摘要：采用不同检测方法，通过某工程嵌岩灌注桩的检测实例，对灌注桩桩身完整性及嵌岩性状进行了多种检测方法的对比，分析各种检测方法的特点、适用范围和局限性，提出各种检测方法综合运用原则，为大直径嵌岩灌注桩的成桩质量检测提供参考。
关键词：嵌岩灌注桩；低应变法；高应变法；钻芯法
Comprehensive Application of Several Foundation Pile Test Methods
on Large-diameter Rock-socketed Piles
ZHONG Feng-xiang，SONG Ya-ya
（Guang Dong Tianxin Electric Power Engineering Test Co.. Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510663）
Abstract：Base on inspection tests on rock-socketed cast-in-place piles of a project，the pile integrity and rock-socket character with different test methods are compared and analyzed. Besides，the specialty，the application and the limitation are discussed. The integrated application principle of different test methods are presented to provide reference for large-diameter rock-socketed pile quality test.
Key words：rock-socketed pile；low-strain integrity test；high-strain integrity test；static test
1 前言
灌注桩作为一种重要的桩基础型式，其成桩质量的优劣直接影响上部建筑物的稳定性。根据成孔方法不同，灌注桩分为钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、沉管灌注桩等；根据桩径大小不同，灌注桩分为小直径灌注桩、中直径灌注桩和大直径灌注桩。目前，灌注桩的施工工艺已经比较成熟，但因其属于隐蔽工程，施工工序多，尤其在复杂地质条件下，施工质量控制难度较大，稍有不慎易出现缩径、扩径、夹泥、沉渣过厚、断桩等各种缺陷，影响桩身完整性和承载能力。因此，对灌注桩成桩质量的检测评估是桩基工程中一项必不可少的工作 [1] [2]。
本文结合某工程大直径旋挖成孔嵌岩灌注桩的检测实例，采用多种检测方法对灌注桩的桩身完整性和嵌岩性状进行检测评价，并对各检测方法的优劣及检测结果进行对比分析，研究实际工程应用时如何合理搭配各种检测方法及正确评定灌注桩成桩质量。
2 常用的检测方法
灌注桩成桩质量检测包括桩身完整性检测和承载力检测两方面。目前，常用的检测方法主要包括静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法及声波透射法等[3]。在实际工程应用时，应根据检测目的、设计要求、检测方法的适用范围、成桩工艺、地质条件以及现场检测条件选择合理的满足相关检测规范要求的检测方法。当一种检测方法不能准确判定灌注桩成桩质量时，应选择两种或两种以上的检测方法，相互补充、验证，在达到正确评价目的的同时，又要体现经济和合理性。
2.1 静载试验
静载试验采用接近于基桩实际工作状态的试验条件，是目前最常用、最直观、最可靠的承载力检测方法，主要包括单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔试验和单桩水平静载试验等。其试验应用主要有为桩的设计或验收提供依据、验证高应变法单桩承载力检测结果等。
2.2 钻芯法
钻芯法检测是利用钻机在基桩中钻孔抽取混凝土芯样以及桩底持力层岩土样，通过各项指标即桩长、芯样完整性及连续性、芯样强度、桩底沉渣厚度、桩底持力层岩土性状等对基桩成桩质量进行评价。钻芯法检测主要用于评定桩身完整性、混凝土强度、桩底持力层是否满足设计要求，或验证低应变、高应变或者声波透射法桩身完整性检测结果，与其它检测方法相比，钻芯法检测结果更直接、更客观。
2.3 低应变法
低应变法是在应力波理论基础上发展起来的一种基桩完整性检测方法，其基本原理是在桩顶施加低能量的激振信号，其产生的应力波沿着桩身向下传播，当应力波遇到蜂窝、孔洞、夹泥、裂隙等不连续界面及桩底接触面时会产生向上传播的反射波，通过反射信息来判定桩身完整性[4]。由于地质条件、施工工艺、设计桩型等因素对反射信号的判读会产生较大的干扰，影响桩身完整性判别，该方法检测精确性相比其它方法低。低应变法只能对桩身缺陷进行定性判定，不能确定缺陷类型。对于缺陷类型判定应考虑地质、施工情况，结合开挖法或钻芯法进行综合判定分析。
2.4 高应变法
高应变法是在桩顶施加较高能量的冲击脉冲，冲击脉冲在沿桩身向下传播过程中使桩土之间产生一定的永久位移，从而自上而下依次激发桩侧及桩端的岩土阻力的一种动力检测基桩承载力和桩身完整性的方法。高应变法由于具有快捷、方便、成本低等优点，目前在工程桩特别是预制桩工程桩的检测中得到了越来越广泛的应用。判定单桩承载力是高应变法的主要功能之一，单桩承载力取决于桩身结构承载力和桩端、桩侧土阻力，对于桩身存在严重缺陷的桩不适合用高应变法来判定承载力。另外，高应变法判定单桩承载力需要桩土间产生足够的相对位移，这就要求桩锤匹配良好，应采用重锤低击。高应变法与静载试验是两种不同性质的承载力评价方法，随着技术的进步两者之间的差异可能会逐步减小，但不可能完全消除。
2.5 声波透射法
灌注桩声波透射法检测是在声学检测技术基础上发展起来的，它是人为向介质（检测对象）发射声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的透射波，通过观测和分析接收的透射波，对被测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学性质进行推断和表征，判断基桩桩身完整性。与其它桩身完整性检测方法相比，声波透射法具有检测结果全面细致、准确可靠，且现场操作简单迅速、适用性强的优点。
3 工程案例
选取典型工程桩，采用低应变法、高应变法和钻芯法进行检测，通过对比分析检测结果确定大直径嵌岩灌注桩的检测思路。
3.1 工程概况
本次检测的工程桩为某220kV变电站的旋挖成孔灌注桩，设计桩径800mm、1000mm与1200mm，桩身混凝土设计强度C30，设计桩长约33.7m～46.4m，以中风化花岗岩作为桩端持力层，设计单桩承载力特征值分别为3000kN、5000kN与6500kN。场地主要土层自上而下为耕土、淤泥、淤泥质土、砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。
3.2 检测方案
为了确保基桩检测的工作质量，为设计和施工验收提供可靠依据，根据国家、行业、地方政府现行有效的有关规范和规定，并结合本工程实际情况和以往检测经验，确定该工程基桩质量检测方案见表1。根据委托方要求，本工程灌注桩承载力验收检测采用高应变法。
检测项目及检测数量表
表1
本次检测的检测顺序为首先采用低应变法对灌注桩进行桩身完整性普查，根据低应变检测结果选择钻芯法与高应变法检测桩桩位。对于低应变检测结果存在异议的桩，采用钻芯法或高应变法进行验证；对于高应变法结果存在异议的桩，采用钻芯法或静载试验进行验证。
3.3 检测结果及对比分析
3.3.1 桩身完整性检测结果
采用基桩桩身完整性检测仪对本工程旋挖成孔灌注桩进行低应变检测，共检测131根桩，其中Ⅰ类桩104根，占所测桩数的79.4%，Ⅱ类桩27根，占所测桩数的20.6%，无Ⅲ、Ⅳ类桩，个别灌注桩桩底嵌岩信号不明显或桩底同向反射。根据低应变信号，选取桩身完整性、桩底嵌岩信号存在疑问的典型桩采用钻芯法与高应变法进一步验证检测并对结果进行对比分析。
3.3.2 对比验证
3.3.2.1 高应变法验证
根据低应变检测结果，149号桩桩身完整，桩底同向反射，表明桩底附近阻抗明显减小，根据以往检测经验初步判断该桩桩底存在沉渣或持力层未达到中风化岩石的设计要求，低应变实测信号见图1。为了进一步确认该桩桩底持力层性状及单桩承载力是否满足设计要求，对149号桩采用高应变法进一步验证检测，高应变实测信号见图2。
图1 149号桩低应变法实测时域波形信号图2 149号桩高应变法实测信号
根据高应变实测信号可以看出，149号桩桩身未见明显缺陷，桩底见明显同向反射信号；桩身完整性系数为0.9，桩身完整性类别为Ⅱ类；实测单桩竖向抗压极限承载力为9000kN，不满足13000kN的设计要求。通过对比高、低应变检测结果可知，该桩桩身存在轻微缺陷，桩底持力层软弱，桩底持力层差为该桩单桩承载力不满足设计要求的主要原因。
一般来说，灌注桩桩身截面变化较大，对于地质情况复杂区域的大直径长桩，低应变因其激振能量较小，常常测不到桩底信号或桩底信号不明显。而高应变法激振能量大，有效检测深度也大，通过实测曲线拟合分析，能对桩身的缺陷做出定量的判断，其桩身完整性判定的可靠性比低应变法高。对于低应变法检测结果有疑问的桩可以采用高应变法进行进一步验证。
3.3.2.2 钻芯法验证
根据低应变检测结果，47号桩桩身5.9m左右存在轻微缺陷，嵌岩信号明显；135号桩桩身结构完整，桩底嵌岩信号不明显；149号桩桩身结构完整，桩底同向反射。低应变实测信号见图1、图3、图4。为了进一步确认桩身缺陷程度、缺陷性质和桩底持力层性状，为后续低应变检测提供一定的依据，对这三根桩采用钻芯法进一步验证检测，钻芯照片见图5至图8。
图3 47号桩低应变实测时域波形信号 图4 135号桩低应变实测时域波形信号
图5 47号桩芯样照片 图6 135号桩芯样照片
图7 149号桩A孔芯样照片 图8 149号桩B孔芯样照片
根据47号桩钻芯结果可知，该桩芯样在0.45~1.75m见麻面、小沟槽，在4.45~6.30m见较多气孔、小沟槽，桩身完整性为Ⅱ类。抽检混凝土芯抗压强度代表值满足C35的设计要求。桩底15mm沉渣，沉渣厚度满足设计及施工质量验收规范的要求。抽芯检测桩长与施工记录桩长基本相符。桩端支承于中风化花岗岩，其工程地质性质满足设计要求。钻芯法检测结果显示浅部1.5m左右存在轻微缺陷，而低应变法检测未显示此缺陷，这是因为低应变脉冲波幅宽度大于此缺陷深度，缺陷反射被覆盖而未在实测信号中体现出来。
根据135号桩钻芯结果可知，该桩桩身混凝土连续、完整，胶结好，桩身完整性为Ⅰ类。抽检混凝土芯抗压强度代表值满足C35的设计要求。桩底35mm沉渣，沉渣厚度满足设计及施工质量验收规范的要求。抽芯检测桩长与施工记录桩长基本相符。桩端支承于中风化花岗岩，其工程地质性质满足设计要求。由岩石芯样可见，桩底以下0.4m内中风化岩石颜色为灰褐色，呈块状，较下部中风化岩石发育强烈，且桩底有一定厚度的沉渣，在低应变信号上表现为桩底嵌岩信号不明显，但其工程地质性质满足设计要求。
根据149号桩钻芯结果可知，该桩桩身砼连续、完整，胶结好，桩身完整性为Ⅰ类。抽检砼芯抗压强度代表值满足C35的设计要求。桩底20mm沉渣，沉渣厚度满足设计及施工质量验收规范的要求。抽芯检测桩长与施工记录桩长基本相符。桩端支承于中风化花岗岩，但桩底以下5m范围内有强风化花岗岩夹层，其工程地质性质不满足设计要求。钻芯结果验证了低应变法和高应变法对该桩桩底同向反射的判断。
低应变法检测混凝土灌注桩的桩身完整性，具有效率高、操作简单，能在短时间内给出结论的优点，但是由于地质条件、施工工艺、测试仪器、试验人员等各种因素的限制，对于深部缺陷反应不是特别明显，容易出现误判情况。对于无法获得完整可靠桩身参数信息的灌注桩，不应勉强判定被检测桩的桩身完整性。
钻芯法直接抽取混凝土桩芯样，对桩身完整性判定的可靠性及准确性较高，在对低应变法或高应变检测结果有所怀疑情况下，可对其进行钻芯法检测，准确判定桩身完整性。钻芯法检测桩身完整性是对低应变法或高应变法检测桩身完整性的一个有益补充。
3结语
基桩检测是评价灌注桩成桩质量的重要手段，在桩身完整性检测中，低应变法、高应变法和钻芯法是比较常用的方法，三种检测方法各有特点：低应变法耗时少，费用低，能检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷大致范围，但不能全面、准确地反应缺陷的具体情况；高应变法可以判定桩身完整性和单桩承载力，其检测精度相对低应变高，检测成本相对静载试验低；钻芯法耗时长、费用高，对所选桩抽取的芯样可以直观判断完整性，但是也存在以局部代整体而造成缺陷漏判的可能。
低应变法可利用钻芯法确定的桩长及桩底情况来推算工程桩桩身波速，从而更准确的判定桩身完整性；钻芯法可利用高、低应变法的检测结果作为参考依据，选取钻芯桩位；可使用钻芯法对高、低应变检测结果进行进一步验证，提高检测结果的准确性。在工程桩检测中，可以选择两种或者多种检测方法相互配合，相互补充，在经济合理的基础上做出准确客观的检测评价。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业标准. 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]中华人民共和国行业标准. 建筑基桩检测技术规范（JGJ 94-106-2014）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.
[3] 陈凡，徐天平，陈久照，等. 基桩质量检测技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
[4] 陈久照. 动力试桩中冲击能量对桩身完整性检测的影响[J]. 岩土力学，2003，24（增1）：6-11.
论文作者:仲锋祥,宋亚亚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
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