刘治涌
上海立胜工程检测技术有限公司 上海市 201314
摘要：由于桩基础能将建、构筑物的荷载传到深层稳定的土层中去，从而减少基础的沉降和不均匀沉降，确保建、构筑物的安全、正常使用。所以桩基在工程建设中已获得广为应用，尤其在软土地区、抗震设防区应用的更为广泛。桩基工程质量的优劣，将直接影响上部建、构筑物是否能安全、正常运行，所以通过检验（包括检测、试验）查明基桩（即桩基中的单桩）质量状况，就成为桩基工程中不可缺少的重要环节。但是，建筑桩基工程受到来自于工程条件、基础与结构设计、施工以及专业技术水平等多方面因素的影响，桩基的质量具有较高的隐蔽性和复杂性，而每种桩基检测的方法又或多或少的存在一定的局限性，单一采用某种检测方法不一定能准确反映桩基的真实完整性情况，因此采用多种方法检测、相互验证去判断桩基完整性就显得尤为重要了。
关键词：建筑工程；桩基完整性；检测技术；存在的问题
1多种方法检测建筑桩基完整性
基桩（以下简称为桩）的完整性检测试验是桩基检验中的一项重要内容。桩完整性是指反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合指标。通过桩完整性检测，定性或定量地反映桩身质量上述综合指标，旨在判定桩身质量实际状况。
为了保证检测质量，对同一工程中有疑异的桩，宜采用多种方法检测并进行综合分析：1）各种低应变方法相结合；2）低应变方法与高应变方法相结合、与静载相结合；3）低应变方法与其他非动测方法相结合；4）各种方法相互补充、相互印证、去伪存真、去粗取精、由表及里的综合判断，得出比较合理的结论。
1.1低应变反射波法
低应变反射波法是在桩顶施加低能量冲击荷载，实测桩顶的速度（或同时实测力）时程响应，通过一维波动理论的时域和频域分析，判定桩身完整性的检测方法。低应变反射波法适用于各种混凝土预制桩、灌注桩的桩身完整性检测，判定桩身是否存在缺陷、缺陷程度及其位置。有效检测桩长范围应根据现场试验确定，大于40m的长桩宜按长径比不大于50控制，对任何类型超长桩，使用时应有可靠的验证资料，必要时应补充其他检测方法综合确定桩身完整性。本方法不能检测桩基承载力、桩身混凝土强度、桩长。
低应变反射波法现场检测结束后应将所采集的信号及时传输到计算机中，存储分析并做好传输记录。依据波形图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，结合桩的施工记录、施工异常情况、工程地质等资料判定桩身的完整性。
桩身质量完整性的判定根据反射波的时域特性和频域特性分析结果，结合桩身完整性分类原则，按规范桩身完整性判定表进行综合分析判定。
对无桩底反射且2L/C时刻前无缺陷反射波（或有轻度缺陷反射波）的桩，桩身完整性类别划分应在分析无桩底反射波原因的基础上进行综合判定。
1.2超声波透射法
超声波透射法是通过在预埋声测管或钻孔中超声波的发射与接收，实测超声波在混凝土介质中传播时的声时、波幅和频率等声学参数的相对变化来判定桩身完整性或墙体质量的检测方法。超声波透射法适用于桩径不小于600mm的灌注桩的桩身完整性检测，也适用于支护结构的灌注桩排桩、混凝土咬合桩和地下连续墙的桩身完整性或墙身质量检测，判定桩身或墙身缺陷的位置、范围和程度。
桩身质量完整性的判定根据各检测剖面的声学参数特征，结合桩身完整性分类原则，按规范桩身完整性判定表进行综合分析判定。
1.3钻孔取芯法
钻孔取芯法是通过钻取桩（墙）身的芯样，检测桩（墙）长度或深度、桩（墙）混凝土强度、密实性和完整性的检测方法。钻孔取芯法适用于桩径不小于600mm的灌注桩、厚度不小于600mm的地下连续墙的完整性检测，也适用于作为基坑支护用的混凝土排桩和咬合灌注桩的完整性检测，检测桩（墙）身缺陷及其位置、桩（墙）身混凝土强度、桩（墙）底沉渣厚度，判定或鉴别桩端或墙底持力层岩土性状。
混凝土芯样试件抗压强度代表值应按一组三块试件强度值的平均值确定。同一受检桩同一深度部位有两组或两组以上混凝土芯样试件抗压强度代表值时，取其平均值为该桩该深度处混凝土芯样试件抗压强度代表值。受检桩中不同深度位置的混凝土芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩混凝土芯样试件抗压强度代表值。
桩身完整性类别应结合钻芯孔数、现场混凝土芯样特征、芯样单轴抗压强度试验结果，按规范特征进行综合判定。
1.4孔内摄像法
沿空心桩或灌注桩、地下连续墙的钻孔中，采用摄像及图像处理技术对孔壁进行拍摄及观察，识别桩（墙）身缺陷的位置、形式、程度的检测方法。孔内摄像法适用于预应力混凝土桩及钻有竖向孔的灌注桩或地下连续墙的完整性检测。
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桩身缺陷应根据视频或照片确定；定量表述缺陷尺寸时，应事先确定缺陷尺寸大小换算值或标定值；缺陷的定量检测值应根据视频或照片并结合标定信息确定；对于有缺陷的桩，检测结果应给出受检桩的孔内视频及各缺陷部位的照片。
1.5高应变法
高应变法是在桩顶施加一竖向冲击力，实测桩顶附近的力和加速度的时程相应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力和桩身完整性的方法。高应变法适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性，在混凝土预制桩及钢桩打桩过程中监测桩身应力和锤击效率，可为选择沉桩工艺参数和确定桩长提供依据。对灌注桩、超长混凝土预制桩及钢桩进行承载力检测时，应具有实测经验和相近条件下可靠的对比检测资料。大直径桩扩底灌注桩、多支盘桩不宜采用高应变法检测单桩竖向抗压承载力。
2桩基完整性检测的发展现状及各检测方法存在的问题
2.1低应变检测。20 世纪80 年代，以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期，各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、实践经验积累等方面，取得了许多有价值的成果。低应变动力试桩法只要求微弱振动信号，桩的振动完全在弹性范围内。于是小应变法的激振方法比较方便、设备轻便、检测速度快、费用低廉，能够大面积检测；不足之处是小应变桩基完整性检测中缺陷的大小还不能定量分析，只能靠经验判断，并且受现场环境条件和作业者水平影响，测试的结果存在很大的不确定性。受到浅部盲区、多缺陷和桩长过长等限制，无法测试出桩身浅部缺陷、多个缺陷及深部或桩底缺陷。
2.2超声波透射法。混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。至20 世纪70 年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。目前大量使用的数字式声波仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。通过测试记录不同剖面、不同高度上的超声透射波波动特征，经过处理综合分析就能判别桩身的砼结构，如可能存在的缺陷性质、大小及空间位置。声波透射法桩基检测具有以下优点：①检测细致，结果准确可靠；②不受桩长桩径限制；③无盲区，声测管埋到什么部位就可检测到什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；④不需桩顶露出地面即可检测，方便施工；⑤可估算桩基的强度。缺点是该方法需预埋声测管，费用较高。并且，由于声测管发生倾斜、弯曲给检测结果带来的偏差，声测管不平行会对声时、声速带来较大的变化从而影响对桩身质量的判断。
2.3钻孔取芯法。伴随着工艺设备的进步，钻芯法作为一种成熟的检测方法，是目前较为可靠、直观的检测手段。钻孔取芯法需要在工程桩的桩身上钻孔，所以不属于无损检测，一般适用于直径大于或者等于800mm的混凝土灌注桩。此外，钻孔取芯能够有效地查明混凝土的离析、夹泥、空洞、疏松等缺陷。但该法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，对水平裂缝与局部缺陷等的判断就不是很准确，而且设备庞大、费工费时、价格昂贵，且很难使用于长桩，不宜作为大面积检测方法，而只能用于抽样检查，一般抽检总桩量的3～5%，或作为无损检测结果的校核手段。
2.4孔内摄像法。由于桩基施工工艺快速发展，桩身质量问题亦愈发复杂，传统低应变反射波法和声波透射法只能对桩身缺陷进行定性推断，不能直观显示缺陷性状。孔内摄像法应运而生，弥补了传统方法的不足。早期的孔内摄像仪采用的是点状光源，孔内的光线极不均匀，使得摄像不够清晰，另外，外置的照明和摄像头配合也极不协调。现在这一设备取得了长足的进步，可以获得清晰较为可靠的画面数据。目前孔内摄像不仅可以直观、精确的检测缺陷的位置，还可进行缺陷的准确定量分析，对多重缺陷、竖向缺陷以及超长桩进行检测。
2.5高应变检测。我国的高应变动力试桩法研究是起于20世纪80年代中后期，到90年代初期已有相关的软硬件问题，其实际应用效果已不弱于国外，其后面向国内大量的灌注桩检测，已有单位在模型改造值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平。高应变动力测桩方法有两种：凯普维普法与凯斯法便能波形拟合法。凯斯法的优点是能够迅速地对单桩桩身结构与极限承载力的完善性作出预算，完成现场的实时分解，与此同时可用来对打桩流程实行监控与监测，对预制打入桩十分合适；弱点是依靠于凯斯阻尼系数Jc值，Jc值越高，分离性就会越大。两种方法试验流程和收集的信号自然就是会一样的了，不过波形拟合法并非寄托于凯斯阻尼系数，却是先假定桩土参数以及模型，以实际速度曲线作为边界条件输入，解析波动方程，反过来算桩顶力，并且调理桩土参数以及模型，实行拟合计算，一直到计算力曲线跟实测力曲线吻合为止，最后给出桩极限桩身剖面、承载力、荷载—沉降曲线及土阻力分布图。波形拟合法的特点是精度高，弱点是分解计算杂乱，需要经过专业工程技术人员进行信号拟合辩解。高应变动力测桩（PDA）比之静载试验是轻便了一些，并缩短了检测的周期，其承载力的测算也得到认可，但根据规范也只抽检2％，可见仍是一种因其设备庞大、费用昂贵而不能成为桩基础质量监督的“威摄性 ”仪器。
综合上文，建筑桩基完整性检测是桩基检测工作中非常重要的一部分，直接关系着桩基施工的工程质量。加之桩基检测的隐蔽性和复杂性，只有不断提高桩基检测的技术水平，综合运用科学的检测手段，慎思熟虑、举一反三才能为建筑工程基础建设贡献重大的作用。
参考文献
[1]陈凡 徐天平 陈久照 关立军.基桩质量检测技术.中国建筑工业出版社.2003
[2]《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014 中国建筑工业出版社
[3]《建筑基桩检测技术规程》DGJ08-218-2003上海市城乡建设和管理委员会
[4]《地基基础设计规范》DGJ08-11-2010上海市城乡建设和管理委员会
论文作者:刘治涌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/12
标签：桩基论文; 完整性论文; 缺陷论文; 混凝土论文; 应变论文; 钻孔论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;