低应变法检测基桩桩身完整性能力验证关键技术探讨

杨伟刚，马 捷，张山山

（中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

随着我国经济的快速发展，我国建筑业得到了长足发展，各种高层建筑、结构体型复杂建筑越来越多。桩基础是许多建筑物首选的基础形式，桩基工程起到支撑建筑物上部结构稳定的作用，其工程质量受基桩设计方案、岩土地层条件、施工技术、相关从业人员的技术和管理水平等因素的影响［1-3］。基桩桩身完整性检测是建筑工程施工质量验收不可或缺的环节，其检测准确性和判定的合理性直接影响建筑物的安全。

常见的基桩桩身完整性检测方法有低应变法、高应变法和声波投射法等。由于低应变法仅需对桩头进行平整处理，无需预先埋置测管，具有经济、快速、适合普查等而广泛应用。但低应变法对基桩检测人员既需要岩土工程、桩基设计与施工等方面的知识，也需要有波动理论等方面的知识；既要能够操作仪器设备，熟悉测试技术，又要善于对数据进行综合分析［4-5］。因此基桩检测的机构和人员以前由住建领域主管部门进行发证管理。在 20 世纪 90 年代，受相关主管部门委托，国家建筑工程检测中心组织了几次全国性的桩身完整性检测的模型桩考核工作，极大地提高了相关技术人员的能力，推动了我国基桩检测水平提升。由于政府简政放权，主管部门已经取消了基桩检测机构和人员的考核发证，为保障建筑工程质量，如何规范和保证实验室基桩检测技术是市场和相关部门亟需解决的问题。

能力验证是目前国际上通用的评价实验室技术能力的手段。中国建筑科学研究院有限公司建筑工程检测中心是 CNAS 认可的第一家建工领域能力验证提供者，利用能力验证技术能较好地了解基桩检测实验室真实水平，提供一个行业交流学习的平台，共同促进我国基桩检测规范发展。

为顺利开展低应变法检测基桩桩身完整性能力验证活动，需要对样品设计制备、指定值确定和能力评定等关键技术进行研究。

1 样品设计及制备

1.1 样品的类型

低应变法检测基桩桩身完整性能力验证用样品可为实际工程桩或符合一维弹性杆件的模型桩。实际工程桩受场地、施工作业、能力验证延续性等因素影响，与实际设计值有一定偏离，也较难采用其他手段进行验证，采用实际工程桩作为能力验证样品的难度较大。

采用符合一维弹性杆件的模型桩的材质主要有尼龙模型桩和混凝土模型桩。能力验证中选用的被测样品或材料等应尽可能与实验室日常检测样品或材料的类型相似。实际工程检测中实验室碰到的大部分工程桩都是混凝土材质。同时采用混凝土预制模型桩能较好实现设计、加工、考核点设置的一致性。低应变法检测基桩完整性能力验证用样品采用符合一维弹性杆件的预制混凝土模型桩较为合适。

1.2 样品设计

为了使模型桩能科学、合理地代替工程桩，起到考察相关实验室技术能力的目的，应将实际检验检测工作中的技术难点，易忽略、混淆的点纳入到模型桩样品设计当中。预制混凝土模型桩的尺寸控制较好，能较好地模拟实际工程中的桩身缩颈、桩身断裂、桩身扩径以及横向尺寸效应等问题，可有效考察实验室对这些缺陷的典型波形图的理解及桩身完整性分析判定。当然实际工程桩中的混凝土离析、空洞等现象较难为模拟。

为保证本次能力验证样品的合理有效性，应对样品的设计实行文件化管理，并邀请相关技术专家对样品设计方案进行论证，保证样品的尺寸设计、缺陷的类型、位置以及缺陷的尺寸符合一维弹性杆件和能力验证考核要求。

本次能力验证用预制混凝土模型桩一共制备了 12 根，其设计截面尺寸为 250 mm×250 mm，长度 6 000 mm，1 根为完整桩，11 根为缺陷桩。缺陷类型主要包括桩身缩颈、桩身断裂、横向尺寸效应、裂缝、桩身扩径等。主要考察基桩检测实验室对低应变法测桩的基本概念、基本原理的理解和典型缺陷的检测与分析能力。

1.3 样品制作及存储

样品应严格按照通过专家论证的样品设计方案来制作，控制好尺寸偏差。应确保 12 根模型桩为同一批混凝土浇筑而成，保证样品的一致性。样品加工好后，应按照要求进行养护，达到要求的强度方可投入使用。

对于低应变法检测基桩桩身完整性能力验证，不同的模型桩放置形式，会有不同的考核方式和难度。可采用与工程桩一样的纵向埋置的方式存储在检测地点。这种方式需要耗费的人力物力较大、后期维护较难。也可采用水平埋置的方式存储在检测地点。

为了更加突出考核实验室对低应变法基本理论的掌握情况，本次能力验证创新采用了水平无掩埋露天放置的形式来考核。减少了土体对测桩的影响，模型桩无遮盖放置，不仅考察测试波形的正确性，还考察测试波形与最终的完整性判定的一致性。

1.4 样品的均匀性及稳定性检验

较常见的定量能力验证，低应变法检测基桩桩身完整性能力验证是一个定性的能力验证，所制备 12 根模型桩，每一根都有各自的不同缺陷，不适用样品均匀性检验。模型桩投入使用前，应核验物品制备与实际方案的符合性。

样品稳定性检验应在参加者进行检测之前和所有参加者完成检测之后进行。如检测的持续时间较长，应在此期间进行稳定性监控。本次能力验证项目样品的稳定性主要核验样品存放不同时间段的低应变法测试波形图的一致性，经技术专家判定样品的稳定性。

2 指定值确定

定量能力验证的指定值一般采用参加者结果的统计值，定性能力验证的指定值一般采用专家公议值或参加者公议值。低应变法检测基桩桩身完整性能力验证指定值应在参加者现场检测前确定，采用专家公议的方式确定。该指定值主要包括两个方面，一是模型桩的完整性类别；二是模型桩较为合理的测试波形图。该指定值应同模型桩设计值具有一致性。

3 能力评定

能力验证是利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价参加者的能力。分为定量能力验证计划和定性能力验证计划等类型。低应变法检测基桩桩身完整性能力验证属于定性能力验证计划，其能力评定相较于定量能力验证计划差别较大。

低应变法检测基桩桩身完整性能力验证能力评定，通常采用专家公议的方法。需要对评价专家的要求、评价时采用的专家数量、确定评价准则和专家评价方式以及专家评价结果的统计、处理方法等进行明确的规定，保证专家能力评定的一致性。

低应变检测基桩桩身完整性能力验证每个参加实验室现场测试 6 根模型桩。满分共计 100 分。单根桩满分为 15 分，共计 90 分。另外，在规定时间内完成现场测试和提交测试报告，分别得 5 分，否则不得分。

本次能力验证评价准则依据指定值的特性和样品的放置形式来确定，采用单根桩评价的方式进行。单根桩的桩身完整性评价、测试波形图与指定值一致，则单根桩得满分 15 分，否则按照单根桩评价准则要求进行相应的扣分。例如桩身完整性类别的判定与指定值相差一个类别会依据准则扣分；截面阻抗变化位置判定误差≥±400 mm 也会依据准则扣分。最后得出 6 根模型桩的总得分和时间分为该参加实验室最终得分。

为保证本次能力验证的科学、合理和公正，应对评价专家的打分结果进行汇总和处理，设定准则要求来判定技术专家打分的合理性以及相应的处理程序。主要关注评价专家对同一参加实验室是否给出了不同性质的评价结果。如果有一般情况，应启动专家的二次打分或者寻求新的评价专家打分来综合判定。

4 结语

通过对低应变法检测基桩完整性能力验证的样品制备、指定值确定、能力评定等能力验证关键技术的研究探讨，为顺利开展相关能力验证活动提供了基础，保证了能力验证活动的科学性、公正性，有利于合理评价地基基础领域实验室相关能力，为我国建筑工程质量添砖加瓦。当然低应变检测基桩完整性能力验证活动也有考虑不全面的地方，会在后续的实践中继续优化改进。