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摘要：桩基础作为工程结构最主要的基础形式之一，已广泛应用于高层建筑、交通、水利工程等领域。桩基成孔质量、桩身质量的优劣及桩基承载力的高低，对建筑工程的影响甚大，尤其是大直径单柱桩（灌注桩），其对成桩质量具有很高的要求。本文对各种常用检测技术作了简要介绍，并分析了各种方法的优势和局限性；针对最直观有效的钻芯法的不足，重点探讨了一种新的预埋管钻芯法的应用，供同行参考。
关键词：桩基；检测；钻芯法；性能；创新
1、桩基的承载力力学性能
桩基的承载力由两部分组成：桩基的端承力和摩阻力。以桩基的承载力性能可以将桩基分为以端承力为主的端承桩和以摩擦力为主的摩擦桩和两者共同作用的端承摩擦桩。大直径桩基中大部分是以端承桩或端承摩擦桩形式存在，桩的端承力取决于桩身强度与地基承载力。
影响桩基承载力性能的主要因素则在于以下几个方面：（1）桩基的几何尺寸。（2）桩身混凝土强度。（3）桩端沉渣厚度。（4）桩端持力层的岩土性状。其中：桩基的几何尺寸指标属于直观指标，施工中是比较容易得到控制；桩身混凝土强度现场操作的可控性也较强，而且也均需进行试块抗压试验，同时设计计算时已含有一定的安全系数；而沉渣厚度及桩端持力层的岩土性状这两项指标带有一定的隐蔽性，因此在实际工程中对于桩基的检测，应该尤其强调的是检测后两项指标。
2、常用检测技术及其优缺点
2．1大直径桩基检测的常用方法技术
按照我国现有的大直径桩基检测设计和施工质量验收规范，检测方法大致可分为两种：
（1）直接法：即通过现场原位试验直接检测结果的检测方法。主要有钻孔取芯法和静载荷试验法。
（2）间接法：指在现场原位试验基础上，基于一些理论假设和工程实践经验，并加以综合分析才能最终获得检测结果的检测方法。主要包括以下三种：①低应变法（现行主要指反射波法）。在桩顶面施加低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内做弹性振动，并由此产生应力波纵向传播，利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价。该方法测试设备简单轻便、检测速度快、成本低，是基 桩质量完整性检测的良好手段。②高应变法（现行主要指波动方程法）。通过在桩顶实施重锤敲击，使桩身产生动位移，桩周岩土阻力充分发挥作用。高应变法物理意义明确，检测准确度相对较高。但受检测人员的技术水平和桩土相互作用理论模型的影响，该方法仍有较大的局限性，尚不能完全代替静载荷试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的依据。③声波透射法。用声波在桩身中的传播，通过对声波传播时间、波幅及主频等声学参数的测试和分析，对桩身完整性作出评价的一种检测方法。
2．2各种检测方法技术的优缺点分析
2．2．1钻芯取样法
钻芯取样法用于检测灌注桩桩身完整性和强度、检验桩底的沉渣厚度以及钻取桩端持力层及进行原位测试来鉴别桩基持力层岩土性状，判断桩基是否满足规范及设计的要求。该检测方法原理简单，结果准确直观。钻出的芯样制作成的试件可以进行强度试验，进一步检测桩身混凝土的质量。采样结束后，利用加入膨胀剂的不低于测试桩标号的砼填补钻孔，既不妨碍后续施工也不影响该桩的承载能力。但钻芯法的检测设备较大，检测效率较低，费时费工，且费用较高，不适合大比例使用。
2．2．2桩基静载试验法
静载试验用于检测基桩的承载力，包括基桩竖向和水平承载力检测，主要通过检测桩基的承载力，来判断桩的质量。其原理：依据桩的设计承载力，制作相应的加载反力装置，依照加载方案，在桩顶加压，并通过一定的检测措施来确定比较合理的极限承载力值。该方法是目前检测单桩承载力最可靠的方法，其检测精度较高、相对误差较小，但也存在一些缺点：①该试验的加载周期长，一般需要连续不断地加载24h以上。②加载设备、场地庞大，耗资巨大，需要耗费大量的人力、物力搭设加载反力装置，其检测费用一般为高应变法的100倍以上。
2．2．3超声波透射法
声波透射法是利用超声波在混凝土中传播的声学参数，可有效地检测灌注桩的完整性。其原理：超声波在缺陷砼中传播时，声波会在缺陷界面上产生反射、散射和绕射，声波信号会产生畸变。测试记录不同侧面、不同高度上的波动特征，经分析就能判断砼存在缺陷的性质、大小及空间位置。
一般而言，超声波透射法检测具有检测结果准确、检测范围可以覆盖声测管埋设到的各个截面、不受桩长、桩径以及场地的限制等优点，被广泛地运用于大直径灌注桩的检测中。但它存在如下缺点：①超声法进行质量检测，仅能定性地判断基桩的完整性，不能定量判断缺陷大小。②超声法检测某桩时必须预埋3～5根与桩同长的声测管，因此费用比较高，操作难度较大。
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2．2．4低应变反射波法
低应变反射波法是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法，其原理：在桩头瞬态激振的情况下，通过波形测试，分析桩体中弹性波传播的波形变化特征来评判桩身质量。这种方法可以用于检测桩身缺陷及其在长方向的位置，判定桩身完整性类别。这种方法具有机理清楚、测试简便快捷、易于掌握、成果可靠、成本低廉的优点，但同样存在一些缺点：（1）利用这种方法进行检测，桩身必须要近似于一维弹性杆件，且受现场外界干扰较大。（2）检测时，当桩身有多个缺陷时，不容易测到后面缺陷反射信号；当桩身缺陷变化渐变时（如扩颈），不能判断；此外，该方法也不能对缺陷进行定量分析。
2．2．5高应变动测法
高应变动测法就是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。并且是判定单桩竖向抗压承载能力满足设计要求的一种检测方法。其原理：利用重锤冲击桩顶产生的瞬时冲击力，使桩周土产生塑性变形，通过安装在桩顶两侧的传感器实测桩顶力和速度的时程曲线，并用应力波理论分析确定桩身完整性和极限承载力。该检测方法能够同时测试应力和速度，对截面缺损作出定量的计算，较为精确地确定桩的承载力。但也有如下缺点：（1）高应变法准确性也不够高，逊于低应变法和超声法。（2）该方法所用设备昂贵，对场地要求高，对锤的要求也较高，且易破坏桩头，试验时桩头须处理。（3）高应变法检测人员需要有较高的理论水平和实际操作经验。
3、预埋管钻芯法
3．1方法简介
通过比较各种桩基检测方法的优缺点，我们发现，采用钻芯法对于大直径桩基进行检测，能够比较清楚的检测出桩端沉渣厚度及桩端持力层的岩土性状，具有很强的针对性和直观性。但是实际工程中一个工地中往往少则几十个，多则上百个的桩基，如果每根桩都直接采取钻芯法则需耗费大量的人力物力和时间，很难操作。但是往往采用大直径的桩基中的工程中，每一桩基都单独承载部分上部荷载，对于桩基进行100％比例进行检测又显得尤为必要。因此可以尝试采用预埋管钻芯这种新的方法来进行大直径桩基的检测。
预埋管抽芯法的具体操作过程为：在每根桩基进行混凝土浇注时，在桩身接近中心点位置预先竖直埋置一根平行桩身的空心管，该管的孔内径略大于取芯钻头的尺寸。管材的埋置位置为管材的底部距离桩基的底部约0．5～lm位置。管材的底部进行封底处理，防止混凝土进入管材内部。等到混凝土达到龄期的要求后，使用钻芯法设备对桩基进行检测，钻具从预埋的管材中间孔放至预埋管底部后，再回转钻进至要求的持力层深度范围。由于桩身预埋管部位是空的，因此只需钻取预埋管底部至桩基底部的混凝土和持力土层，重点放在鉴别桩基底部与持力层之间的沉渣厚度和桩端持力层的岩土性状这两个方面。
和传统的钻芯法相比，预埋管钻芯法可省去桩身大部分的钻孔取芯程序，节约了人财物和时间，强调的重点部位指标的检测，体现出经济性和时效性。这样就有可能做到对大直径桩基进行大比例甚至是100％的检测。而且这种方法还有一个优点，可帮助业主更好的控制工程量的计算，通过量取预埋管的长度可以准确的计算桩基的深度。
3．2方法应用的关键问题
采用预埋管抽芯法进行检测，操作中应该注意以下几个关键问题：（1）管材的刚度需要达到一定要求，保证管材在桩身中不会产生大的弯曲变形及管径缩小。（2）管材的安放应保证垂直度，不得大于0．5％。（3）管材的内径应略大于取芯钻头的外径，下端封闭，上端加盖，确保无异物进入管内。（4）取芯钻机安装必须周正、稳固、底座水平。钻机立轴中心与孔口中心应在同一铅垂线上，确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜、移位。（5）开钻前先接水源和电源，将变速钮拨到所需转速，还向转动操作手柄，使钻头慢慢地接触混凝土表面，待钻头入槽稳定后方可加压进行正常钻进。（6）钻进至桩底时宜采取适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣并测定沉渣厚度，钻进桩端持力层至设计要求深度，采用适宜的方法对桩端持力层的岩土性状进行鉴别。
3．3工程实例
某超高层写字楼全部采用大直径人工挖孔桩，在该工程的桩基检测中，对100％的桩基，采用了低应变法和预埋管钻芯法检测，和原来传统的100％比例低应变法、10％比例抽芯及静载试验相比，整个工程的检测费用节约了40％，同时对每根桩基的施工情况都做到了全面掌控，保证了工程的质量要求，受到了业主和建设质量主管部门的一致好评。
4、结束语
综上所述，工程桩质量检测方法各有其优势和局限性，在应用中应持科学、客观、慎重的态度。依据具体地质情况和施工情况，合理选取检测方法，取长补短，才能最大限度地提高检测精度，严格把好工程质量关。预埋管钻芯法抓住了影响桩基质量的主要问题，既保留了抽芯检测法的直观、准确的优点，又克服了抽芯检测法费用高、效率低、不便于大比例使用的缺点，是一种值得推广的改良桩基检测技术。
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论文作者:郭善椿
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/13
标签：桩基论文; 承载力论文; 沉渣论文; 检测方法论文; 直径论文; 管材论文; 质量论文; 《基层建设》2016年8期论文;