基桩检测各方法的应用及对低应变动测结果验证的探讨

基桩检测各方法的应用及对低应变动测结果验证的探讨

莫子犇

上海中测行工程检测咨询有限公司

摘要：由于低应变反射法的局限性，有时低应变曲线形态不能真实反应桩身完整性情况，可能造成相似的曲线形态但结果完全相反。本文介绍了直接开挖验证法、钻孔取芯法、孔内摄像法、静载荷试验法、高应变动测以及资料分析等方法对低应变桩身完整性检测结果进行验证，从而进行综合判定。

关键词：直接开挖验证法；钻孔取芯法；孔内摄像法；静载荷试验法；高应变法

资料分析法

1前言

低应变反射法是目前检测桩身质量最为快速有效的手段，其简便、经济的优点使得这一检测技术在全国范围内迅速得到推广，并得到工程技术界的普遍认可和采用。

低应变反射法的基本原理：当桩长远大于桩径时，可将桩体简化并假设为一维弹性杆件模型，即桩保持等截面，桩身各向同性和线弹性，且变形前的桩截面在变形过程中始终保持平面。定义波阻抗概念来描述桩身截面变化，然后根据弹性波的传播理论，通过手锤或力棒敲击桩顶，产生纵向应力波，应力波沿桩身向下传播，由安装在桩顶的加速度型或速度型传感器接收不同波阻抗截面的反射波，记录下自桩顶至桩身弹性波传播的幅值-时间曲线，最后由曲线相位和幅值变化情况即桩身波阻抗的变化情况，判断桩身缺陷性质，确定缺陷位置。

波阻抗，式中：─桩身波阻抗；─桩身混凝土密度；─桩身平均弹性波速；─桩身截面积。由低应变反射法的基本原理可知，不论缺陷的类型如何，其综合表现均为桩的阻抗变化，即检测中分析的仅是阻抗变化，阻抗的变化可能是任何一种或多种缺陷类型及其程度大小的表现，仅根据阻抗的变化不能判断缺陷的具体类型以及定量描述。为了进一步对桩身缺陷情况的了解，我们可通过一些其他的检测手段进行验证。

这里将其分成两类：直接法和间接法。直接法中对于桩身浅部的裂缝、断裂缺陷可采用直接开挖验证；对于钻孔灌注桩的缺陷可采用钻孔取芯法验证；对于PHC管桩的接桩问题可采用孔内摄像进行验证。间接法中可采用静载荷试验法、高应变法以及资料分析法对基桩进行判定，对低应变检测结果进行验证。

2直接法验证

2.1直接开挖法验证

低应变动测在桩顶实施的激励一般为手锤或力棒，敲击桩顶时为点击引起质点振动形成波动传播，在桩头附近可近似认为半球面波，远离桩头后可近似为平面波。由于检波器接收的是平面波，在桩头附近就会存在测试“盲区”，如果“盲区”范围内存在缺陷，我们很难分辨出来，所以应采取不同频率的激振。提高激振脉冲波频率可以提高分辨率，在敲击时，敲击位置尽量靠近检波器（但也不能过近），便于拾取入射波，提高灵敏度。

对低应变检测时域曲线中，浅部有多次反射并伴有大低频的背景反射，可初步判断桩身浅部有明显缺陷，为了进一步验证缺陷性质，可采用直接开挖法验证。

实例1：某工地基础桩采用钻孔灌注桩，设计桩长35m，混凝土设计强度等级水下C30，桩截面尺寸Φ600mm，总桩数154根，桩端持力层⑦层灰色粘质粉土夹粉质粘土层，基坑开挖5m。初步低应变检测结果：无缺陷反射波的桩132根，有轻度缺陷反射波的桩12根，有明显缺陷反射波的桩10根。典型明显缺陷反射波时域曲线（以132#桩为例）如图1：

为了验证低应变检测结果，对该10根桩进行开挖验证，均能看到有明显的裂缝但未贯穿，典型照片如图2：

2.2钻孔取芯法验证

对钻孔灌注桩低应变检测时域曲线中、深部缺陷，由于低应变反射法的局限性，只能判定其缺陷位置与缺陷大小，具体的缺陷类型却无法解释。为了对缺陷性质的进一步研究，可通过钻孔取芯法进行验证。

实例2：某工地裙房基础桩采用钻孔灌注桩，设计桩长30m，混凝土设计强度等级水下C35，桩截面尺寸Φ800mm，总桩数52根，桩端持力层第⑤2-2层灰色粉质粘土夹砂层。初步低应变检测结果：无缺陷反射波的桩49根，有轻度缺陷反射波的桩2根，有明显缺陷反射波的桩1根。明显缺陷反射波时域曲线如图4：

为了了解该桩缺陷部位的情况，采用GXY-2型钻机对该桩进行钻孔取芯，取芯结果在桩顶以下10m左右位置有空洞，与低应变动测结果基本一致，芯样照片如图5：

由此可见低应变时域曲线7.5m左右的反射可能是该桩渐扩陡缩引起的，为了慎重起见，对该桩进行钻孔取芯验证。在桩中心钻取10m的芯样，芯样图如图8：

通过图8可知，该桩在桩顶10m内芯样连续完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、断口吻合，无缺陷，验证了上述推断。

孔内摄像法验证

由于接桩面的不平整、焊接质量不高以及桩间土上抬、侧向挤压等，可造成上、下节桩接触面不密贴，甚至松脱、局部错位和完全错开等。用弹性波反射法检测PHC管桩的接桩质量，主要根据接桩面、桩端反射波信号强弱来进行判别。接桩面密贴的桩，无接桩面反射波信号，一般情况下桩端反射波信号可见。接桩面欠密贴的桩，接桩面反射波信号较弱，有时可见桩端反射波信号。接桩面松脱、局部错开、完全错开的PHC管桩，均有接桩面反射波信号强烈，甚至有二次、多次反射波信号可见，及均无桩端反射波信号的共同特征。对于上、下节桩脱开的距离及错开的程度，低应变反射法则无法解决。为了清楚的观察上、下节桩脱开的距离及错开的程度可采用孔内摄像法，并对低应变检测结果进一步验证。

实例4：某工地基础桩采用PHC管桩，设计桩长26m，混凝土设计强度等级C80，桩截面尺寸Φ600mm，总桩数156根，桩端持力层第⑦1层砂质粉土夹粉砂层。初步低应变检测结果：无缺陷反射波的桩140根，有轻度缺陷反射波的桩10根，有明显缺陷反射波的桩6根。明显缺陷反射波时域曲线（以3#桩为例）如图9：

将孔内摄像探头自桩顶往下放置14m左右，通过视频可见该桩上、下节已明显脱开，并有泥浆挤入，脱开间距2.5cm。对PHC管桩的脱开情况的验证，在条件允许的情况下，孔内摄像法是最为直接有效的方法。

3间接法验证

3.1静载荷试验法验证

静载荷试验是利用锚桩或堆载平台做为反力装置，采用慢速或快速加载的方法逐级加载，通过测读沉降随逐级加载的关系来确定单桩竖向抗压极限承载力。对低应变检测结果中有缺陷的桩，可通过静载荷试验验证其对承载力的影响。

实例5：某工地基础桩采用钢筋混凝土预制方桩，设计桩长19m，混凝土设计强度等级C30，桩截面尺寸250mm×250mm，设计单桩竖向抗压极限承载力为336kN，总桩数186根，桩端持力层第⑤1-1层灰色粘土层。明显缺陷反射波时域曲线（以5#桩为例）如图11：

Q-S曲线明显反映当202kN时，沉降突然加大；达到235kN时，沉降又趋于平缓，上、下节桩闭合，承载力恢复。从曲线看出，上、下节桩间隙达5.5cm。

3.2高应变法验证

高应变法的定义：在桩顶沿轴向施加一冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性的检测方法。检测桩身结构完整性，与低应变检测相比，高应变由于其能量大，可检测出长桩深部的缺陷以及一根桩不同截面的多处缺陷，但对于桩顶附近的缺陷（如距桩顶3m以内）则难以判别，因为高应变锤击波从起始到峰值的上升时间一般在2ms以上，在该范围内缺陷对波形的影响不很明显。另外对桩身的微小裂缝，由于高冲击能量使得微小裂缝的闭合进而难以判别。但遇到某些特殊情况，因高应变法的高能量冲击，使得桩土产生位移，对缺陷问题判断准确，不容易产生误判。

实例5：某高速公路ES匝道19#墩1#桩，基础桩采用PHC管桩，设计桩长56m，混凝土设计强度等级C80，桩截面尺寸Φ600mm，按AB14+AB13+AB14+B15进行配桩，10：18开始沉桩施工，其中11：00至13：00停止施工，恢复施工后，在最后一节（B15）沉桩距地面1m左右时，锤击数增大，下沉量减小，最后1击下沉40cm左右，停止施工，累计锤击数542次。用测绳放入桩孔内探查，发现在离桩顶14m处测绳无法继续下沉。笔者在了解上述情况后对该桩进行低应变检测，分别采用力棒和手锤进行多点激振，采集的曲线中均未发现有明显缺陷反射波。典型低应变反射波曲线如图13：

由高应变曲线明显可见，该桩自桩顶以下14m左右有严重缺陷。笔者结合高、低应变曲线推测，该桩在进入“硬层”后，下沉量减小锤击能量在不断累加，一旦穿过“硬层”后，将在桩身的中上部产生巨大的拉应力，将桩拉断。又由于锤击力的作用使得上、下两部分破碎部位向外挤压，近似混凝土截面积增大，波阻抗增大，在低应变反射波曲线中反应出“逆向反射”。

4结语

由于低应变动测法的局限性，我们在分析结果时不能仅仅通过曲线判定，需要结合地质条件以及施工资料综合判定，在遇到有疑问时，应辅以其他的检测手段来进行验证，从而得出科学的结论。

参考文献

[1]陈凡，徐天平，陈九照，关立军.基桩质量检测技术.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]上海市工程建设规范.建筑基桩检测技术规程（DGJ08-218-2003）.