公路桥梁桩基的分类与检测方法研究

陈子才

（广东华路交通科技有限公司，广东广州510000）

摘要：首先介绍了桩基的分类和常用的桩基检测方法，然后结合工程实例分析了声波透射法在公路桥梁桩基工程中的应

用。研究表明，声波透射法具有检测结果直观、检测精度高、仪器轻便及抗干扰能力强等优点。针对检测过程中存在的信号突然消失的问题，建议从声测管内无水、设备系统故障两个方面进行判断和处理。

关键词：公路桥梁工程；桩基检测；声波透射法中图分类号：U443.15

文献标识码：B

0引言

桩基是由桩与承台组成的深基础或由桩与柱直接连接的单桩基础，其承受着墩台与桥跨结构的荷载。在实际应用中，桩基常因下列因素而出现病害：一是桩基混凝土强度低，使其在成桩后因水冲刷形成孔洞；二是灌注混凝土时塌孔，造成桩身脱空；三是桩基施工时保护层太薄。为了保证桩基的质量，常常要求对其进行检测，而常用的检测方法包括静载荷试验法、声波透射法及动力测桩法等。本文主要研究公路桥梁桩基的分类与检测。

基的承载力，从而判断其质量。其中，所用的桩基静载设备等级应大于1×104kN，其最大加载能力为2×104kN。应用表明，静载荷试验法存在检测时间长、检测费用高、施工环境恶劣、桩基荷载压力大及桩基设计安全系数高等缺陷，因此仅在一些特殊的项目中应用，且通常按10%抽检。

（2）高应变动测法

高应变动测法又称CAPWAP法或CASE法，是用锤重大于桩身重量的10%或单桩竖向承载力的1%的重锤以自由落体状击打桩顶，以获得相应的动力系数，然后通过分析计算，得出桩身单桩的竖向承载力及完整性系数。与静载荷试验法相比，高应变动测法的检测费用更低，但检测程序复杂，因此在公路桥梁桩基检测中的应用较少。

（3）低应变动测法

低应变动测法是先将传感器粘结在桩顶，用以接收小锤击打桩顶时桩中产生的应力波信号，然后再依据应力波理论，分析桩土体系动态响应的频率信号与实测速度信号，以判断桩身的质量。据此，低应变动测法分为下列两个阶段：首先是野外采集原始数据；然后是记录检测振动曲线及初步判断桩身缺陷的位置与性质。应用表明，低应变动测法具有检测速度快、检测费用低、检测成果可靠等优点，其适用范围为：桩径＜1.8m、桩长为5~50m。

（4）声波透射法

声波透射法的基本原理如下：首先，将纵向声测管预埋在桩内，再在管中注入清水用作混合剂，然后再将超声脉冲发射与接收探头放置在声测管中，并由发射探头发出超声脉冲并穿过混凝土，再由接收探头接收并将其转化为电信号；其次，用测量系统测出接收波形与频率、接收脉冲主频率、接收波幅值、超声脉冲穿过桩身的耗时及接收波形等参数，再用数据处理系统进行分析判断，以确定桩身的缺陷情况。应用表明，声波透射法具有检测结果直观、检测精度高、仪器轻便及抗干扰能力强等优点。但在

1桩基分类

桩基是一种基础结构形式，是由设在岩土中的桩与承台组成的基础或由桩与柱直接连接的单桩基础。公路桥梁桩基的分类方法具体如下：一是按施工方法，分成沉管成孔桩、人工挖孔桩、螺旋成孔桩、抓掘成孔桩、冲击成孔桩及钻入成孔桩等；二是按桩基的直径，分成小直径桩、中等直径桩及大直径桩，其中大直径桩在公路桥梁工程中的应用最为常见；三是按桩基的端部形态，分成钢底桩、平底桩等；四是按桩基纵向的截面形态，分成表面带螺纹的桩、竹节桩、多节桩、扩底桩、直身桩、DX桩基多支盘挤扩桩等；五是按桩基的承载性，分成摩擦桩、端承桩及摩擦端承桩等；六是按桩基的竖向受荷条件，分成抗拔桩、抗压桩等；七是按桩基的横向受荷条件，分成被动桩、主动桩等。

2桩基检测方法

在公路桥梁桩基检测中，常用的检测方法包括静载荷试验法、高应变动测法、低应变动测法及声波透射法等。

（1）静载荷试验法

静载荷试验法是先在桩顶施加荷载，以了解桩间土在荷载施加过程中的作用，再根据P—S曲线的特征，得到桩

收稿日期：2017-03-20作者简介：陈子才（1985—），男，工程师，主要从事桥梁桩基检测工作。

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总437期

2017年第23期（8月中）

判断桩身缺陷时，需注意如下要点。

①通过选取临界值来判断桩身的缺陷情况，即：

声时分析

ìïμtï=∑tiíïδt=

∑(ti-μt)2n（1）

ï

îSt式中：n为测点数；t为第=μti-个测点的声时值；2δt

iμt为声时平均值；δt为声时标准差；St为桩身缺陷判断的临界值。

若ti＞St，则可判断桩基在对应深度存在缺陷。②波幅是一个声学参数，通常选取超声波信号波幅平均波幅分析

值的1/2作为桩基缺陷判定的临界值。衰减器的衰减量q通常用来表示波幅值，而q又常用分贝值来表示，即：

ìíQdîμ==μ∑qq-6（2）

q

in

式中：μq为波幅平均值；qi为第i个测点的波幅；Qd为桩身缺陷判定的临界点。

若qi＜Qd，则可判断桩身在对应深度存在缺陷。③CPSD通常而言，法

CPSD法的判断依据是“声时—深度曲线”相邻点间差值与斜率的乘积，即：

ìíKi=Si(ti-ti-1)=2(ti-ti-1îKc=L2(V1-V2

)2/V12-V22

(H)/(Hi-Hi-1)（3）i-Hi-1)综上所述，公路桥梁桩基质量的判断标准如下：一是

以PSD、声速及波幅临界值为判据做出判定；二是按声速离散系数CV，将桩身的均匀性分成A、B、C、D四个等级，即CV＜5%为A级,5%≤CV＜10%为B级,10%≤CV＜15%为C级，CV≥15%为D级；三是以声波检测参数的特征为依据，对混凝土构件的质量按表1进行划分。

表1声波检测参数特征

类缺陷混凝土混凝土

别情况质量临界值范围

均匀性等级

Ⅰ无优良检测剖面每一测点的声速、波幅及主频都在临界值范围内AⅡ

较轻

合格

某一剖面或个别测点的声速不

在临界值范围内B

某一剖面的若干测点声速不在Ⅲ

较重不合格

临界值范围内或2个以上剖面同一测点，声频、声速不在临界值

C

范围内及波幅下降Ⅳ

某一剖面或多个剖面的若干测严重不合格

点的主频、声速不在临界值范围

内，且波幅远超临界值

D

33.1声波透射法的应用案例

工程概况

某公路桥梁全长256m，其上部结构是3×40×2m的先简

支后连续预应力混凝土箱梁，下部结构是肋板式桥台、柱

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式桥墩，桩基是钻孔灌注桩。其中，桩基工程如下：直径为1.8m和1.5m的桥墩桩共60根；直径为1.5m的桥台桩共24根桩都按三角形方式布置有根，且都采用的是水下灌注混凝土施工工艺，同时每一3根声测管。

3.2施工工况计算

在土方开挖至第一道锚杆时，观测发现桩顶变形为

15mm下水补给，因此滞水层的标高与厚度都比勘察报告值大。

；开挖断面滞水层的含水量远大于预期，同时存在地据此，先减小粉砂、黏质粉土层的c、Φ值，再试算得出变形值在c=21kPa,Φ=30°时与实测值相符。根据新的土体参

数，算得锚杆的支撑刚度为216.7kN/m。因此，第一道锚杆应改为一桩一锚，并将预加拉力增至150kN/m。在张拉好第一道锚杆后，观测发现桩顶的变形减小了13mm。3.3检测结果分析

根据案例工程的实际情况，声波透射检测选用的是

RS—ST01C样点，并按下列要求进行采样：每间隔型非金属超声检测仪。在检测时，共设1us，延迟512200us个采

；发射脉宽20us，电压为500V，并以触发方式连发；向下检测，并选用长20cm、直径为3cm、发射频率为50kHz的陶瓷式径向换能器；检测桥梁0#台右幅的0~4#桩基；水下灌注C25混凝土翻浆，并按图2所示布置钢管声测管，其中AB111cm、AC。

、BC剖面声测管外壁的间距分别取109cm,98cm和4结语

综上所述，在公路桥梁工程中，桩基的质量关系到整个桥梁工程运营的安全性、长久性，因此应从工程施工的客观实际出发，选取最佳的检测方法进行桩基质量检测。本文结合工程实例分析了声波透射法在公路桥梁桩基工程中的应用。研究表明，声波透射法具有检测结果直观、检测精度高、仪器轻便及抗干扰能力强等优点。针对检测过程中存在的信号突然消失的问题，建议从声测管内无水、设备系统故障两个方面进行判断和处理。

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（编辑：付修竹）