灌注桩低应变测试分析

崔荣方

(南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京 210019)

0 引言

桩基作为一种重要的常用基础形式，当其他形式的基础不能满足建筑物的稳定或沉降要求时，通常采用这种基础，其质量直接关系到整个建筑物的结构安全。但由于桩基通常深埋于地下，具有高度的隐蔽性，无论在设计还是施工方面都要比上部结构更为复杂，常常出现各种缺陷(如缩颈、夹泥、离析、断桩等)，为了保证桩基质量，就必须对桩基质量进行检测。目前主要的检测方法有:静载法，高、低应变动力检测法，超声波透射法，钻心法等。这些方法中低应变法反射波法因其方便、经济性、高效性而被广泛应用［1，2］。

1 基本原理

低应变法是在桩顶沿垂直方向激发沿桩身传播的弹性应力波，由于桩底持力层及桩身质量缺陷位置上的波阻抗与正常混凝土波阻抗存在差异，通过分析缺陷反射波和透射波的特性来分析判断桩截面面积变化及桩身材料密实度的变化情况。

反射波法是以波动理论为基础的。由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面面积，材料密度和弹性模量的函数:

将一维波动理论用于线弹性桩(桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径)。在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。假定桩的材料沿长度不变(即ρc不变)，则桩的阻抗变化仅依赖截面面积的变化。

桩身缺陷位置按下列公式计算:

式中:x——桩身缺陷至传感器安装点的距离，m;

Δtx——速度波第一峰与缺陷反射波峰的时间差，s;

c——受检桩的桩身波速，m/s;

Δf'——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差，Hz。

根据桩质量的评判依据，将桩身完整性质量分为四类，Ⅰ类、Ⅱ类桩可正常使用，Ⅲ类桩需处理后方可使用，Ⅳ类桩经处理后使用或报废［3，4］。

2 检测实例

近年来，作者使用美国PDI公司生产的PIT-VV型桩身完整性检测仪，在高层建筑、工业厂房、高速公路等领域做了大量的基桩检测工作，下面就检测过程中遇到的问题作一个小的总结。

2.1 检测前的准备

PIT-VV型桩身完整性检测仪是由测桩仪(包括计算机处理系统和数据采集器)、接收传感器(亦称检波器)和力锤组成。为了接收到清晰的锤击反射波信号，以便为准确分析提供可靠数据，必须在检测前进行必要的准备:

1)检查应先向甲方或监理搜集桩、地质等相关资料;

2)对桩头进行处理，使传感器能够竖直放置，且保持与接触面垂直;

3)检测仪器设备是否正常;

4)检测时应视不同桩的桩型、桩长、桩径及测桩过程中发现的桩身问题选择合适的测锤(如尼龙锤、橡胶锤、钢锤等)及施力大小。

2.2 缺陷判定

对于灌注桩，往往在浇筑混凝土时出现质量问题，对于小直径灌注桩，在开挖过程中也会出现质量问题。下面就作者近几年的基桩低应变检测实例作一些分析与总结。

图1为甘肃某水泥厂窑尾C1-1号挖孔桩，该桩桩径1 200 mm，有效桩长23.1 m，混凝土强度C30，为嵌岩桩。现场检测的曲线显示在距桩顶8 m左右位置出现负向反射，在15 m以后出现同向反射，且无桩底反射，判为Ⅳ类桩。根据地质报告该场地地质概况为地面以下8 m范围为黄土，黄土下面存在约12 m厚的砂砾层，砂砾层下为泥岩;地下水距地面约15 m。根据所检测的曲线，在8 m位置出现负向反射，是由于在该位置土层转变为砂砾层，阻抗增加，出现负向反射;15 m后出现同向反射，为该段阻抗减小所致。原因分析:在挖桩过程中场地未采取降水措施，而是仅对所挖的桩底采用电机抽水。又由于挖孔桩存在扩大头，护壁与桩底不能做到完全封闭，同时在浇筑时未采用导管浇筑，桩底段混凝土严重不密实。抽水时混凝土中水泥浆同时被带走，产生离析，阻抗减小。后来据业主及现场监理透露，在浇筑时抽水明显发现有水泥浆被带出。由于该子项的基桩均采用此工艺施工，此处产生的问题较严重，后来施工单位将检测出有异常的一根桩的一侧土全部开挖出来，发现在桩底附近的混凝土较松散。后来应业主要求，对该子项全部采用钻芯法复测，钻芯检测结果基本与低应变检测相符，结果显示，出现同类问题的基桩占该子项总桩数的约53%。

图1 窑尾C1-1号桩

处理方法:在对该子项问题进行处理时，邀请有关专家与业主、设计单位、施工单位商讨，对问题桩进行注浆处理，并采用静载法试验。试验结果表明:处理后的桩承载力均满足设计要求。在进行其他子项基桩施工时，场地采取降水措施，并用导管进行浇筑，成桩后检测未发现类似问题。

图2为安徽某水泥厂原煤预均化及输送钢网架工程J28号桩，该桩桩径1 200 mm，有效桩长18.5 m，混凝土强度C30，为冲孔桩。该桩在6.7 m附近有同向反射，缩颈，在9.0 m附近有负向反射，扩颈，并且可以看到明显的桩底，判为Ⅱ类桩。应业主要求，对该桩进行取芯检测。根据钻取出来的芯样，在距桩顶6.7 m左右位置取到与场地地质相符的岩块。原因分析:桩身周边岩石在冲孔过程被冲碎，在浇灌混凝土时破碎岩块掉进混凝土中，导致该处形成缩颈状。在该工地其他桩基检测过程中也发现了同样问题。

图3为南京某商住楼B栋48号桩，该桩桩径为600 mm，有效桩长7.60 m，混凝土强度C30，为冲孔桩，桩底入中风化岩。该桩在复测时显示1.6 m附近有同向反射，并伴有多次反射，断桩，判为Ⅲ类桩。原因分析:由于该桩桩长较短，且桩底入中风化岩，该桩成为一端自由一端固定的杆。在进行土方开挖过程中桩顶受到挖机的撞击，自由端受水平撞击作用，在顶部的弯矩最大，产生拉应力作用，桩身混凝土受拉变形超过混凝土的容许变形，导致桩在顶部断裂，形成断桩。处理方法:开挖处理，开挖至1.6 m左右，发现桩身有明显的裂纹。取出裂纹上部混凝土，修整后再测，桩身完整。

图2 预均化J28号桩

图3 B栋48号桩

图4为南京仙林某A地块3号楼工程87号桩，该桩桩径600 mm，有效桩长16.3 m，混凝土强度C30，为冲孔桩。该桩在8.0 m附近有明显的同向反射，桩底附近也产生同向反射。此桩为嵌岩桩，正常桩桩底应为负向反射信号。实测图形说明该桩在8.0 m存在严重的离析、缩颈或断桩等缺陷，桩底信号为二次反射信号，缺陷处已成为实际的桩底，判为Ⅲ类桩。原因分析:该桩在浇筑混凝土时提管太快，在浇筑至缺陷位置附近时拔了空管，导管底部拔离混凝土端面，插在浮浆中，接着倒入的混凝土就倒在浮浆中，于是在此处夹了一层浮浆，混凝土凝固后就出现一个断面。

图4 1号楼87号桩

处理方法:对该桩进行人工开挖，挖至缺陷底面0.5 m附近，出现新鲜混凝土，重新进行低应变检测，检测结果下部桩身完整，有桩底信号。对该桩进行接桩处理。

3 结语

一般而言，灌注桩的承载力相对较高，适用性较广泛。通过上面的案例分析，可以看出灌注桩，尤其是地质条件比较复杂的场地浇筑灌注桩，往往会出现无法预计的问题，但也有许多问题都是人为因素造成的，可以采取一定的措施避免。虽然最后问题都解决了，但带来的工程损失和工期延误不可避免。为了防止同类事故的发生，我们应采用先进、可靠的施工设备及工艺，从源头上对桩基质量进行控制;同时加大检查力度，采用更为先进、经济的检测手段，及时发现桩基缺陷并进行处理，避免工程事故的发生，保障相关单位及人员的生命财产安全。

［1］李火榆，严学开.灌注桩低应变反射波法与钻芯法检测结果比较［J］.人民长江，2005(4):98-99.

［2］徐鸿儒.人工挖孔灌注桩施工工艺应用实例［J］.建筑设计，2007，35(6):112-113.

［3］JCJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［4］唐新鸣.低应变法检测讲义［Z］.2008.