基桩质量检测方法的综合研究及案例分析

胡静

（广东省有色工业建筑质量检测站有限公司）

0 前言

建筑工程基桩质量检测，常见的检测分为完整性与承载力检测。其中完整性检测方法有：低应变法、声波透射法、钻芯法、高应变法，承载力检测有：单桩抗压静载试验、单桩抗拔静载试验、水平静载试验、高应变法。本文运用上述几种检测方法，针对检测数据存疑情况进行验证，确实存在质量问题情况经设计制订处理方案后进行桩身复验，对后期工程施工及验收提供重要依据。

基桩完整性检测方面，学者也做了很多研究。王建文[1]对声测法检测混凝土灌注桩基本原理进行了介绍,并结合工程检测数据实例的分析,对声测法检测桩基中声学参数的分析方法及注意事项进行了讨论；刘庆生[2]针对声波透射法检测过程精细化控制，以达到最终数据准确性判断，对声波透射法具体实施细则做了详细介绍；赖刘保[3]分析了三种桩身完整性检测方法的原理，识别常见桩身缺陷的经验，结合工程中典型的浅部断桩、桩底沉渣、中部离析等缺陷说明低应变法、声波透射法和钻芯法的综合应用。上述学者都相应分析了几种桩身完整性检测方法的适用性，其中赖刘保也对三种方法进行了综合应用。

本文将分别针对四种完整性检测的优缺点及局限性进行阐明，用典型工程案例进行分析，本文只对完整性检测有疑问的基桩进行加固处理后的复验工作进行介绍。考虑静载试验的成本问题，复验方法主要包括高应变法和钻芯法。在此基础上总结相关经验，结合实际地质条件，对质量检测几种方法的运用与工程检测分析提供参考。

1 基本原理及局限性

1.1 低应变法

本方法是通过在桩顶施加一定能量的激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到突变不连续的界面（如缩径、夹泥、离析、松散等缺陷）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，综合分析来判断桩的完整性。

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：

低应变法的优点包括可操作性强，检测方便快捷。但因其原理，局限性主要反应在以下几个方面：

⑴针对竖向裂缝或缺陷等敏感性较弱或不敏感；

⑵地质条件复杂，桩周土对应力波的削弱，长径比较大时，激振能量较小，往往很难反应出桩长及桩底情况；

⑶对渐变性、弯曲、微小缺陷不能判别，只能对嵌岩效果做评判，不能判断是否为沉渣影响。

1.2 高应变法

本方法是运用重锤冲击桩顶，产生一定数量级能量激振信号，使桩—土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

原理同理于低应变法，因此，其桩身应力应变关系可写为：

假设土阻力是由静阻力和动阻力两部分组成：

R=Rs+Rd

推导可得桩的一维波动方程：

分析方法采用Case法和实测曲线拟合法：

记冲击速度峰对应时间为t1，t2=t1+ 2L/C为桩底反射对应时间，根据实测的力、速度曲线F(t)、V(t)推导可得Case法判定桩的承载力的计算公式为：

实测曲线拟合法采用了较复杂的桩－土力学模型，选择实测力、速度或上行波作为边界条件进行拟合，拟合完成时计算曲线应与实测曲线基本吻合，桩侧土摩阻力应与地质资料基本相符，贯入度的计算值应与实测值基本吻合，从而获得桩的竖向承载力和桩身完整性。

高应变法检测原理与低应变法基本一致，主要是桩身激振能量数量级的不同，达到的应变量级的差异。因此，高应变不仅能进行完整性判别，还能通过力学模型拟合，获得桩的竖向承载力。其完整性判别的局限性与低应变类似，此处不作赘述。

1.3 声波透射法

由超声波脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；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，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同剖面、桩身高度内的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

声波透射法类似于医学CT，对桩长范围内按照一定间距进行扫描，对范围性缺陷非常敏感，且准确度高。其局限性是对横向缺陷，如断桩、裂缝等不敏感，在声时、波幅及PSD 曲线上都不会发生明显的变化。另外，本方法只能对桩身声测管埋设范围内完整性进行判定，桩底沉渣及竖向承载力无法进行判断。

1.4 钻芯法

本方法是根据钻取芯样，确定桩长（墙深）、桩（墙）底沉渣厚度，鉴别岩石地基性状、桩（墙）持力层岩土性状，并通过芯样特征、芯样单轴抗压强度判断混凝土灌注桩、地下连续墙、复合地基增强体、水泥土墙的施工质量的检测方法。能对其他检测方法的检测结果进行验证检测。

钻芯法通过芯样特征对桩身完整性分类，芯样的表观缺陷主要划分为分层、水平裂缝，气孔、蜂窝麻面、沟槽、破碎、松散和夹泥。因此，具有比高低应变及声波透射法更直观的一面，也有“一孔之见”代表性差的一面，特别是针对桩底入岩情况与沉渣厚度判断有很大的参考性。

2 工程案例分析

⑴桩A 为嵌岩桩，持力层为中风化砂岩，桩径1000mm，设计桩长11.00m，混凝土强度C40。进行低应变法检测，嵌岩桩桩底同向反射（图1），初步判断桩底存在沉渣或者离析破碎，导致入岩效果不佳。根据规范要求，对该根桩进行钻芯验证。结果显示桩底10.75m至11.20m 为离析破碎状（如图2）。据现场调查及查阅地勘资料，该工程地下水丰富，桩底部分被地下水侵蚀。针对此类质量问题，常见处理方式：一是由设计方重新制订桩基方案，进行补桩处理；二是在原有基桩进行补强处理。从经济与安全方面考虑，可优先补强处理，通过高压注浆后再进行复验。因此复验方式可选择高应变法或钻芯法，检验补强效果，依此来判定处理效果。

图1 桩A低应变法曲线

图2 桩A钻芯示意图

⑵桩B 为嵌岩桩，持力层为中风化砂岩，桩径1000mm，设计桩长9.40m，混凝土强度C40。检测方案选定此根桩进行声波透射法检测，检测结果显示：距桩顶8.90m 至9.10m 范围，两个剖面存在波幅与波速均剧烈下降，PSD 曲线发生突变，如图3 所示，初步判定为桩身局部缺陷。

图3 桩B声波波列图曲线

拟分别采用低应变法与钻芯法进行验证，结果显示：低应变对小型局部缺陷不敏感（如图4），钻芯法所显示缺陷为夹泥约3cm、轻微离析合计约15cm（如图5）。此桩情况与桩A 类似，只是缺陷类型不一样，检测出来的方法反应方式也不一样，间接证明了不同方法适用性与局限性。

图4 桩B低应变法曲线

图5 桩B钻芯示意图

⑶某桥桩C 为冲孔摩擦桩，桩径1400mm，设计桩长33.40m，混凝土强度C35。进行低应变法检测，距桩顶7.70m 左右存在轻微缺陷（如图6）；进行声波透射法检测，在靠河流一侧的剖面距桩顶7.50m 至7.90m 范围存在缺陷，其余两剖面完好（如图7）。查验地勘资料得知，在该范围内存在砂土层。

图6 桩C低应变法曲线

图7 桩C声波波列图曲线

此案例反应针对范围性缺陷，低应变与声波透射法均能很准确做出判断；针对此类情况，按照规范相关条款，完整性类别可判定为II 类桩。对缺陷产生原因做初步分析，地质条件对桩身质量影响较大，浇筑过程中砂土易受水渗透侵蚀，砂土流失后会对桩身混凝土密实度有一定影响，在检测数据上就可能定性为缺陷。

3 建议

⑴严格按照相关规范及设计文件制订地基基础检测方案，检测顺序宜优先完整性检测，再进行承载力检测。针对完整性检测中存疑或完整性类别为III 与IV桩进行复验、扩大检测与验证检测，提出合理化意见供设计参考，做出下一步的规划。

⑵无论完整性检测或承载力检测，都需提前做好相关准备，尽可能排除一切能干扰到检测结果的外部因素。如低应变法应打磨桩头，凿除浮浆；声波透射法应清理声测管内部泥浆或杂物，确保耦合剂为清水；钻芯法应搭建好钻孔平台，防止倾斜、摇摆，导致偏出桩外；高应变法应对灌注桩按照标准做好桩帽，确保桩帽上部平整及其强度满足要求；单桩抗压静载试验应确保地基承载力满足堆载要求，合理根据现场情况预设堆载形式与组装顺序，安装安全警示牌，设置安全警戒区。

⑶验证单桩承载力时，静载试验成本较高，应根据现场实际情况与设计要求综合考虑。所以进行承载力检测时，可选取存疑或需验证的桩进行，避免先进行承载力检测后，为验证检测增加工程成本。

⑷在对待桩身质量问题时，运用低应变法的快速普查效果与声波透射法对缺陷的高敏感性特点，结合钻芯法进行验证，根据地勘资料的地质环境，确定工程质量问题原因，为后期补强或补桩等措施提供依据。

⑸基桩质量关乎整体工程项目质量的好坏，施工单位应提升施工工艺与水平，针对特殊地质情况或施工环境应具有较高适应性；检测单位作为工程质量标尺，应严守道德底线，严格依据规范要求，为工程质量保驾护航。

4 总结

建筑工程中，桩基础质量决定工程的整体质量。复杂的地质条件与不合格的施工技术往往是工程质量的绊脚石。要熟悉地质条件对工程检测的影响，用以甄别各类质量问题。因此，实施检测过程中，应既规范，也应熟练运用各类检测方法，结合现场地质条件，对检测数据做出合理判断，为施工改进或验收提供保证，在普查、复验与验证各个环节，做出准确的判定并提出合理合规的建议。这样才能保证工程进度，也能便于高质量施工管理，减少不必要的经济损失。