【摘 要】如何保证桩基础工程的质量，充分发挥桩基工程的技术经济效益，对合理降低建筑物的造价是至关重要的。由于桩基础多深藏于地下，许多灌注桩由于施工工艺不正确、施工监控力度不够、施工队伍素质低等多重因素的影响，造成实际施工完成的桩身情况和周围土体在其施工过程中的变化很难得到有效的监控，常见的缺陷有缩颈、扩径、断桩、夹泥、沉渣、离析等，造成最终形成的桩土体系的实际性状也较难得到深入的评定。
【关键词】桩基工程；无损检测；施工质量；隐蔽工程；声波透射法；桩身缺陷；预防为主
0 引言
桩基础是现代建筑的重要基础形式，在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等各种类型的深基础工程中，桩基础用量巨大；而且在某些特殊地质条件施工的工程，桩基础可能成为唯一的选择，工程实践证明了桩基础是一种经济有效、安全可靠的基础形式。
1 桩基工程常见的缺陷及对声波传播的影响
1.1 断桩（全面断桩或夹砂）
产生原因：断桩产生的原因有很多，由于导管提升不当或者不慎将导管拔出混凝土面，使得新注入的混凝土压在封口砂浆和泥浆上，或是因人工因素、机械故障或混凝土供应中断等导致混凝土停灌，停灌时间超过30min，如未对施工表面进行处理，提升导管时极易把初凝的混凝土拉松导而导致断桩发生。断桩部位检测时容易发现，此处往往会存在较长的一段缺陷，波形反应较明显。不同的缺陷程度与位置对基桩的受力状态影响不同，所以，应按桩的受力状态分析及缺损程度进行定性分析，对断桩应该采取修理或加固措施。
声学参数特征：严重断桩接收不到信号，较容易识别。
1.2 桩身局部局部夹泥或离析
产生原因：夹泥、离析是桩身局部出现低波速区，一般是由于混凝土导管插入深度不当或泥浆的循环方式不当，当混凝土从导管流出向上顶托的过程中，形成遄流或混凝土翻腾，使泥浆护壁力减弱，从而使孔壁剥落或者坍塌，导致桩身局部断面夹泥；当混凝土的和易性不好、浇筑导管进入或者首灌混凝土方量不足等，易产生离析现象。
声学参数特征：接收的波形复杂，波速降低，首波波幅降低，频率也会降低。
1.3 分散性泥团
产生原因：这类缺陷主要是因混凝土骚动造成孔壁剥落，混凝土离析以及导管中被压入的气体完全排出引起的。对混凝土的强度会产生一定的影响，定量的分析分散性泥团或气孔的数量，若是数量较少，则对混凝土强度的影响有限，可不予处理。
声学参数特征：混凝土在穿越泥团时，波速与波幅均下降，如果是局部尚未包裹声测管的泥团，则下降程度并不大；如果泥团包裹声测管，则下降程度较大。
1.4 集中性气孔和蜂窝状缺陷
产生原因：当导管埋入厚度较深时，混凝土在灌注过程中流动性不足，管中的气体被间息倒入导管的混凝土导压入混凝土中，因无法排出而形成较大的集中性气孔，这类缺陷对桩身断面的受力面积会产生一定的影响。
声学参数特征：声时加大，波速降低到，超声波波幅下降，主频降低。
1.5 桩底沉渣
产生原因：钻孔结束后，由于清孔不规范、清孔后没能及时灌注混凝土或者是下放钢筋笼时碰撞了孔壁，造成混凝土灌注后使桩底出现沉渣，沉渣属于岩屑和泥浆的混合物，可视为较均匀的低波速介质。对于端承桩，规范不允许桩底沉渣的存在，桩底沉渣过厚会影响桩基受力，导致桩基发生沉降。因此应进行桩底压浆处理。
声学参数特征：波速从下往上波速呈现逐渐变大的趋势。
1.6 桩顶低强区
产生原因：浇筑混凝土过程中由于计算混凝土方量错误或者是施工过程中砂层塌落造成扩径现象，导致混凝土充盈系数不满足，导致封口混凝土或砂浆与水接触，顶托过程中会混入泥水，形成桩顶混凝土强度低，桩顶低强一般是泥浆、浮浆、混凝土的混合状介质。
声学参数特征：低波速介质，它的波速也成层状分布，层间的波速是从下往上逐渐减小的，与桩底沉渣的波速分布相反。
2 桩身缺陷的声波透射法结果数据分析和判断
由于混凝土是非均匀介质，因此其强度，密实度的分布也是非均匀性，而且是随机分布的。灌注桩桩身各点的波速统计值符合正态分布，而混凝土中的缺陷是过失误差造成的，它不符合正态分布。这样我们就可以用数理统计的方法找到缺陷与正常混凝土的分界线，即临界点。称为概率法。
概率法的基本出发点是概率论，即采用数理统计学判断异常值的方法。桩基混凝土在施工过程中，可能因外界恶劣环境或人为过失误差导致产生缺陷，这种由于误差产生的缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，缺陷的声学参数也同样会偏离正态分布。所以，只要检测出声学参数的异常值，其对应的位置即为缺陷区。将测位各测点的实测波速、波幅或主频值由小到大按顺序分别排列，即X1≥X2≥…≥Xn≥Xn+1……，然后逐次进行计算，通过试算舍弃可疑值，计算出其平均值m0及标准差s0值，然后计算出单个测点的临界值X0：
X0=mx-λ1·Sx
式中：mx为舍弃可疑值后剩下数据个数的平均值；Sx为舍弃可疑值后剩下数据个数的标准差。
理论上讲，这个判别方法是比较科学的，其缺点则是分析过程想当复杂，工作量大。概率法属于相对比较法，在进行评定异常点和缺陷时，还应结合测点的实测波速与正常值的偏离程度以及其它地质条件、声学参数等指标据进行综合判定。
（1）斜率法
斜率法是跨孔超声波水平同步测试法的一个辅助判据，它是针对在实际施工过程因人为误差造成声测管不平行这一现象而制定的用以辅助数据判定的方法。由湖南大学吴慧敏教授提出的，又称PSD法。改判基本出发点为，桩身缺陷处声时变大，波速变小，与相邻正常测点相比，会形成一突变。将相邻测点声时之差Δt（Δt=ti-ti-1），除以相邻测点深度之差Δh（Δh=hi-hi-1），即：
式中：S为声时变化的斜率，若再乘上相邻测点的声时之差Δt（Δt=ti-ti-1），即可或得一个判断缺陷的判据KPSD，即：
由上式可知，当相邻测点的声时之差不大时，KPSD很小甚至接近零。KPSD值主要由相邻测点的声时之差决定，因此对于各种逐渐变化的因素（如声测管不平行导致的测距缓慢变化或者混凝土质量的不均匀性等）并不敏感，而对各种由于混凝土内部缺陷引发的透射时间突变的因素反应敏感。因此，PSD判据对于声测管不平行等误差因素造成的测试误差对判断的干扰有削弱作用。至此，我们可以由波速与深度曲线、PSD与深度曲线对桩身混凝土是否存在缺陷进行判断。
（2）多参量组合的综合判据
根据经验，各种单一的判据对不同类型缺陷的反映是各不相同的，鉴于此铁道部大桥局科学研究所提出了多因素概率法，该法运用波速V、波幅A、频率F三个声学参数，通过对你总体的概率分析，获得一个综合判据临界值NFP作为缺限判据：
KNFD（i）数值越大，混凝土质量越好；当KNFD（i）<1时，即可判断该测点处有缺陷，其值越小，混凝土质量越差。
3 结束语
总之，桩身的不完整必然会影响到桩基的承载能力，严重者甚至使其失去承载能力。所以对成型后的基桩进行质量检测是建设工程是否安全的一项重要检测内容，对于检测出有缺陷的桩，针对桩的缺陷程度应采取经济合理、易于操作的补救措施，防止工程事故的发生。
【参考文献】
[1]罗骐先.桩基工程检测手册.第2版[M].北京：人民交通出版社，2004.
[2]吴庆曾.基桩声测与动测技术[M].北京：中国电力出版社，2009.
[责任编辑：刘帅]
