模型桩实验基地建设与实践

刘 征，王正兴

（山东省水利科学研究院，山东 济南 250013）

目前桩基础的使用较为普遍，国家规范规定工程桩必须进行承载力和桩身完整性检测。承载力检测主要采用静载试验及高应变法完成，桩身完整性主要采用低应变法和声波透射法检测。桩基受工程地质条件、施工工艺、桩型等因素影响，隐蔽性强，易产生缺陷，对建筑物的安全及耐久性构成严重威胁。

桩基质量检测影响因素多（桩型、桩径、地质情况、检测人员、仪器等），涉及的学科多（声波理论、岩土工程、工程地质及设计施工等），且处于发展中，因此对检测人员的素质、技术水平和实践经验要求较高。为了提高桩基检测技术人员的素质和水平，进行桩基检测技术培训、考核，同时为桩基检测的科研开发提供实验场所，综合考虑桩型和缺陷类型等因素，设计并建设模型桩实验基地。

1 模型桩基地建设

模型桩基地位于山东省水利科学研究院在济南市崮山镇的实验基地内，共设计混凝土灌注桩20根，桩径800 mm，桩长8～10 m，桩身混凝土设计强度为C30。分别设计有桩身完整性检测模型桩6根，承载力模型桩6根（静载试验和高应变法模型桩各3根），抗拔锚桩8根。锚桩均设有不同形式的变径，既可提高抗拔承载力又可作为桩身完整性模型桩使用，可节约工程造价。

场地内可进行静载试验、低应变、高应变、超声波法等桩基测试。

施工前期首先对场地进行地质勘探，对土层进行试验分析，并依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）计算桩端及桩侧土层承载力，为模型桩抗压承载力试验提供重要依据。土层在勘探揭露深度范围内由粉质黏土过渡到桩端卵石持力层，土层物理力学性状较好，适合采用人工挖孔桩，且桩身形状较易保证。

1.1 施工阶段

施工准备、清理场地后进行测量放样，首先按照设计要求人工造孔并制作钢筋笼。然后在桩身完整性模型桩的钢筋笼上设置用于声波透射法检测的声测管和不同形式的缺陷。最后进行钢筋笼制安、浇筑混凝土及处理桩头。设计及施工时注意以下几点：

1）在桩身完整性模型桩上设置多种不同形式的缺陷（缩径、扩径、局部夹泥、空洞、离析、断裂），缺陷设计为深层、浅层缺陷，严重、轻微缺陷，单一、复杂缺陷，并设计有不同方向的缺陷，锚桩设计有扩底、扩径。部分模型桩断面示意图见图1。

2）承载力模型桩桩头加设钢护筒，高度1倍桩径（800 mm），防止桩头受压破坏。

3）锚桩桩身均配有钢筋(其他模型桩只在桩身上部配钢筋)，竖向受力筋采用Φ25钢筋，防止桩身受拉断裂。所有模型桩在桩身上部加密箍筋。模型桩配筋图见图2、3、4。

4）声测管均匀分布于桩身，固定于钢筋上，防止变形、倾斜及漏水现象的发生。

图1 部分模型桩断面示意图

图2 承载力及完整性模型桩配筋图

图3 锚桩配筋图

图4 完整性模型桩横向配筋图

1.2 质量保证

在施工过程中，着重抓好以下几个环节，保证成桩质量满足设计要求：1）开工前向全体施工人员进行技术交底，严格按设计要求施工；2）严把原材料进货关，商品混凝土、钢筋等原材料必须经技术人员核验后方可使用；3）施工现场技术人员对施工进度、成孔及钢筋笼制安质量、缺陷位置及缺陷形式、混凝土浇筑进行全程监督，并详细记录。

2 现场对比试验

在桩身混凝土强度达到要求后，采用静载法及高应变法测试其承载力，并与计算结果进行对比，分析原因。承载力模型桩主要用于培训、考核检测人员对测试方法的操作过程。

分别采用声波透射法及低应变法对模型桩桩身的完整性进行测试，以判断缺陷桩成桩质量及缺陷是否达到设计要求。其中4根模型桩设计为：A桩存在深层轻微缩径；B桩存在深层严重缩径及浅层轻微缩径；C桩桩身中部有夹泥；D桩浅层存在严重缩径。

进行4根桩设计断面图及两种方法测试信号对比。通过两种检测方法实测信号可以看出，两种方法均能准确检测出缺陷的存在，超声波信号测试精度较高。如A桩浅层轻微缺陷在低应变信号上反映不明显，而超声波信号反映明显。两种测试方法虽然能检测到缺陷，但对缺陷性质都较难区分。综合分析两种测试方法所反映的缺陷位置及程度，与设计断面基本吻合，模型桩的制作是成功的。

3 结语

随着我国建设的迅猛发展、桩基工程的广泛应用，基桩检测单位的计量认证、科研实验和培训考核市场也会不断增长。模型桩基地建成后，已开展过多次基桩承载力和桩身完整性测试工作，产生了巨大的的社会和经济效益。但由于模型桩桩型单一，数量相对较少，仍不能满足实际工程需要，有待今后进一步完善、提高。