山区嵌岩灌注桩桩端性状检测技术

陈丰菊，张克利

(1.贵州科建检测有限公司，贵州贵阳550006;2.贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州贵阳550006)

随着经济建设的快速发展，高速公路、房屋建设进入高峰期。桩基础在桥梁建设，以及房屋建设中发挥着非常重要的作用。在高速建设发展的过程中，桩基存在的问题日益显露，桩基检测手段不断发展、更新。在桩基检测技术中，桩身完整性及承载力的检测手段已经比较成熟，如低应变、高应变、超声波、桩基静载荷试验。而针对桩端与岩土层的接触性状的检测技术手段尚未统一。

但目前用低应变法对端承桩的检测，还是局限于桩身完整性的检测，对桩端持力层性质的分析很少［1］。当桩底沉渣过厚，即桩端接触性状不良，沉降控制将使端阻力难以发挥，此时根据设计方法确定的承载力是不安全的，就沉渣对嵌岩桩承载力的影响的问题，已有学者进行了相关的研究［2－5］。尤其是端承桩、嵌岩桩的桩端岩土层的接触性状检测

显得尤为重要。不同的检测手段有着不同的优势、劣势。笔者根据历年的检测经验，对现实检测中应用较多的几种检测技术和手段进行对比分析。

1 桩端岩土性状主要检测技术手段

目前主要存在的检测手段大致分为两类，一是无损检测;二是破损检测。

无损检测主要以低应变为主。

破损检测主要包括基桩载荷试验、钻芯法，另外与钻芯法相结合使用的方法，如钻芯－监测法、钻芯－孔内成像法。

2 不同检测技术在工程中的应用

2.1 无损检测技术

无损检测技术应用较为广泛，操作简便，检测速度快，费用较低，适用于大面积普查，备受欢迎。该方法判断桩端性状难度较低，但存在一定的不确定性，易发生误判。

低应变理论是建立在一维波动理论基础上，当应力波从一种介质进入另一种介质时，在两种介质分界面上，一部分应力波被反射，另一部分应力波通过界面进入另一种介质。应力波通过分界面的反射和入射，其强度、波形发生变化，这种变化主要取决于两种介质的波阻抗Z和应力波的入射方向［6－7］。

低应变方法用于检测桩底接触性状，主要利用桩身波阻抗与桩端持力层波阻抗的变化来判断桩端接触性状。桩端持力层岩土体波阻抗小于桩身波阻抗时，桩底反射波为同向反射波如图1;桩端持力层岩土体波阻抗大于桩身波阻抗时，桩底反射波为反向反射波如图2。

图1 桩底同向反射波

图2 桩底反向反射波

一般而言，软质岩石、破碎岩体、桩底沉渣或软弱土体波阻抗小于桩身波阻抗;坚硬岩石波阻抗大于桩身波阻抗。所以桩底反射波为同向反射波时，存在诸多的不确定性，桩底反射波为反向反射波，桩端性状较为单一，利于判断。

所以低应变方法适用于桩端持力层为坚硬岩石的情况。

2.2 破损检测方法

2.2.1 静载试验法

静载试验主要用于检测桩基承载力，进而反应桩端性状。该方法成本费用较高，耗时较多，技术难度较大，适用于对可疑桩进行检测。

使用静载试验检验桩端性状，需将荷载加至破坏荷载，桩侧土体进入塑性状态。根据试验荷载和变形关系曲线判断桩端性状。在试验中突然出现一个陡降，而后又进入相对稳定阶段如图3(a)，表明桩侧摩阻力达到极限，挤压桩底沉渣直至挤密能够传递桩身荷载至完好持力层，从而进入相对稳定段;或者出现陡降且变形量较大如图3(b)，表明桩侧摩阻力达到极限，桩身沉渣过厚［8］，在试验加载结束前未能挤密桩底沉渣，荷载远达不到最大试验荷载。故当载荷试验P－S曲线出现陡降时说明桩端性状不良。

图3 静载试验P－S曲线(自平衡)

在传统的载荷试验中，很难加载到桩身位移突变，而在自平衡试验中，实现桩身位移突变较为常见。主要由于自平衡方法不依靠超高吨位的堆载，或大截面锚桩反力梁，只需增大荷载箱的油压，以桩身摩阻力为反力。自平衡法其缺点是要预先埋设荷载箱，对随机抽检存在限制。

2.2.2 钻芯法

钻芯法使用工程钻机在桩顶进行钻探，对桩身有一定的损坏。该方法根据钻进速度、反水颜色和钻取芯样判断桩端接触性状。

图4 芯样照片

钻芯法检测对钻工钻探技术及现场记录人员对岩层的鉴别能力要求较高，如钻探时的压杆压力、钻进速度和钻头转速的掌控、桩底时的反水情况，钻取芯样情况，桩端接触岩层辨别，并及时记录钻探过程中的异常情况(图4)。特别是地质情况比较复杂时，如破碎岩层，取样困难等。必要时应取样进行鉴别。

2.2.3 钻芯－监测法

钻芯－监测法，是对钻芯法及工程机械钻进过程进行监测的一种方法。主要监测钻机钻进的速度、钻进压杆压力、钻头转速、钻头类型。

该方法通过钻进速度、压杆压力、转速、钻头类型四者关系判别桩端接触性状。一般而言，当压杆压力、转速、钻头类型不变的情况下，桩端钻进速度与持力层钻进速度进行对比，钻进速度明显加快，表明桩端性状不良，钻进速度变化不大，表明桩端性状较好。

虽然该方法智能化较高，但是某些情况还需要人为进行判断。

2.2.4 钻芯－孔内成像法

钻芯－孔内成像法，是对钻芯法成孔孔壁进行拍摄成像的技术方法。对桩端性状进行成像，判断桩端接触性状。该方法直观、定量，利于判断，可靠性较高，不易发生误判［9］。辅助判断桩身混凝土质量，和持力层情况。对存在争议的检测，该方法具有很好的应用。

但是在检测过程中应注意保护摄像头，容易在检测过程中受到损坏，尤其是在桩底容易垮孔的情况下;测试时，应控制测试的速度，保证拍摄的清晰度(图5)。

图5 桩端接触性状

3 检测技术手段对比

根据每一种检测的技术特点，适用条件和利弊进行对比分析详见表1。

表1 各检测方法的对比

低应变方法比较适用于桩端为坚硬持力层的大面积普查，在桩身完整性检测方面比较成熟，但在桩端性状检测中，有待进一步验证;静载试验主要适用于对桩基承载力存在疑问的检测;钻芯法－孔内影像法适用于存在分歧和争议的检测。其他两种方法适用于低应变普查存在疑问桩的检测，同样也适用于另外两种方法。现实检测中由钻芯－监控法需要配备相应的元器件，且元器件维护较为繁琐，故应用相对较少。

4 结论

对比不同的桩端性状检测手段的优劣，针对不同的检测，采用相应的一种检测手段或几种检测手段共同进行。

(1)就检测速度和成本而言，低应变占有绝对的优势，但易发生误判，可靠性较低。

(2)就可靠性而言，钻芯－孔内成像法，直观、定量，不易误判。在存在争议的检测中，说服力较强，检测结果分歧极少。

(3)当桩端性状对桩基承载能力影响存在疑问时，静载试验不失为最好的方法，可以明确桩基极限承载能力，但成本较高。

［1］李福文，孙明波，于忠生.人工挖孔桩检测方法及应用实例［J］.长春工程学院学报:自然科学版，2004，5(4):5-7.

［2］陈 斌，卓家寿，吴天寿.嵌岩桩承载性状的有限元分析［J］.岩土工程学报，2002，24(1):51-55.

［3］陈竹昌，盛 俊.施工因素对嵌岩桩承载力的影响［J］.建筑技术，2003，34(3):171-174.

［4］陈竹昌，舒 翔.嵌岩长桩突然破坏机制的探讨［J］.同济大学学报，1998，26(5):507-511.

［5］李典庆，鄢丽丽.考虑桩底沉渣的灌注桩可靠度分析方法［J］.岩土力学，2008，29(1):155-160.

［6］游霆章.低应变法桩端持力层岩土性状及桩底缺陷检测分析［J］.广东建筑与土木，2006，(1):53-55.

［7］胡新发，柳建新.山地和岩溶地区端承桩质量检测与加固技术研究［J］.岩土力学，2011，32(S2):686-692.

［8］王铁行，刘 衡，杨 波.厚层沉渣嵌岩桩承载性状研究［J］.岩土力学，2013，34(7)2072-2076.

［9］梁 栋，夏晓勇，胡先进.数字式全景钻孔电视在基桩检测中的应用［J］.浙江交通职业技术学院学报，2013，14(4):10-13.