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第一章桩基质量检测的概述

1.1桩基检测的意义：

随着国民经济建设的蓬勃发展，桩基在各类基础中的运用越来越广泛。

由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去，从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降，所以桩基在住宅、高层建筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。

桩基工程属隐蔽工程，桩基质量的好坏直接关系到建筑的安全问题，而且桩基一旦发生事故，加固处理起来难度较大。

因此，桩基试验检测就成了桩基工程中的一个重要环节，是工程领域的重大课题。

据统计，桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率达20％。

目前，我国每年的用桩量约百万根，而桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以上。

因此，如何在施工中控制桩基施工质量，确保桩径、桩长、承载力、入土深度、桩型、材质、进入相应的持力层，充分发挥桩基础的效益，是十分重要也是必要的。

由于我国基桩加工工艺和施工工艺的不同，更使得基桩的质量难以得到有效的保证，可靠地统一规范。

所以从检测方面说，提高检测工作的质量和检测结果评定的可靠性，对于基桩的质量和安全控制有着重要的意义。

1.2桩基检测的发展状况

1.2.1工程检测行业发展状况

桩基是一种古老而有效的基础形式，人类在古代就已掌握了用木桩支持重物的知识。

19世纪后半叶，随着资本主义经济的发展，机械打入的型钢桩、钢管桩和钢筋混凝土预制桩相继问世，由于打桩能力的制约，桩长及承载力受到限制。

在此情况下，1893年美国芝加哥开始应用了大直径人工挖孔桩。

20世纪30年代，随着大功率钻孔机械的研制成功，钻孔灌注桩也在美国首先问世。

70年代以后，随着高层建筑的发展，在我国，各种大直径桩、小直径桩和微型桩得到了大量的应用，复合地基中的散体材料桩，低粘结强度桩，高粘结强度桩也有了迅速发展，桩的种类达数十种。

同时，由于大型桩和超长桩的出现，使单桩的承载力设计值高达50000KN。

为了适应桩基技术的发展，我国岩土工作者在桩基检测技术的研究和应用中进行了不懈努力，在引进消化国外先进技术的基础上，发展了桩基动测技术。

同时为了配合桩基检测和科研工作，用于桩体测试的应力、应变传感器及测试仪表也得到了发展，但总体来看，国内外桩基检测技术，特别是大型桩及超长桩的检测技术仍满足不了生产的需要。

武汉地区的桩基检测工作早在20世纪50年代武汉长江大桥的建设中，由铁道部大桥工程局对f1.55m管桩基础的承载力进行了成功的检测。

随后，由中国科学院武汉岩土力学研究所对动测方法的理论、技术进行了科学研究，开发出了RSM系列桩基分析仪和软件系统，现已在湖北地区广泛应用。

1.2.2桩基检测技术发展状况

目前在桩基承载力检测上常用的检测方法主要有：

静载实验法、自平衡法；在基桩完整性检测上常用的检测方法主要有验比较费时费力，现在更侧重于发展自平衡法来检测基桩完整性。

在基桩完整性检：

低应变动力试桩、高应变动力试桩、超声波透射法和钻芯取样法等。

在承载力检测上，由于静载实测上由于高应变比较麻烦，现在更侧重于低应变、超声波透射法和钻芯取样法。

其中低应变更是由于仪器和操作等方便而被检测单位广泛使用。

1.2.2.1静载荷试验法

桩基静载试验在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。

因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。

一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。

桩基测试技术理论的发展本身促进了桩土荷载传递机理理论的研究，而这一直是国内外岩土工程界研究的热点，在这方面我国的学者也通过试验研究发表了许多自己的理论方法。

我国的沈保汉分析了大量的为测试位移和应力数据而埋有实测元件的试桩资料，结果表明：

（1）S—㏒Q法的极限荷载是桩侧摩阻力得到充分发挥时的荷载，相应于极限荷载时的极限桩顶下沉量Su（即桩土间相对位移量）与桩的类型、桩径和施工方法等有关；对于同一施工类型的桩，一般说来，按摩擦桩、端承摩擦桩和摩擦端承桩的顺序排列，Su依次增大；

（2）大直径钻孔桩的Su值比小直径钻孔桩的Su值大；

（3）打入式预制桩和钻孔灌注桩的Su也有较大差别

（4）施工工艺和施工质量对钻孔桩的极限荷载Qu和极限桩顶下沉量Su有较大影响。

在桩的破坏模式研究方面，赵明华认为应分为三种模式，即：

屈曲破坏、整体剪切破坏、刺入破坏；沈保汉认为应分为四种模式，即：

端承摩擦桩的整体剪切破坏、摩擦桩的整体剪切破坏、摩擦端承桩的刺入剪切破坏、端承桩的屈曲破坏。

在依靠桩的下沉量确定桩的极限承载力方面，我国《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）规定：

当Q－s曲线无明显的拐点时，可取桩顶总沉降量为40㎜时相应的荷载值为单桩极限承载力；《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）规定：

对于缓变型Q～s曲线一般可取s＝40～60mm对应的荷载，对大直径桩可取s＝0.03～0.06D（D为桩端直径，大桩径取低值，小桩径取高值）所对应的荷载值；对于细长桩（ld>80）可取s＝60～80mm对应的荷载。

沈保汉建议，对直径为0.3m～0.5m的打套管成孔灌注桩可采用桩顶下沉量为桩径的10％所对应的荷载为极限荷载；对于钻孔扩底灌注桩可取桩顶下沉量为扩大头直径7％所对应的荷载为极限荷载。

1.2.2.2声波透射法方面

混凝土灌注桩超声检测法是在桩内预埋若干根平行于桩的纵轴的声测管道，将超声探头通过声测管直接伸人桩身混凝土内部进行逐点，逐段探测。

其基本原理与上部结构构件的超声探伤原理相同，即根据超声脉冲穿越被测混凝土时传播时间、传播速度及能量的变化反映缺陷的存在，并估算混凝土的抗压强度和质量均匀性。

但由于桩的混凝土灌注条件与上部结构的成型条件完全不同，尤其是水下灌注时差异更大，混凝土的配合比、灌注后的离析程度、声测管的平行度等许多因素，都会严重影n响对缺陷的判断和对强度及均匀性的推算，因此，灌注桩的超声检测必须有一套适合其特点的方法和判据，而不能完全延用上部结构检测的现有方法。

1.2.2.3应力波反射法完整性检测（低应变法）

基桩一般都具有较大的长径比,可近似看作一维杆件。

当在桩顶施加某一机械力F（t）时,桩身质点因受迫振动产生弹性波沿桩体向下传播，当波遇到桩身因存在断裂等缺陷而形成波阻抗界面时,产生波的反射,并被安置在桩顶的高灵敏度传感器接收,通过对接收的反射波波形、振幅、频率及平均波速等分析,综合判别桩基的结构完整性,确定缺陷部位和程度,从而对桩的质量作出综合评价。

适用范围：

灌注桩、预制桩、预应力桩等。

1.2.2.4高应变动力试验法

高应变动力法测试技术于20世纪80年代随美国PDI（PileDynamics，Inc.）公司的PDA（PileDriv-ingAnalyzer）仪器引入我国，90年代初国内类似的仪器和计算软件也相继面世。

近几年随着国内高层建筑数量的增多，该技术得到了广泛的应用和发展。

它是通过在桩顶量测被激发的阻力产生的应力波和速度来确定承载力的。

目前工程界应用最广发的动力试桩法是阻尼系数法和曲线拟合法。

1.2.3桩基动测领域的研究动向

虽然上述桩基检测技术在各种桩基检测工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的社会效益和经济效益，但我们也应该清楚的看到，各种桩基检测技术都还存在一些问题。

为了解决这些问题，一方面，要不断改善已有仪器的的硬件性能和质量，并努力开发出新的仪器,另一方面，要加强对桩基检测技术理论的研究工作，寻求更精确的物理模型。

对于基桩检测信号的分析处理方面，把现有的桩基检测方法和当今的一些先进的信号分析方法结合起来,将是一个非常重要的研究方向。

小波分析方法是一种窗口大小固定但形状可改变，时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。

即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，所以被称为数学显微镜。

小波变换对不同的频率在时域上的取样步长是调节性的，即在低频时小波变换的时间分辨率较差，而频率分辨率较高；在高频时小波变换的时间分辨率较高，而频率分辨率较低，这正符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。

这便是它优于经典的傅立叶变换和短时傅立叶变换的地方。

我们可以通过选择合适的小波基函数对原始信号进行小波分析,实现信号时频分解,区分出不同物理本质的信号成分,结合场地条件分辨有效信号与干扰信号,再通过对“噪声”时段及频段的抑制,可以实现信号消噪,改善信号质量,从而提高桩基检测资料分析水平。

随着人类工程活动的日益增多和科学技术的进步，这一领域的理论研究和工程运用都得到了较大的发展。

但是桩基检测是一项很复杂的系统工程，无论在理论上还是实践中目前都存在很多问题值得进一步的研究。

1.3机械钻孔灌注桩的概述

随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。

灌注桩属于隐蔽工程，但由于影响灌注桩施工质量的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细的考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。

若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中产生质量事故，小到塌孔松散、缩颈，大到断桩报废，给国家财产造成重大损失，直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。

据全国桩基动测学术交流会上统计资料表明，在被检测的灌注桩中大约有5～10％是有缺陷的，不良地质中灌注桩缺陷率更高达14.7％；检测的桩基统计资料中表明，桩基断桩率为5.6％（其它有局部缺陷的未统计）。

所以，必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进展

这里简要介绍了一些灌注桩的分类，机械钻孔桩基常出现的问题及处理方法，并介绍了钻孔桩质量检测的一般方法，主要是运用应力波反射法检测钻孔灌注桩的施工质量，其具有检测速度快、费用低、便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷，是一种值得推广的方法。

1.3.1钻孔灌注桩的分类

钻孔灌注桩按其支承岩土的种类和荷载抵抗力的主要分量进行分类。

钻孔桩按其功能分为：

均质土中摩擦桩、端承于硬土的硬土桩和端承于岩石的岩石桩三种主要类型。

钻孔灌注桩按其泥浆护壁的成桩方法通常可为：

反循环钻孔法、正循环钻孔法、旋挖成孔法和冲击成孔法等几种。

 均质土中的摩擦桩，其承载由摩擦阻力和端承阻力两部分组成。

一般具有较低的到中等的承载力。

均质土中的摩擦桩有时常带有扩大的底部，以增加承载力的端承分量。

在软弱和可压缩的地层，而支承于硬的土层和岩石时，绝大多数作为端承构件使用。

此时在软土中沿钻孔桩长度的摩阻力一般略而不计，端承桩外部荷载由底部阻力支承。

这种桩常用扩大底部，形成扩底桩，以增加基础的承载力。

钻孔桩也可锚进持力层，承载力是锚座周围的抗剪阻力和端承阻力之和。

1.3.2机械挖孔灌注桩常见的问题及防治措施

桩基质量取决于勘察、设计、施工等许、多因素，销有不慎，就可能造成质量事故。

对质量事故的分析与处理，是否正确，往往影响建筑物的安全使用，工程造价及工期，严重的甚至炸毁整幢建筑物。

下面主要介绍几种钻孔灌注桩常见的问题及防治措施。

（1）缩径。

预防缩径的关键是控制泥浆比重，确保泥浆能保持孔壁平衡。

　1）使用直径合适的钻头成孔，根据地层变化配以不同的泥浆。

　2）成孔施工时应重视清孔，在清孔时要做到清渣而不清泥，预防清孔后的在浇筑砼的过程中局部坍塌，导致缩径的产生。

（2）断桩。

防治措施：

　1）导管要有足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满砼的重量；内径应一致，其误差应小于±2毫米，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验；导管最下端一节导管长度要长一些，一般为4米，其底端不得带法兰盘。

　2）导管在浇灌前要进行试拼，并做好水密性试验。

　3）严格控制导管埋深与拔管速度，导管不宜埋入