测的依据是激振时波阻抗变化，前提是假定桩为长细比杆体，但实际工程中的桩为打入岩土中的钢筋混凝土受力体，桩侧桩底均受到土阻力影响，在桩土受力体下，土阻力也会产生波阻抗，如桩侧软硬岩土夹层，均会产生波阻抗变化，若不参考地质勘察资料，单看波阻抗变化产生的同向或反向反射，可能就会导致对桩身完整性的误判。同时由于低应变检测根据上下界面的波阻抗变判断，当桩身出现竖向裂缝时，往往无法被检出。
因为反射法法的理论基础要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，因而低应变法理论上无法检测薄壁钢管桩和类似H型钢桩。由于水泥土桩、砂石桩等桩身阻抗与桩周土的阻抗差异很小，应力波在这类桩中传播时能量衰减很快，因些低应变法也无法检测水泥土桩、砂石桩。
低应变检测因为理论上根据波阻抗变化判断，但离析、夹泥、空洞、裂缝、缩径等缺陷在曲线上都表现为同特征的同向反射，无法具体分辨出是哪一种缺陷，并且只能定性和大致判断缺陷严重程度，不能够定量，这是低应变检测局限。同时，由于低应变检测的冲击能量小，对超长桩或能量衰减较快的桩（如预应力管桩），往往不能检测到深处的缺陷。低应变检测居于一维波动理论，要求被检测桩有一定的长径比，长径比小于5的桩不适合进行低应变检测，这也是低应变检测的一个不足。
2.高应变法的优缺点
高应变法优点：
高应变法冲击能量大，检测有效深度大，在判定桩身水平整合型缝隙、承制桩接头上比低应变要好，也能较好反映桩底与持力层的结合状况。
高应变法缺点：
高应变法采用重锤冲击桩顶产生激振能量，重锤往往重达数吨，检测现场需要具备能走25吨以上的吊车，不然无法完成锤架的吊装。重锤冲击桩顶产生激振能量巨大，也要求桩头强度必须能承受这个冲击力，桩头强度不足的，要在桩头上制作强度足够的桩帽，这也是高应变极不方便之处。
高应变采用应力传感器和加速度计获取冲击时桩身应力和阻抗变化数据，传感器和加速度计的安装有较高要求，安装不当会导致检测失败，这对检测人员的素质要求非常高。另外由于高应变法的数据由力曲线和速度曲线构成，力曲线在反映缺陷位置的灵敏度远不如低应变，高应变检测缺陷位置的准确度不如低应变。高应变检测和低应变一样居于一维波动理论，要求被检测桩有一定的长径比，长径比小于5的桩也不适合进行高应变检测。
3.声波透射法的优缺点
声波透射法优点：
声波透射法检测的范围可覆盖埋设有声测管桩长的各个横截面，结果准确可靠，缺陷的位置、范围和严重程度均可确定；且现场操作简便、迅速，不受桩长、长径比的限制，一般也不受场地限制。
声波透射法缺点：
声波透射法检测需要在桩内预埋声测管，声测管的埋设，经常不能达桩底，如此桩底和桩底与持力层的结合情况不能检测到，而声测管因为是绑在钢筋笼内一起下沉到桩孔内，在成桩过程中经常因声测管被挤压变形，声测管内掉入异物等导致堵管而无法检测。成桩过程中因为声测管被挤压移位，声测管之间不平行，导致实际管距与桩顶测量的管距差别较大，测试信号失真检测失败。
4.钻芯法的优缺点
钻芯法优点：
通过芯样特征判断，简单、直观。可以从芯样明确存在气孔、蜂窝、夹泥、空洞、裂缝等哪种缺陷以及缺陷的严重程度。
钻芯法缺点：
钻芯法根据芯样判断其完整性，从桩中抽取芯样，只能观察到桩身的局部情况，芯样以外的部分，若存在缩径或空洞，那就只能用别的检测方法才能检测了。钻芯检测要求检测现场能够进出钻机，且进度慢，费用高，且钢桩、钢管桩、预应力管桩桩身中空，不能进行钻芯法检测，这是钻芯法本身的局限。
四、四种检测桩身完整性方法的相关性
因为四种检测桩身完整性的均互有优劣，也各有可检测的范围，如低应变法不能检测薄壁钢管桩、类似H型钢桩、泥土桩和砂石桩；声波透射法和钻芯法不能检测预应力管桩，低应变法和高应变法不能检测长径比小于5的桩。所以工程上通常采用不同的方法搭配进行桩的完整性检测。当一种方法对检测出桩身缺陷有疑时，可根据被检桩适用的方法采用另一种去检测。如管桩的低应变检测可采用高应变法去验证，灌注桩的低应变检测和声波透射法检测可采用钻芯法去验证。相对来讲，低应变法，高应变法和声波透射法都是通过电子讯号间接获得检测结果，且因为各种干扰，检测的结果难免有误差，而钻芯法根据芯样判断，更为直观、准确。
五、结语
桩身完整性检测的目的是检测桩是否存在影响桩身结构承载力的缺陷，桩身完整性类别判定的原则，是对桩身结构承载力是否有影响，但并不完全代表桩身完整或桩身存在轻微缺陷，桩就会完全满足设计承载力要求；同样，桩身存在明显缺陷或严重缺陷时，也并不意味着桩一定完全不能满足设计承载力要求。当桩身存在明显缺陷时或严重缺陷时，应通过静载试验判断承载力是否满足设计要求。由于静载试验费用高，时间长，场地要求高，一般桩身存在明显缺陷时或严重缺陷，都应该作相应的工程处理，以保证工程的质量安全。
参考文献：
1.陈凡，徐天平，陈久照，关立军 基桩质量检测技术 中国建筑工业出版社；
2.广东省标准.建筑地基基础检测规范 DBJ/T 15-60-2019；
3.中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范JGJ106-2014；
4.基桩动测仪使用手册 武汉岩海公司。
论文作者:仇诗波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：应变论文; 完整性论文; 缺陷论文; 阻抗论文; 承载力论文; 声波论文; 长径论文; 《基层建设》2019年第32期论文;