桩基检测技术及优缺点

陈丽丽张晓琴

摘要：随着高层建筑物高强度地基处理的需要，桩基础成为土木工程中主要的基础形式之一。在桩基础的施工过程中，桩基检测是一个不可缺少的环节。桩基检测是对单桩承载力和桩身质量等内容进行全面评价的重要措施，它是评价桩基工程是否合格的依据，同时也是对不合格桩进行补强的基础。又因为桩基是隐蔽工程，所以其检测和事故后的处理均较困难，因此，在桩基设计前和施工后都需要进行必要的试验和检测，以保证桩基工程的质量。本文简要介绍了常用的几种桩基检测技术，针对具体工程，利用成孔质量检测、静载试验检测、低应变动力检测和高应变动力检测等技术对该工程的基桩进行了检测，进而对桩基质量做出评价，以确保建设工程的质量。

关键词：桩基检测；静载试验；高应变动力检测；低应变动力检测

Abstract: For the needs of the high intensity foundation process of high high-rise buildings, pile foundation has become one of the main form of foundation in civil engineering. In the pile foundation construction process, pile foundation inspection is a indispensable link, which is the important measures to comprehensively evaluate the single pile bearing capacity and pile quality, is the basis of evaluating the pile foundation engineering quality, and the foundation to reiforce the unqualified pile. And because the pile foundation is a conceal engineering, so the test and accident treatment are more difficult. Therefore, before the design and after the construction of pile foundation, it is necessary to test and inspect to ensure the the project quality. This paper briefly introduces several commonly used technologies of pile foundation inspection. In view of the specific project, using hole-forming quality test, static load test detection, low strain dynamic test and high strain dynamic test technologies, it conducts a test of the foundation pile for the project and then makes an evaluation for the quality to ensure the quality of construction projects.

Keywords: pile foundation inspection; the static load test; high strain dynamic detection; low strain dynamic detection

中图分类号:文献标识码：A文章编号：

桩基检测技术

这种方法具有科学、直观、实用等特点，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。一次完整、成功的钻芯检测，可以得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性的情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。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承载力的有效发挥；桩底沉渣过厚使得有效桩长减少。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。

优缺点：科学、直观实用。抽芯技术对结果的影响较大。

桩的承载力的检测

静荷载试验法

这是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直接、最可靠的试验方法。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。静载试验主要适用于工程试桩的承载力检测，对于工程桩检测不能做破坏性试验。其检测精度高，相对误差在10%范围内。

优点；操作过程比较简单，最直接、最可靠，适用性强。

缺点；劳动强度大，危险性高，人为干扰因素多。

高应变动测法

桩基高应变动检测，利用重锤对桩顶进行瞬态冲击，使桩周土产生塑性变形，在桩头实测力和速度的时程曲线，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。主要功能是判定桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，可作为低应变法的补充验证手段。

优点：仪器设备较为轻便，检测速度快费用较传统的静荷载试验。

缺点：力量一旦过大就会破坏桩的结构。

桩的完整性检测

应变动测法

基桩的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。 测试过程是获取好信号的关键。

超声波透射法

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声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砼内传播过程中表现的波动特性；当砼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，使接收到的透射波能量明显降低；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性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内砼的密实度参数。

优点：能够进行全面、细致的检测，且基本上无其他限制条件。

缺点：由于存在漫射、透射、反射，对检测结果会造成影响。

反射波法

又称为低应变发射波法，使用小锤敲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号、频率信号，桩身的缺陷、桩底均可以根据反射波的相位、振幅、频率特性，辅以地层资料、施工记录以及实践分析经验，对其性质进行综合分析判断。

优点：仪器轻便、现场检测快捷，测点多。

缺点：测量时桩的阻抗变小，对缺陷的性质难以区分。

2 桩基检测技术在工程上的应用

某办公楼为地上十四层，地下一层的高层办公楼，采用框架结构，总建筑面积38818.6m2，其基础采用钢筋混凝土预制桩。经勘探，场地地基根据其工程特性的差异，自上而下分为四层，分述如下: 粉土层、粉质粘土层、砾砂层和强风化泥岩层。基桩设计参数要求如下：桩径为φ500mm；桩长为10-12m；工程桩总桩数为170根；单桩承载力特征值2000kN；混凝土强度等级：C40；桩端持力层为砂砾层。本次工程实践中针对场地环境和地质条件，主要采用了如下几种检测手段：①成孔质量检测，检测数量40个；②试桩载荷试验，检测试桩数量3根；③高应变动力检测，检测数量10根；④低应变动力检测，检测数量30根。

成孔质量检测

本工程中基桩成孔质量测试采用的仪器设备主要有JJC-1A型孔径仪、JNC-1型沉渣测定仪、JJX-3A型井斜仪、深度记录仪（充电脉冲发生器）、电动绞车、孔口轮等组成。分别对成孔的孔深、孔径、孔斜及沉渣厚度进行了检测。检测结果：设计孔深介于10.45m～11.94m，实测孔深介于10.60m～12.20m，所有检测桩均大于设计要求孔深。实测局部最小孔径介于451mm～471mm，局部最大孔径介于524mm～633mm，无最小孔径<550mm的桩孔。实测垂直度介于0.68%～0.97%，均小于1%。实测孔底沉渣厚度介于80～100mm，均小于150mm。综上数据统计分析，本次桩孔成孔质量检测4项指标（孔深、孔径、孔斜、沉渣厚度）均能够达到规范要求。

静载试验检测

本次工程中，根据设计要求，对试桩检测过程中的3根试桩分别进行单桩竖向静载试验。检测方法如下：本次竖向静载试验，采用锚桩反力装置与配重联合加载法，对桩的加载方式采用快速维持荷载法，即逐级加荷，加荷后隔15min读一次数，每级加荷时间为2h。检测结果3根桩的极限承载力平均值为4000kN，最大极差为0，不大十平均值的30%，故单桩承载力的特征值(标准值)为4000=2.0=2000kN，符合设计要求。

低应变动力检测

根据《建筑桩基检测技术规范》规定，本次工程实践中共对工程桩中的30根桩进行了低应变动力测试。检测仪器由采用FDP204PDA型动测分析系统，加速度传感器，力棒组成。检测方法是：在桩顶放置一只加速度传感器，接受锤击过程中产生的加速度信号，通过FDP204PDA型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经计算机处理后，在屏幕显示实测波形，每根桩布采集点一个，每点采集5～6锤信号。检测结果：其中:I类桩28根，满足设计要求；II类桩2根，满足设计要求。

高应变动力检测

本次工程中共对工程桩中的10根桩进行了低应变动力测试。检测仪器采用FEI-C3型动测分析系统。检测方法是：将两只加速度计和两只应变式力传感器，分别对称安装在桩侧表面，锤自由下落锤击桩顶，瞬时冲击力产生的加速度和力信号，通过FEI-C3型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经过计算机软件处理后存入磁盘，同时显示实测波形，然后将存储在磁盘上的测试信号进行回放（力、速度），利用FEIPWAPC软件进行曲线拟合分析，得出单桩竖向极限承载力。检测结果：所检测的10根桩的单桩竖向极限承载力基本值均位于2178kN～2342kN之间，单桩竖向极限承载力平均值为2260kN，故根据本次高应变检测结果综合判定单桩极限承载力为2260kN。

桩基础在高层项目应用过程中出现的弊端

挤土效应和浮桩

在将预应力管桩打入土层中时，由于管桩对土体的挤压会使土体向四周排挤，周围的土体因此受到严重的扰动。土体遭到严重的扰动后会发生径向位移，离管桩一定范围内的土体受到不排水剪切和很大的水平挤压力，土体会形成具有很强的孔隙水压力的扰动重塑区。重塑区土体的不排水抗剪能力大大的削弱，直接促使周围的土体会因不排水剪切而被破坏。随着管桩数量的不断增加，会使已经打入土体的管桩和相邻靠近的管桩产生较大的侧向位移和上浮，土体的和管桩的位移与管桩的数量成正比，用的管桩越多产生的位移就越大。

浮桩只是管桩挤土效应的另外一种表现形式，但是浮桩问题表现得非常之隐蔽，往往是压桩工程结束之后在做静载检测时才发现这一问题。

沉桩不达标和断桩

沉桩没有达到设计要求的原因主要有：施工前对地质的勘探点不够多，对持力层的起伏标高不明确；没有设计合适的持力层；对单个管桩的承载力估算不准；管桩自身出现断裂。

断桩是在管桩施工中经常遇到的问题，主要原因是使用了未经检验的不合格管桩；管桩在地下碰到了坚硬障碍物；在压桩过程中没有控制好垂直度；挤土效应造成管桩断裂。

滥用预应力管桩

预应力管桩虽然在工程中得到了广泛的应用，但是这并不代表着预应力管桩适用于任何的施工场地，预应力管桩的持力层可以选择是强风化岩层、坚硬的黏土层或砂层和碎石层，但是预应力管桩不能打入中风化和弱风化岩层。

对预应力管桩基础弊端的相关处理措施

处理挤土效应和浮桩问题

对于施工过程中遇到的挤土效应，建议采取以下几种防治措施：①对管桩的压桩顺序进行合理的安排。②优化压桩的施工的工序。③在施工场地中设置袋装的砂土和一些塑料排水板，为地基创造有利的排水条件，降低空隙水压力。④在压桩之前可以先进行预钻孔作业，以提高压桩的成功率。

对于浮桩问题有效的处理措施主要有：在压桩施工还没有结束前就选择具有代表性的管桩进行测量和监控，在压桩施工结束之后就要立即使用水准仪器对管桩进行测量记录，在整个压桩施工过程中要对管桩进行定期的测量监控，及时发现管桩的上浮现象。

处理沉桩不达标和断桩的措施

防治措施首先要对工程施工地段的地质进行详细的勘探，正确的对持力层进行选择；施工时根据管桩规格的不同而选择合适的桩机；根据施工地质条件的不同灵活选用管桩的施工方法，合理的安排压桩的顺序。

对于出现的断桩要采取相应的补强加固措施，不能再继续使用断桩。在具体的补救措施中，可根据断桩的类型而采取灵活的补救措施。

合理的利用预应力管桩

在管桩施工过程中，要对施工区域的地质进行充分彻底的勘探，根据地质构造的不同而选用不同类型的管桩，勘探人员要多选用一些探测点，避免因勘探不全面而给整个施工带来损失。

结束语

利用成孔质量检测、静载试验检测、低应变动力检测和高应变动力检测等技术对某办公楼工程的基桩进行了检测，了解被测桩的桩身完整性和桩身混凝土质量，并初步判断桩端土支承强弱，选择合适的方法，进而对桩基质量做出评价，以确保建设工程的质量。

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