浅谈桩基检测技术在建筑工程中的使用

摘要：文章简要介绍了桩基工程质量检测的内容及方法，并结合工程实例，分析了单桩静载荷试验法和低应变反射波法在桩基检测中的应用，以供参考。

关键词：桩基，检测质量；建筑工程；承载力检测


随着经济建设的迅速发展及建筑技术的日益提高，桩基础在城市建设中得到广泛的应用。桩基的设计施工检测质量将直接影响建筑结构安全。由于设计、施工或检测等原因而造成的工程事故时有发生，因此，按照“安全适用、经济合理”的原则合理选择桩基类型，科学施工桩基以及对桩基础进行全过程质量检测十分重要。

1　桩基工程质量检测内容

灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，因而对桩基的检测便可分为成孔质量检测和成桩质量检测两大部分。其中成孔是灌注桩施工中的第—个环节。成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件或施工中的失误都有可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成桩质量检测又可分为承载力检测和对完整性检测。

1.1　成孔质量检测

在灌注桩的施工中，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得成桩的侧摩阻力、桩尖端承载力减少，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，同时单桩的混凝土浇注量增加；桩孔偏斜在一定程度上改变了桩竖向承载受力特性，削弱了基桩承载力的有效发挥；桩底沉渣过厚使得桩长减少，对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。

1.2　桩的承载力检测

桩的承载力与加荷速率有很大关系，由于静荷载试验与任何动荷载试验相比，所施加的荷载速率最慢，最接近于实际工程的加荷速率，所以试验的结果最接近于实际桩的承载力，因而，国内外均将静荷载试验的结果作为桩承载力的标准。

1.3　桩的完整性检测

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。因此，低应变一般只适合对桩的完整性检测。

对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是有一定范围的，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判断桩身混凝土质量。

2　基桩检测方法

目前按设计和施工质量验收规范所规定的具体检测项目方式，宏观上可分为两种检测方法：

2.1　直接法

通过现场原型试验直接检测项目结果的检测方法。主要有桩身完整性检测(钻孔取芯法)和承载力检测(静载荷试验)。

2.2　间接法

在现场原型试验基础上，同时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项目结果的检测方法。主要包括以下三种方法：

2.2.1　低应变法　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，同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价。低应变法是普查基桩的完整性，判定桩身缺陷程度和位置的一种常用方法。适合钢筋混凝土灌注桩，预应力混凝土桩(实心放桩、实心圆桩、管桩)等。该方法测试设备简单轻便，检测速度快、成本低，是基桩质量完整性普查的良好手段。

2.2.2　高应变法　高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。这里所说的承载力是指在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下，得到的桩周岩土对桩的抗力(静阻力)。所以要得到极限承载力，应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥，否则不能得到承载力的极限值，只能得到承载力检测值。与低应变法检测的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的，但由于其激励能量和检测有效深度大的优点，特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，能合理判定缺陷程度。当然，带有普查性的完整性检测，采用低应变法更为恰当。然而高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩和打桩监控属于其特有的功能，是静载试验无法做到的。

2.2.3　声波透射法　声波透射法是在桩内预埋纵向声测管道，将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中，管中充满清水作耦合剂，由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置作出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

3　桩基检测技术在工程上的应用

3.1　工程概况

某建筑，檐高39.5m，建筑面积9884.2m2，框剪结构。基础设计采用钢筋混凝土灌注桩承台基础，钻孔灌注桩数量240根，桩径φ600mm，有效桩长25.5m，设计要求单桩竖向极限承载力Qu=2200kN。

3.2　工程质量检测方法

本次工程实践中针对场地环境和地质条件，主要采取单桩静载荷试验法和低应变反射波法进行桩基检测。

3.2.1　单桩静载荷试验检测

(1)方法加载及观测系统。试验采用慢速维持荷载法(锚桩法)。由槽钢及锚桩组成反力系统，通过反力系统由液压油泵及千斤顶施加荷载至桩顶，对桩顶施加竖向压力。荷载逐级加在桩顶上，放置在千斤顶上的荷重传感器时刻显示桩顶所受荷载大小。桩身产生变形沉降时，通过放置在桩头对称分布的电子位移传感器随时记录各级荷载作用下桩身的沉降量。

(2)分级加载阶段。试验加载分为10级进行，每级加载量相等，每级加荷值为220kN，其中第一级按2倍分级荷载加荷。

(3)变形观测。每级加荷后，间隔5、10、15min各测读一次变形，1h以后，每30分钟测读一次直至达到稳定标准。

(4)沉降相对稳定标准。每一小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，已达到相对稳定，可加下一级荷载。

(5)终止加载条件：当出现下列情况：在某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24h尚未达到相对稳定标准；已达到反力系统的最大反力；已满足设计或委托方委托的最大加荷值时，可终止加载。

(6)卸载与卸载沉降观测。每级卸载值为每级加载值的2倍，每级卸载后隔15分钟测读一次残余沉降，读2次后，隔30分钟再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3～4h再读1次。

3.2.2　低应变检测　本次工程实践中共对工程桩中的48根桩进行了低应变动力测试。检测系统是由武汉岩海公司生产的RS-1616K(S)基桩动测仪，加速度传感器力棒组成。

(1)检测方法。首先，在桩顶放置一只加速度传感器，由RS-1616K(S)基桩动测仪接受锤击过程中产生的加速度信号，在屏幕显示实测波形每根桩布采集点一个每点采集4锤信号。

(2)曲线分析采用瞬态时域分析法。将存储在磁盘上的测试信号在时域内进行处理，根据应力波反射等价地将实测速度信号通过时域由频域辅助，分析不同部位的反射信号，据此分析每根桩的桩身完整性。

3.3　检测结果分析

3.3.1　单桩静载荷试验　该工程基础工程桩采用钻孔灌注桩，总桩数为240根，进行了单桩竖向抗压静载荷试验三组。检测位置由监理指定，符合随机抽检原则检测比例满足规程要求。IV-S1、III-S1和l-S1号试桩,最终荷载均为2200kN，最终变形分别为6.83mm、8.72mm和5.43mm，最终沉降量较小，沉降差异不大。

3.3.2　低应变检测　该楼基础钻孔灌注桩总数为240根，本次低应变检测数量为48根，检测数量及比例符合规范要求。根据低应变实测曲线分析，波速在3700～4000m/s之间波形较规则，桩底反射清晰，未发现严重缺陷，均达到I、II类桩标准,其中I类桩45根，占93.7％；II类桩3根，占6.3％，成桩质量良好。

4　结语

总之，桩基工程质量检测是一项全面、系统、综合的工作，在实际工程中我们一定要结合具情况，选用不同的检测方法，以达到最佳的检测效果，确保建设工程的质量。