聲波透射法和鉆芯法檢測橋梁樁基完整性要點分析

摘要 為了保證橋梁樁基施工質量，需及時開展質量檢測并依據規范判定樁身缺陷的位置、范圍和程度，判斷完整性類別，確保隱蔽工程質量滿足設計要求。文章總結了聲波透射法和鉆芯法的特點及技術要點，并以某高速公路橋梁的1-2基樁為研究對象開展了案例分析。結果表明，單一檢測方法存在一定的局限性，聲波透射法檢測出缺陷時應通過其他檢測方法進行對比驗證，以綜合判定樁基的完整性，研究成果可為類似橋梁樁基礎檢測提供借鑒。

關鍵詞 聲波透射法；鉆芯；鉆孔灌注樁；樁基檢測；工程案例

中圖分類號 U443 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0082-03

0 引言

在交通強國戰略的大背景下，交通建設規模不斷擴大，而公路橋梁基礎建設的質量尤為重要。樁基礎因具有承載能力大、可穿越不良地層等特點，在橋梁工程中應用廣泛。公路橋梁中的樁基礎多采用混凝土澆筑而成，因施工質量控制不當可能會出現斷裂、夾泥、樁身裂縫、縮頸等問題，導致樁基的承載能力、強度不足，耐久性變差。若不及時開展樁基檢測，將對橋梁的建設和運營安全帶來較大隱患。因此，進一步研究橋梁樁基檢測方法十分必要。

1 橋梁樁基檢測方法的特點分析

1.1 聲波透射法特點

聲波透射法通常利用非金屬超聲檢測儀進行檢測，通過發射換能器發射超聲波，因超聲波在混凝土中遇到缺陷時會產生繞射、反射、折射的現象，從而可以根據聲波特征參數判別樁身的完整性[1]。具體檢測示意圖見圖1所示。聲波透射法具有操作簡單、檢測效率高、經濟性好等特點，且不受樁長和樁徑限制，為檢測人員快速了解樁內缺陷、判斷樁基完整性提供依據。

1.2 鉆芯法特點

鉆芯法利用鉆機沿著基樁軸向鉆取芯樣，通過觀察芯樣外觀、開展抗壓強度測試等手段判斷基樁的完整性。該方法可以直接看到基樁內部的混凝土情況，直觀性好。但鉆芯取樣的數量有限，存在“以點代面”的現象，無法全面反映樁身的實際情況。同時，鉆取芯樣時難免會對樁身造成破損，影響樁體的承載能力。并且鉆芯法設備操作復雜、成本高、工期長，主要適用于大直徑基樁的局部判斷，無法檢測縮徑等微小缺陷[2]。

2 橋梁樁基檢測技術要點分析

2.1 聲波透射法技術要點

（1）檢測設備

非金屬超聲檢測儀是公路橋梁基樁完整性檢測最常用的儀器，通常換能器的諧振頻率越高，缺陷的分辨率也越高，但是越高頻的聲波，其衰減越快，有效的測距也就越小，因此應綜合考慮換能器的選配。為提高聲波的信噪比，改善信號接收的靈敏度，需要在換能器底部設置一個放大器。換能器以清水為耦合劑進行檢測工作，清水中不能含有泥沙，應將換能器與電纜連接處進行封閉處理。

需注意的是，在加入清水后，不能立即放入換能器探頭，應待水面無波動后才能放入，以防清水振動影響超聲波的波形，給檢測人員造成基樁缺陷的誤判[2]。

（2）聲測管埋設

聲測管的埋設數量過少，將影響基樁檢測精確度；而聲測管的數量越多、布置越密集，檢測面積和檢測范圍就越大，但檢測效率降低、成本變高。在考慮檢測效率及經濟性的情況下，通常按照表1及圖2的方式進行布置。

通常聲測管內徑要比換能器大15 mm，以確保換能器在聲測管中靈活移動；若換能器加設定位器，聲測管內徑要比換能器大20 mm。聲測管宜采用剛度大、抗變形能力強的金屬管，比如鋼質波紋管。

需注意的是，聲測管的安裝是否滿足檢測要求，直接影響檢測進度，進而影響整個項目的進度，這是項目樁基施工需要考慮的重點和難點之一。聲測管埋設時，其深度應與基樁的底部齊平，并將聲測管的底部和頂部封閉，避免水泥漿進入聲測管內堵塞，導致后續檢測工作無法開展[3-4]。

（3）系統延遲時間標定

因檢測設備自身問題，換能器從發射超聲波至接收，不可避免地會出現系統延遲（延誤時間為t0），從而影響檢測結果。鑒于此，可用下述方法標定t0：第一，將發射換能器、接收換能器平行放進清水中，將兩者間距控制在400 mm；第二，按100 mm逐漸增加換能器間的距離，并測量出相應的聲時；第三，繪制間距-聲時曲線，利用一元一次方程擬合出兩者的關系，見式（1）。此時，擬合方程在橫向坐標軸上的截距就是系統的延遲時間。需注意，換能器間距的測量誤差≤0.5%，測量點數量≥5個。

（1）

式中，b——擬合方程斜率（μs/mm）；l——換能器間距（mm）；t0——系統延遲時間（μs）。

（4）判據分析

1）波幅判據：波幅反映了超聲波的能量，能量越大、波幅越大。當超聲波穿過基樁缺陷時，其能量衰減嚴重，波幅會有明顯降低。波幅臨界值可用式（2）和式（3）計算。當測點的波幅（首波波幅）小于波幅臨界值時，則認為區域內可能存在缺陷。

（2）

（3）

式中，AD——波幅臨界值（dB）；Am——波幅平均值（dB）；Ai——第i個測點的波幅（dB）；n——基樁測點數量。

2）聲速判據：對于公路橋梁樁基，多采用“雙邊剔除法”判斷基樁聲速是否異常，即先對剖面各個測點的聲速vi按從大到小進行排序，將去除k個最小數值和k'個最大數值后的其余數據進行統計分析。隨后，將統計的最小數據和最大數據與異常值進行對比。如不滿足相應條件，則剔除該數據，重新進行計算。

在統計數據時需注意，鉆孔灌注樁施工時，一般會超灌0.5～1.0 m，以保證樁頂的混凝土質量與樁身一致。但是，樁頂混凝土較松散，會干擾超聲波的波形，理論上在檢測前應鑿除超灌的混凝土，但實際上現場一般不宜采用鑿除的方式。因此，在獲取基樁的檢測數據后，將超灌部分的數據直接剔除，這種數據處理方式既可以消除樁頭數據的影響，又能避免聲測管出現堵塞。

2.2 鉆芯法技術要點

（1）檢測設備

橋梁基樁鉆芯應采用轉速不低于790 r/min、振動小、大扭矩，且液壓操縱的鉆機，同時配備的鉆桿應順直。在安裝鉆機時，應將其底座調平，并確保立軸垂直。在開孔階段，可選擇合金鉆頭；而在正常鉆進時，多選擇金剛石鉆頭，以提高切割速度，降低對混凝土芯樣的擾動。鉆機安裝應穩固，因為其決定了芯樣采取的質量和鉆孔的垂直度[5]。

（2）鉆孔數量和位置

橋梁基樁應根據鉆孔直徑確定鉆孔方案，見表2所示。同時，鉆孔應保證開孔位置，首先應確定樁中心點，一般需要裸露樁頭，不便開挖的樁可以用全站儀測定中心點。

（3）鉆芯過程控制

沿基樁垂直方向緩慢鉆進，且每回次鉆孔進尺不宜大于1.5 m。安排專職人員動態觀察鉆芯孔的垂直偏差，如垂直偏差＞0.5%，應及時停機，調整鉆進方案。待取樣完成后，自上而下按回次順序排放，記錄芯樣的基礎信息，并密封保存。

（4）芯樣抗壓強度檢測

基樁混凝土芯樣制作完成后，在20±5℃的清芯樣水中浸泡48 h左右，再開展芯樣的抗壓強度試驗，并記錄芯樣破壞時的極限荷載，再按式（4）計算出混凝土芯樣的抗壓強度。當同一根樁鉆孔數大于1，且其中孔在某深度有缺陷時，應在其他孔的同一深度處截取芯樣進行試驗。

（4）

式中，fc——抗壓強度（MPa）；P——極限荷載（N）；d—芯樣直徑（mm）。

3 橋梁樁基檢測案例分析

3.1 工程概況

某高速公路大橋，中心樁號K2+200，設計速度為100 km/h，分左、右兩幅設計，單幅橋面寬度為12.5 m。主橋的上部結構為預應力混凝土連續梁橋，跨徑長度為190 m，跨徑組合為（通過聲波透射法檢測該樁樁基的完整性，沿基樁截面布置4個聲測管，并按順時針對聲測管進行編號。結果如表3所示，聲測曲線顯示樁底2.0 m范圍內的波速、波幅均低于臨界值，存在異常，判斷該樁為Ⅲ類樁。為確定其樁基的完整性，通過鉆孔進

行驗證。

3.2 鉆芯法驗證結果

該橋梁基樁鉆芯取樣采用體積小、振動小、鉆速高的XY-2B型鉆機，鉆頭外徑取110 mm。依據《公路工程基樁檢測技術規程》（JTG/T 3512—2020），當樁長大于30 m時，需鉆取4組芯樣開展抗壓強度試驗，其具體檢測結果如下：

（1）芯樣外觀特征：混凝土芯樣斷面為青灰色，呈長柱狀，芯樣連續、完整，骨料分布均勻，且側面較光滑，斷口吻合，具體見圖3所示：

（2）沉渣情況：樁底無沉渣。

（3）抗壓強度：對該樁鉆取的芯樣進行抗壓強度試驗，結果如表4所示，表明混凝土芯樣的抗壓強度滿足設計要求。

3.3 綜合判定

無論是聲波透射法檢測還是鉆芯法檢測，都存在一定的局限性。因《公路工程基樁檢測技術規程》（JTG/T 3512—2020）中無聲波透射法結合鉆芯法綜合判定的相關規定，這是樁基檢測中值得探討的地方。各參建方結合聲波透射法檢測結果，以及鉆芯法的驗證情況，綜合判定該樁為Ⅱ類樁。

4 結論

該文主要研究了聲波透射法和鉆芯法檢測橋梁樁基的技術要點及工程應用，得到了以下幾個結論：

（1）聲波透射法屬無損檢測，是利用超聲波在基樁混凝土的傳遞判斷缺陷，判斷需結合聲速、波幅、PSD等參數。聲測管的埋設質量對于該方法十分關鍵，若發生扭曲、變形或堵塞，則存在檢測失效的風險。

（2）鉆芯是利用鉆機鉆取芯樣，屬于半破損檢測，芯樣質量與鉆機安裝穩固度有較大關系。通過混凝土芯樣的外觀、抗壓強度等綜合判斷樁基的完整性，其判斷結果更直觀。

（3）實際檢測可能會出現聲波透射法檢測結果顯示為Ⅲ類，但取芯結果顯示無缺陷的情況，通過綜合判定為Ⅱ類樁。

（4）單一檢測方法存在一定的局限性，當聲波透射法檢測出缺陷時應通過其他檢測方法進行對比驗證，綜合判定樁基的完整性。

參考文獻

[1]張紅亮.聲波透射法檢測灌注樁常見缺陷類型的分析探討[J].港工技術， 2022（3）：117-120.

[2]彭及躍.橋梁樁基綜合檢測技術研究[J].工程技術研究， 2023（20）：66-68.

[3]張宏，鮑樹峰，馬曄.大直徑超長樁樁身缺陷的超聲波透射法檢測研究[J].公路， 2007（3）：69-72.

[4]蔣彥華.樁身砼完整性聲波透射法檢測應用研究[J].湖南交通科技， 2016（2）：192-195.

[5]朱朝勝.基樁完整性的實用檢測技術[J].城市建筑， 2013（8）：111-115