桩基检测技术在工程实践中的应用探讨

梁娟

摘要：桩基是结构物的主要承重部分，其质量检测技术也得到了不断的发展完善。本文通过对桩基检测技术在工程实践中的应用研究，提出了桩基检测技术的理论实践与技术要点，为桩基检测技术应用提供参考。

关键词：基桩 检测技术 应用 探讨

Abstract: Pile foundation is the main load-bearing part of the building, whose quality testing technology has been continuously developed. Based on the application study of the pile foundation testing technology in engineering practice, the theoretical practice and technical points of pile foundation testing technology are proposed, providing reference for the its application.

Key words: pile foundation; testing technology; application; discuss

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

桩基为地下隐蔽工程，是结构物的主要承重部分，其质量的优劣直接关系到结构物的使用安全性和耐久性。建筑物或构筑物桩基一旦出现质量问题，加固处理难度较大，经济损失较高，一般会造成比较严重的社会影响。随着国家对基础设施建设投入的增加，桩基工程质量检测技术在工程建设的各个领域不断完善，检测方法由上世纪八十年代末的声波透射法抽检发展到目前的静载试验、高应变、低应变、钻孔取芯等多种检测方法，声波透射法检测理论方法也得到了不断完善，与其他检测方法相结合，得到了日益广泛的应用。

1.桩基

桩基是指由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。桩基按承载力分为端承桩、摩擦端承桩、摩擦桩和端承摩擦桩；按桩的使用功能分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩、复合受荷桩；按桩的成型方法分为预制桩和灌注桩，预制桩还可分为打入桩与静力压入桩等；按桩身材料分为混凝土桩、钢桩、木桩、粉喷桩、砂桩、碎石桩和组合材料桩等；按成桩方法分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩；按桩的外型尺寸分为长桩、短桩、中长桩、变截面桩；按桩的横截面形状又可分为实心桩和空心桩，圆形桩和方形桩、异形桩；按桩的施工方法有钢板角钢焊接，法兰盘加螺栓联结，硫磺胶泥锚固以及机械联结等。桩基种类繁多，在检测技术方面根据所测桩基周围地质情况及桩的类别，选择适应的检测方法是非常重要的。

2.桩基检测技术

目前，国内外常用的桩基检测方法可分为静力测桩和动力测桩两大类，此外还有静力触探、动力触探以及埋设传感器法等辅助类方法。

静力测桩法有静荷载试验法和钻桩取芯试验法。静力测桩法可靠、直观，是桩基承载力检测的常用方法，但是由于费时、费力、费用高、场地要求高等因素而受到限制。

动力试桩法以振动理论、应力波理论为基础，采用先进的微电子仪器及信号处理技术，具有设备轻便、快速、费用低廉等优点。动力试桩法有高应变动力试桩法(简称HST法)和低应变动力试桩法(简称LST法)。高应变动力试桩法又分为CASE法和波形拟合法；低应变动力试桩法有反射波法和振动法。桩基检测内容一般指对桩身的完整性和单桩的承载力两方面的检测，进而对整个桩基工程进行检测评定。

2.1静载试验

桩基静载试验是目前国内最常用的一种检测方法，是验证和检验桩基承载力最基本、准确率最高的方法之一。静载试验用于检测单桩极限承载力，包括单桩竖向抗压、抗拔和水平承载力检测。自平衡试桩法是将荷载箱安置在桩身下部，当施加垂直荷载时，地面上的油泵通过油管向荷载箱内腔加压，荷载箱在此处上顶下压，将使桩同时向上、向下发生位移，使上、下段桩的侧阻力和端阻力得到发挥。根据加载过程中荷载箱上、下盖板的位移与加载的对应关系，可绘制出向上、向下的P-S曲线。该法利用下段的桩端阻力和小部分桩侧阻力与上段桩的侧负阻力和桩自重来平衡，该法装置较简单、试验方便，不占用场地，试验后的桩仍可作为工程桩使用，免去堆载和锚桩上千吨荷载的运输，因而费用低、省时间、操作安全。静载试验显著的优点是其受力条件比较接近基桩的实际受力状态。静载试验主要适用于工程试桩的承载力检测，对于工程桩检测不能做破坏性试验。其检测精度较高，相对误差在10%范围内。

2.2钻桩取芯法

钻桩取芯法采用液压钻机，金刚石单动双管钻进在稳妥安装和精心施工下，可确保钻孔垂直度偏差<1％，混凝土采样率达95％以上，使芯样的可靠性得到保证。根据钻取的芯样可以判定桩身混凝土胶结状况，桩身是否存在夹泥、离析、蜂窝、断桩等质量问题。钻桩取芯法可检验桩长和桩底沉渣是否满足设计要求，鉴别桩底持力层的岩石性状和进入基岩深度是否符合设计要求，芯样还可检验桩身混凝土的强度。当桩身存在缺陷时，还可利用钻孔进行压浆补强处理。钻芯法虽然具有直观、可靠、精确度高的优点，是检测大直径混凝土灌注桩成桩质量的有效手段。但其不足之处，钻探取芯和芯样加工比较笨重，操作不便、成本也高，使用受到限制；取芯对桩身整个断面来说，代表的范围有限，取芯后的钻孔、桩身结构局部受到损坏，孔洞需进行修补。

2.3高应变动测法

高应变动测法是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击，使桩周土产生塑性变形，在桩头实测力和速度的时程曲线，通过应力波理论分析得到桩土体系的工作性能，分析桩身质量，确定桩的极限承载力。目前工程上应用广泛的有CASE法和波形拟合法。

CASE法是通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的支撑阻力的方法。它有3个基本假定：①桩身是等阻抗的；②桩周与桩尖对桩的阻力分为动阻力和静阻力两部分，动阻力集中在桩尖，忽略桩侧土阻力；③静阻力模型为理想刚塑性体，忽略应力波在传播过程中的能量损耗，包括桩身内阻尼损耗和向桩周土的逸散。基于以上3个基本假定，由波动方程推导出CASE法单桩极限承载力公式。CASE法的假定条件与部分桩基的实际施工条件差别较大。首先，如灌注桩等现场成桩，各截面阻抗有较大的差异；其次，随着桩的相对位移加大，桩侧必然产生动阻力，因此动阻力并没有集中于桩尖；第三，桩一旦被打动，静阻力马上达到极限值，与假设的静阻力模型为刚塑体不符。所以，CASE法仅适用于钢桩、预制桩和预应力管桩的测试。

波形拟合法目前被认为是确定单桩承载力较为准确的方法之一。它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计算，假定各单元桩土参数，以实测的桩顶速度波（或力波）作为边界条件，用特征线法求解波动方程，反算桩顶波（或波速），使计算的波形和实测波型拟合。若二者不吻合，则调整桩土参数，再次计算直至吻合，然后再计算最终承载力。波形拟合法没有CASE法那样严格要求贯入度、侧面光滑性及截面的一致性，因此，当桩间土变形不够充分，承载力计算值偏于保守，而且它假定桩周土体内无变形存在也不合理。桩土间的理想弹塑性模型和牛顿黏性体模型与灌注桩、预制桩等桩型存在较大偏差。

2.4低应变动测法

低应变动测法是通过在桩顶施加低能量的瞬态或稳态激振信号产生应力波，引起桩身及周围土体的微幅振动，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，利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析，可以判断桩的完整性。桩身完整性的判断在分析波形前，应了解桩位的地质、持力层情况，桩基的施工方法、桩顶是否有护筒等，在全面了解相关情况后，根据桩底反射信号对桩身完整性进行分析判断。

我国低应变动测法常见的有应力波反射法和振动法，反射波在桩身质量检测中应用最广。低应变反射波法把桩视为一维弹性均质杆件，当桩头受到激励时，应力波沿桩身往下传播，当遇到桩身截面波阻抗发生变化时，将产生反射波和透射波，由桩头的传感器接收，经基桩动测仪采集处理后，可记录显示反射信号。根据实测时域信号波形的幅值变化与相位特征可判别桩底及桩身中是否存在缺陷及计算桩身缺陷位置。

2.5声波透射法

声波透射法用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。声波透射法是一种无损桩基检测方法，通过在桩身内预埋声测管之间激发并接收高频弹性脉冲波，检测该脉冲波在混凝土内反射、透射、散射或绕射过程中表现的波动特征，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，可以获得桩身各横截面混凝土的声学参数和波形的变化，通过专用处理软件进行波速、声幅、SPD计算，绘制出参数随深度变化的曲线图，以分析桩身缺陷程度及其位置，判定桩身完整性类别。声波透射法适用性较强，声测管管底、管口及接头必须密封，保证声测管畅通，管壁完好。声测管在桩中位置应等分桩的圆周，声测管之间应保持平行，间距应基本保持均匀。声波透射法具有轻便、快速、效果好等优点，在灌注桩完整性检测中得到广泛应用。

3.桩基检测技术应用探讨

3.1静载试验法是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直接、最可靠的试验方法。但在工程实践中发现，基准桩的问题有时会被检测人员所忽视，容易出现基准桩打入深度不足，试验过程产生位移的问题。

3.2钻桩取芯法具有科学、直观、实用等特点，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。一次完整、成功的钻芯检测，可以得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性的情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。钻芯技术对检测判断的影响很大，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）对钻机和钻头作了相应的规定，就是为了避免钻芯验桩的误判。

3.3高应变检测主要是判定桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。高应变法在判定桩身水平整合型缝隙，预制桩接头等缺陷，能够在查明这些缺陷是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度，可作为低应变法的补充验证手段。

3.4低应变检测法测试过程是获得好的信号的关键，测试中应注意：①测试点的选择。测试点数依桩径不同，测试信号情况不同而不同，一般要求桩径在120cm以上，测试3～4点。②锤击点的选择。锤击点宜选择距传感器20～30cm处不必考虑桩径大小。③传感器安装。传感器根据所选测试点位置安装、注意选择好粘贴方式，一般有石蜡、黄油、橡皮泥在保证桩头干燥，没有积水的情况下。④尽量多采集信号。一根桩不少于10锤，在不同点，不同激振情况下，观测波形的一致性，以保证波形真实且不漏测。

3.5声波透射法与其他完整性检测方法相比，声波透射法能够进行全面、细致的检测，且基本上无其他限制条件。但由于存在漫射，透射、反射，对检测结果会造成影响。

参考文献：

[1]《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003