浅谈桩基检测技术在建筑工程中的作用

刘素云

【摘要】简要介绍了常用的几种桩基检测技术，及其相关原理和特点。简单叙述了其在建筑工程中保证桩基质量方面的作用

【关键词】桩基检测 原理 作用

引言

桩基是地下隐蔽工程，起着建（构）筑物荷载向下传递到下部土层的作用，它是建筑物的基础，其质量优劣直接影响到这些建筑物的安全。重视桩基质量，加强桩基础质量检测，是保证桩基质量的重要环节。

1 桩基检测技术

1.1 成孔质量检测， 在桩的施工中，成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量：桩孔的孔径偏小则使整桩的承载能力降低；桩孔上部扩径将导致成桩上部侧阻力增大，而下部侧阻力不能完全发挥；桩孔偏斜则会削弱了基桩竖向承载力的有效发挥；桩底沉渣过厚使得桩身沉降量增大，降低了基桩承载力，影响建筑物的正常使用。因此，成孔质量检测对于控制成桩质量尤为重要。成孔质量检验的内容主要包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等。

1.2 桩的承载力的检测

1.2.1 静荷载试验法 静荷载试验法用于检测基桩承载力，静荷载试验法包括基桩竖向和水平承载力检测；工程中多用到竖向静载荷试验。静荷载试验法显著的优点是其受力条件比较接近桩基础的实际受力状况。静载试验主要适用于工程试桩的承载力检测，是常用的桩基承载力检测方法，但费时、费力、费用昂贵。

在成桩检测技术中，静载试验工作仍应加强，不能为了省钱、省时而减少动静对比试验。在桩的动力检测方法未有取得突破性进展之前，桩的静载试验仍是桩承载力检验值可靠的评定标准。

1.2.2 高应变动测法，就是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击，使桩周土產生塑性变形，在桩头实测力和加速度的时程曲线，通过应力波理论分析得到桩土体系的有关参数，揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能，分析桩身质量，确定桩的极限承载力。 高应变动测实测基桩承载力具有费用低廉、周期短等优点，但实验结果离散性大，需要大量的动、静对比资料，当地丰富的检测经验作为验证。

高应变动力试桩法分为凯斯法和凯普维普法即波形拟合法。凯斯法的优点是可以快速地对单桩极限承载力和桩身结构的完整性作出估计，实现现场的实时分析，同时可用来对打桩过程实行监测和监控，对预制打入桩特别适合；缺点是依赖于凯斯阻尼系数Jc值，Jc值越高，离散性越大。两种方法试验过程和采集的信号相同，但是波形拟合法并不依赖于凯斯阻尼系数，而是先假定桩土模型及参数，以实测速度曲线作为边界条件输入，求解波动方程，反算桩顶力，并调整桩土模型及参数，进行拟合计算，直至计算力曲线与实测力曲线吻合为止，最终给出桩极限承载力、桩身剖面、荷载—沉降曲线及土阻力分布图。波形拟合法的优点是精度高，缺点是分析计算复杂，需要经过专业工程技术人员进行信号拟合分析。

1.3 桩的完整性检测

1.3.1 低应变动测法 就是通过对桩顶施加较低的激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测和记录桩顶的振动速度和加速度，利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析，从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。

1.3.1.1反射波法是低应变测定混凝土桩桩身完整性的一种检测方法，其经过多年的研究、应用及发展，该项技术已经逐渐走向成熟，事实证明它是一种准确可靠、经济快捷的检测手段。反射波法是建立在—维波动理论的基础上的。

基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：假设桩为质地均匀、各向同性的—维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长λ大于桩的直径），当用手锤在桩顶敲击时，产生的应力波在桩身传播满足—维波动方程。通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该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，就能判断桩的完整性。

假设桩为一维线弹性杆，其长度为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，弹性波速为C（C 2 =E/ρ），广义波阻抗为Z=AρC；推导可得桩的一维波动方程：

假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为Z1）进入介质Ⅱ（阻抗为Z2）时，将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。

令桩身质量完好系数β= Z2/Z1，则有

缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，缺陷位置根据反射波的时间tx由下式确定：

1.3.1.3 反射波法检测基桩的检测步骤

在检测中检测仪器常用武汉岩海公司制造的RS-1616K（S）基桩动测仪或者美国桩动力学公司制造的PIT桩完整性测试仪， 检测设备及现场联接见图1。

RS-1616K（S）基桩动测仪

或PIT桩身完整性检测仪

信号输入

参数设定

数据处理

结果输出

桩

图1 基桩反射波法检测仪器设备现场连接示意图

低应变检测时，锤击力量太大或太小都不产生能被记录的脉冲。激振产生的波动模式单一，只含纵波，可以得到清晰的底部反射。具体的检测步骤如下：（1）清理整平桩头；（2）调试仪器，选择适当参数；（3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位；（4）用小棰在桩头选择适当的能量激振；（5）选取较为理想的波形曲线并存储；（6）将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。

1.3.2 声波透射法 ，是利用超声波在混凝土中传播的声学参数，如声速C、频率F、振幅A的变化及波形来分析桩身混凝土的连续性及断层、夹砂、蜂窝等缺陷的大小、位置。

混凝土灌注桩超声脉冲法检测的基本原理：在桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射探头和接受探头置于声测管中，管内充满清水，作为耦合剂。由仪器中的脉冲信号发生器发出一系列周期性电脉冲，加在发射换能器的压电体上，转换成超声脉冲，该脉冲穿过待测的桩体混凝土，并为接受换能器所接受，再转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过混凝土所需的时间、接受波幅值（或衰减值α）、脉冲主频率、波形及频谱等参数，然后由数据处理系统按判断软件对接受信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置作出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。超声脉冲法检测结果能排除土层变化（土阻尼变化）的影响，以及桩身在满足正常桩径下由于桩径的变化而引起的桩身广义波阻抗突然变化的影响。

3 小结

桩基检测工作中，应根据工程需要和不同的检测目的，选择相应的检测技术对工程的基桩进行检测，了解被测桩的桩身完整性和桩身混凝土质量，并初步判断桩土共同作用体系支承力的强弱，进而对桩基质量做出评价，以确保建设工程的质量。低应变检测与其他检测手段包括高应变动力试桩、抽芯、静载等均有各自的优点，也有其缺陷和局限，为确保桩基工程质量，工程中常采用多种方法进行检测，以便更准确的判定桩身质量。

参考文献：

[1] 苏全. 反射波法、超声脉冲法在海塘桩基检测中的应用 . 杭州

[2] 郑子德 王雪元. 低应变反射波法桩基检测 . 大连：大连市交通工程质量监督站

[3] 吴厚碧 袁继雄. 桩基检测手段和综合应用 . 汕头：汕头市工程质量监督站

[4] 蔡 亮，曹雪山，郑长江. 浅析桩基检测的两种方法 . 南京：河海大学