桩基检测方法浅析

摘要：介绍常用的桩基检测方法的基本原理并讨论了各检测方法的优缺点，针对各种不同的检测方法提出了建议，最后对常用的桩基检测方法进行了系统总结。

关键词：检测；基桩；展望

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：

0 前言

桩基是高层建筑、厂房、桥梁、港口码头等工程建筑采用的主要基础型式之一，属于隐蔽工程范围，其质量优劣直接关系到整个建筑物的安危。基桩检测的主要功能就是判别桩身结构完整性(质量)和对单桩承载力进行评价。桩基检测是评价桩基工程是否合格的依据，也是对不合格桩进行补强的基础。因此，桩基检测引起人们的重视，成为地基基础问题的一个热点。本文对目前国内常用的桩基检测方法作一个概述，并对各种桩基检测法本身及实践应用中存在的若干问题进行初步了探讨。

1 桩基分类

桩的种类按不同的分类法对刚性桩可进行如下分类：

(1)按桩承载性状分类，可将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类。

(2)按桩的使用功能分类，是指桩在使用状态下，可以分为四类：竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩、复合受荷桩。

(3)按桩身材料分类，可以分为混凝土桩、钢桩。

(4)按成桩方法分类，可以分为非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩。

(5)根桩的据长度分类，可分为短桩和长桩。一般来说，桩长L>30m称为长桩，l0m ≤L≤ 30m称为中长桩，L

(6)按桩径大小分类，可分为小桩(D≤250mm)、中等直径桩(250mm

2 常用桩基检测方法

桩身的完整性和单桩的承载力是基桩质量检测中的两项重要内容，按其完成设计与施工验收规范所规定的检测项目的分类，宏观上分为三种检测方法：

（1）直接法

顾名思义，即通过现场原型试验直接获得检测项目结果或为施工验收提供依据的检测方法。在桩身完整性检测方面主要是钻孔取芯法，以测定桩身混凝土的质量和强度，检查桩底沉渣和持力层情况，并测定桩长。承载力检测包括了单桩竖向抗压(拔)静载试验和单桩水平静载试验，前者用来确定单桩竖向抗压(拔)极限承载力，后者除用来确定单桩水平临界和极限承载力。

（2）半直接法

半直接法是指在现场原位试验基础上，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：

①低应变法，利用被动和振动理论对桩身的完整性做出评价的一种检测方法，主要包括反射波法、机械阻抗法、水电效应法等等；

②高应变法，通过测量和计算判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求及对桩身完整性做出评价的一种检测方法，主要包括锤击贯入试桩法、波动方程法和静动法等等；

③声波透射法，通过对声波传播时间、波幅及主频等声学参数的测试与分析，对桩身完整性做出评价的一种方法。

（3）间接法

间接法是依赖直接法己取得的试验成果，结合上的物理力学试验或原位测试数据，通过统计分析，以一定的计算模式给出经验公式或半理论、半经验公式的估算方法。由于地质条件和环境条件的复杂性，施工工艺、施工水平及人员素质的差异性，该方法对设计参数的判断有很大的不确定性，所以只适用于工程初步设计的估算。

3 钻孔取芯法

基本原理：利用钻机对桩进行抽芯取样，根据取出芯样对混凝土强度、局部缺陷情况、桩基的长度、持力层的情况、桩底沉渣厚度等作出判断。

优点：该法具有科学、直观、实用等特点，在混凝土灌注桩检测中应用较广。完整的检测可获得桩径、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性等情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。

缺点：钻芯法是一种微破损或局部破损检测方法检测时间长，成本高昂，对局部缺陷和水平裂缝等判断不是很准确，也无法对预制桩和钢桩的成桩质量进行检测。

建议：钻孔取芯法宜与其它无损检测方法结合进行，同时配备测斜仪对钻孔垂直度进行检测，减少施工方与检测部门的争议。

4 静载试验

基本原理：静荷载试验是最传统的桩基检测方法，该方法可以确定单桩竖向极限承载力，结合在桩身和桩底预埋测试元件还可以测定桩侧摩阻力分布情况、桩端反力和桩身轴力等。静荷载试验方法按提供反力的方式可分为4种形式：锚桩法、堆载法、锚桩堆载法、桩身安放千斤顶加载法。

优点：最直接、最可靠、准确率最高的手段。

缺点：动用设备多、耗费大、试验周期长、场地要求高、抽样率低。

问题与建议：当荷载~位移曲线特征不明确时，极限承载力的确定受人为因素的影响较大。建议静载荷试验与高、低应变检测法相结合，可有效地提高检测的覆盖面。

5 低应变法

基本原理：使用小锤敲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号和频率信号，判断桩身质量。该检测方法称为低应变动测法，主要检测桩基的完整性。下面对常用的低应变检测方法做简单介绍：

（1）反射波法

反射波法又称时域法，即在时间域上研究桩的振动曲线。通过对曲线的研究判读进而判断桩身的质量。这种法方法操作简便，成本低，因而在工程上应用广泛。需要指出的是反射波法只在对评价桩身质量比较可靠，由于其锤击能量小，不能够使桩土之间产生足够的相对位移来激发土对桩的阻力，因此用它来估计桩的承载力可靠性不高。

（2）动力参数法

本法的实质是用敲击方法测定桩的基本自振频率（频率法），或同时测定桩的频率和初速度（频率-初速法），用以换算桩基的各种设计参数。经实测对比研究，精度也能满足工程要求。相对而言，频率-初速法适应范围较广。在有条件的情况下，会优先采用频率-初速法。

（3）机械阻抗法

机械阻抗法将桩身简化为多自由度的质量-弹簧模型，通过测量施加给桩头的激励函数和桩头的动态响应函数来识别桩的动态特性，而后依据桩的动态特性推测桩的承载力和桩身混凝土的完整性。

优点：设备简单、检测速度快、费用低廉，可以大面积检测。

缺点：无法对缺陷准确定性、准确定量分析。

建议：

①低应变检测前必须搜集打桩资料，包括粗骨料的品种、粒径、混凝土含水率、混凝土配合比、养护方式以及成桩工艺、地质地层情况等，以合理确定该工程的桩身混凝土波速范围，用于指导检测工作，提高基桩检测的判释水平。

②测桩曲线上扩径反射波与初至波(直达波)极性相反；缩径、离析、裂缝处的反射波与初至波极性相同，据此可区分两类不同性质的缺陷。但要明确区分缩径、离析、裂缝等缺陷，理论依据不充分，因为产生反射波的前提是桩身波阻抗发生变化，而桩身波阻抗为密度、桩截面积、波速的乘积。要进一步判断桩身缺陷的性质，除分析测桩曲线特征外，应综合分析基桩施工工艺、施工记录及场地工程地质条件等因素。

③为判别桩身的浅部缺陷，应减少激振力的脉冲宽度，以提高对浅部缺陷的分辨能力；为判别桩身的深部缺陷，应适当增大激振力的脉冲宽度，以获取良好的桩底反射和缺陷处的特征反射波形。

④桩底沉渣对于端承桩的承载力影响很大，而在工程检测中，沉渣的严重程度和厚度不易判别，应结合地质情况，采用多种激振设备，不同的敲击点，接收点，综合判断。

⑤对于扩（缩）颈类截面严重变化缺陷和浅部断裂缺陷，应注意同一缺陷界面的多次反射。注意区分同一缺陷界面的多次反射信号和桩身存在多缺陷反射波信号。同一缺陷界面的多次反射现象的出现，是桩身存在严重缺陷的有力证据。

6 高应变法

基本原理：高应变动力测桩是用足够大的重锤敲击桩顶，使桩顶产生的动位移接近常规静力压桩时的沉降量(通常的应变量级约为10-3)，以使桩周土的极限阻力充分发挥。通过波动方程求解，直接计算与桩运动相关的土的静、动阻力及桩的缺陷程度，从而对桩的极限承载力和桩身结构完整性进行定量评价。目前高应变法有动力打桩公式法、波动方程分析法、Case法、曲线拟合法、锤击贯入法和动静法等。目前工程上常用的是Case法和曲线拟合法。Case法由于分析较为简单，可在现场提交结果，因而也称为波动方程实时分析法，而拟合法因要进行大量的拟合反演运算，一般只能在室内进行。

优点：

①可以快速地对单桩极限承载力和桩身结构的完整性做出估计，实现现场的实时分析，同时可用来对打桩过程实行监测和监控，对预制打人桩特别适合。

②在确定单桩垂直极限承载力具有独特的优点，即无需静载试验中的锚桩或堆载物，时间短、费用低、效率高，并可以进行大吨位桩基检测等。

③可区分是土的变形还是桩身的结构破坏引起的沉降。

④ 实测曲线拟合法不仅可得到单桩总极限承载力，还可得到计算的侧阻分布和计算的荷载~位移曲线。

缺点：

①与低应变法相比，高应变法检测桩身完整性存在着设备笨重、效率低及费用高的问题。

②对于嵌岩的大直径灌注桩、扩底桩由于尺寸效应，端阻力充分发挥所需的位移很大，这时对桩锤匹配能力下降，而往往高应变检测所用锤的重量有限，很难在桩顶产生较长持续时间的高水平作用的荷载，达不到使土阻力充分发挥所需的位移量。遇到这种情况，高应变法就显得不那么适用了。

建议：

①采用高应变动力检测要重视动静对比试验。对一个工程或一个地区，应把高应变检测同静载试验结合起来，积累桩基工程的实践经验，以求得适合当地工程的相关计算参数。

②由于桩身混凝土强度与单桩极限承载力非常接近,且有可能低于单桩极限承载力(如砂层较厚地段)，建议施工选锤必须慎重，严格控制桩锤冲击力，以防桩体破坏。

7 超声波透射法

基本原理：桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射探头和接受探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合剂。由仪器中的脉冲信号发生器发出一系列周期性电脉冲，加在发射换能器的压电体上，转换成超声脉冲，该脉冲穿过待测的桩体混凝土，并为接受换能器所接受，再转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过混凝土所需的时间、接受波幅值(或衰减值α)、脉冲主频率、波形及频谱等参数，然后由数据处理系统按判断软件对接受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、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。超声脉冲法检测结果能排除土层变化(土阻尼变化)的影响，以及桩身在满足正常桩径下由于桩径的变化而引起的桩身广义波阻抗突然变化的影响。在超声脉冲法检测成果中，对桩基混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置的判定主要依赖超声脉冲穿过混凝土所需的时间、波幅值(或衰减值α)、脉冲主频率、波形及频谱等参数的正确采集。

优点：

①超声波透射法可以详细查明桩身内部混凝土质量的变化情况，具有较高的准确度和分辨率，结果准确可靠，可估算混凝土的强度，为混凝土的质量处理提供了可靠的依据。

②超声波透射法能检测沿桩身长度的任意一个载面的质量，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。

缺点：

①测管施工复杂，施工、检测成本较高，不便于普查，施工时的预埋管埋设相当关键，若预埋管固定偏移或下端渗漏都将可能对试结果造成影响，甚至使检测被迫终止。

②此法需要预埋声管，指定受检桩，不能做到随机抽检从而也起不到监控的作用。

建议：

①实际检测中不同测向声速有时候会出现较大的差异，往往是由于声测管本身发生倾斜造成的管距测量失准引起的，因此，若能对声测管间的管距做统一系统的修正，将会大大提高基桩检测的准确性。

②现阶段对基桩桩身完整性的评判采用波速、波幅、频率等单一的指标或者简单的两种指标的组合作为判断方法，没有考虑这几个指标的综合作用对基桩质量评判的结果，结合工程实际改善数学模型，加强理论研究，对声学参数进行频谱分析，并将它纳入到混凝土强度和混凝土缺陷检测中去，可大大提高检测结果的精确性，减少误判率。

③超声波透射法基桩检测要求预埋声测管，使得声测管对基桩缺陷进行处理成为可能，对这方面进行研究将开辟一条集检测与补强加固于一体的、安全可靠的、经济有效的途径，使超声波透射法基桩检测更为经济可靠。

8 结语

桩基检测的理论与技术随着桩基工程的发展而发展，有待在实践中逐步完善和提高，笔者对目前的桩基检测方法提出几点看法和建议，恳求各位同仁批评指正：

（1）从工程的可靠性出发，建议采用综合的桩基检测方法来评价桩基工程，可首先采用低应变法对整个工程的部分或者全部工程桩进行无损的桩身质量检查，接着对采用低应变法检测发现存在较严重缺陷的工程桩进行动力的高应变详细检测，初步确定单桩的承载力，最后对承载力合格与不合格的工程桩按静力试桩的规范抽样进行静压试验，最终给出各工程桩的承载力，并对不合格的桩进行补强处理与相应的后检测。对各种桩基检测方法应灵活配合运用，才能使桩基检测结果更加准确可靠。

（2）为更好地开展工作，在设计过程中就应当落实检测内容及相关的技术要求，使检测工作规范化系统化，增强基础施工质量重要性的认识，从而更好地保证基础施工质量。

（3）现场对成孔检测的重要性认识不够。就完整的意义来说，桩基工程检测技术应包括成孔后检测和成桩后检测两大部分。我国桩基检测技术发展的特点是成桩测技术优于成孔检测技术。从防患于未然的观点来看，桩的成孔检测应比成桩后检更为重要。

总之，应清醒地看到桩的动测技术还在不断的发展，各种动测方法必须以传统的静载荷试验为依托，而不是相互排斥。在实际工程项目中，应该根据实际情况，项目经费，项目等级采用适当的桩基检测方法，以期达到最好的效果。

参考文献:

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