（上海新高桥凝诚建设工程检测有限公司上海200137）
【摘要】本文结合实践经验，首先分析了基桩完整性检测方法及特点，然后结合工程案例，就主要检测方法在工程中的实际应用进行了分析探讨。
【关键词】基桩；完整性；检测
【中图分类号】TU47【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）08-0070-04
引言
随着国内城市化进程的推进,建筑物尤其是高层建筑物日渐增多,桩基础作为深基础的主要应用形式由于其适应强,特别是在以上海为代表的沿海地区的软土地基中具有无可替代的优势而日趋普及。作为其质量控制的最后一道关—基桩检测技术也就显得尤为重要。
1.基桩完整性检测方法及特点
目前常用的基桩完整性检测方法有低应变反射波法、声波透射法、钻芯法和孔内摄像法等方法。此外，还有高应变法、浅部缺陷开挖、静载荷试验等方法。
1.1低应变反射波法
1.1.1基本原理
将基桩假定为连续弹性的一维均质杆件，其原理是在混凝土桩的桩顶施加竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异界面时，将产生反射波，通过实测桩顶加速度或速度响应，通过波动理论分析判定桩身混凝土的完整性、桩身缺陷的性质和程度及其位置。
1.1.2技术方法特点
该方法最大的特点是快捷方便、效率高，基本不制约工期，检测费用相对较低，并能够实时做出判断。作为一种快速、有效的检测手段，多年来始终高效应用于基桩质量检测中。但是受弹性波传播特性和激发能量的制约，对于长桩(通常认为是大于50.0m)的桩底判别比较困难。
1.2声波透射法
1.2.1基本原理
由发射换能器(探头)间断地发出不连续的以一定重复频率(100Hz或50Hz)的超声脉冲波穿过混凝土到达接收换能器，接收的声波将携带丰富的有关混凝土结构特性、材料特性的信息，准确测定接收声波的各种声学参数的量值及变化规律，分析判断混凝土的结构完整性。以声波在混凝土中的传播速度、接收信号的振幅、频率和波形特征作为基本判据，判定桩身混凝土桩的质量。
1.2.2技术方法特点
声波透射法的优点是检测细致，结果准确可靠，并可估算混凝土强度；检测不受桩长和桩径的限制，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度，对桩长的判定直接有效，受其它的干扰因素也较少。其缺点是检测费用和声测管材料费用相对较高；由于施工等原因不能保证声测管畅通和有效。
1.3钻芯法
1.3.1基本原理
钻芯法适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土形状。钻机应配备单动双管钻具，采用金刚石钻头钻进，保证芯样的采取率和芯样完整性。芯样取出后，应由上而下按回次顺序放进芯样箱中，芯样侧面应清晰地标明回次数、块号、本回次总块数。及时记录孔号、回次数、起止深度、块数、总块数，并拍彩色照片留存，记录芯样质量的初步描述及钻进异常情况。选取代表性芯样进行混凝土抗压试验。
1.3.2技术方法特点
钻芯法作为一种直接检测方法，是检测灌注桩成桩质量的有效手段之一，不受场地条件限制，特别适合于大直径桩的检测。当桩长较长时应控制好钻杆的垂直度，以免偏离桩身。但当桩本身存在偏斜现象时，钻芯孔较难钻至桩底。钻芯法检测速度慢、费用高，且属“一孔之见”。
1.4孔内摄像法
1.4.1基本原理
孔内摄像检测法是沿空心桩或有钻有竖向孔的灌注桩的孔道，采用摄像技术对孔壁进行拍摄和观察，识别桩身缺陷的位置、形式、程度的一种检测方法。试验时，先对基桩孔道进行清孔，再将钻孔多功能成像分析仪的主机、探头及测深滑轮通过电缆连接。调试好后开启成像分析仪的图像采集功能，将探头从孔口逐步放至孔底，实时观察并保存相关图像资料。
1.4.2技术方法特点
孔内摄像法的技术特点有：（1）检测直观、可精确检测缺陷位置；（2）可对多重缺陷进行检测；（3）可对竖向缺陷进行检测；（4）可对缺陷进行定量分析；（5）可对采用快速机械螺纹接头施工的管桩进行检测；（6）可进行超长桩的检测；（7）可对灌注桩钻芯孔进行复核检测。它既可以单独进行基桩的检测，也可对低应变(如：反射波法)进行复核检测。
1.5高应变法
1.5.1基本原理
高应变检测的基本原理就是往桩顶滞轴向施加一个冲击力，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，判定单桩竖向抗承载力及桩身完整性的检测方法。
1.5.2技术方法特点
高应变法的主要功能是判定桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。高应变法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，合理判定缺陷程度，可作为低应变法的补充验证手段。目前在某些地区，利用高应变法增加承载力和完整性的抽查频率，已成为一种普遍做法。
目前，在桩基完整性的检测中，低应变以准确、简便、费用较低、设备简单等优点已得到广泛的应用，但往往无法单纯通过低应变检测一种方法就完成对种类复杂、外界影响较大等问题的桩身缺陷进行准确分析，需要结合静载、高应变、钻芯、孔内摄像等多种方法综合判断。下面就以上海地区基桩完整性检测常见问题加以探讨。
2.上海地区基桩完整性检测常见技术问题
2.1多节预制桩或预应力桩的接桩质量
由于多种原因，上海地区基桩工程中，多节预制桩的接桩质量一直是施工中长期以来未能解决的问题，工程事故历年来屡见不鲜，上、下两节桩脱开上浮最大机率个别工程可达70%以上。其典型低应变曲线如图1所示。此时，基桩承载能力大幅下降，如何正确地判断上、下两节桩是否脱开？脱开多少？事故桩的百分率等问题准确的结论一直是工程界的难题。
图2低应变曲线图
2.4检测数据质量问题
在现场检测中，因检测条件不好，造成数据质量不高，为分析解释和判断带来误差。特别是钻孔灌注桩的低应变检测的桩头处理不到位、检测点和敲击点未形成平整、密实、水平的检测面，以致对同一根桩多次检测或多家单位同时检测得到不同的结论，甚至相反的结论，此外桩头清理不干净、有浮浆、出露钢筋过长，桩头开裂、浅部断裂等不利因素，也会影响有效信号的采集。声波检测中声测管不平行弯曲变形、堵管、接头处理不当，水中有杂质、漏水，管间距过分不均衡等因素，严重影响检测工作顺利进行。
2.5检测人员
部分检测人员对相关检测规范偏面理解，只看到浮浅的表面，未看到实在的本质，以致在实际工程中对工程质量不能准确的评价。
3.解决的技术方案
3.1合理选择检测方法
基桩检测应综合考虑各方面的因素，因地制宜，采用适宜的检测方法保证工程质量。一般均采用低应变方法进行普测，发现问题，然后选择一种或多种检测方法进一步对可疑桩判断。例如对于可疑的预应力管桩采用孔内摄像法、重锤复位法、静载荷法，定量缺陷的性质和程度。
对于长桩检测可在低应变检测基础上，对可疑桩采用埋管超声波、取芯或高应变等方法。总之，桩身完整性检测有多种方法，有各自的理论基础，有其特点，也有其局限性，超出定的范围就会对判定结果带来较大误差，甚至误判。特别是对上海地区，由于地质条件复杂，深厚软土层，桩长深达数十米，精确判据桩身质量更属不易。因此，我们的观点是：不宜采用单一的检测方法，而应多种方法并举综合检测判据。例如，低应变方法与高应变方法相结合；低应变与静载相结合；低应变与其他非动测方法相结合，各种方法相互补充，相互印证，检测人员在此基础上，去伪存真，去粗取精综合判断。
3.2合适的激振方式
能否获得正确的桩顶振动曲线，与激振的好坏有很大关系。应根据实际情况选择激振能量和锤头的材质，而不是能量越大越好。对于浅部的缺陷，要求激振力的高频成分丰富，故采用硬质锤头和质量小的锤；而对深部缺陷，要求激振力的低频成分丰富，故采用重量大的锤或力棒，锤头材料以选用软质的为宜。因为高频力波方向性好，波长短，能探测的缺陷精度高，但衰减快，故对长桩和深部缺陷就无能为力；而低频力波则相反，衰减慢，波长长，故探测的精度不高，浅部缺陷和小缺陷往往难以发现或判断位置不准。还应注意的是激振力要靠近桩心位置并尽量保持垂直。
3.3检测现场准备工作
现场检测时应提前做好相关的准备工作。低应变检测要求桩顶至设计标高为新鲜混凝土，无浮浆、裂纹和松动混凝土块等。激振点和安装传感器的测试点应打磨平整，尽量排除干扰因素。
声波法检测应保证声测管顺直通畅，换能器探头能够在全程范围内升降顺畅。检测工作开始前，应使用与换能器直径相近的粗钢筋（用测绳系紧）对声测管进行通畅性测试，声测管的材质应具有较高的刚度和强度，安装时应由丝扣连接或套管焊接，确保连接或焊接的质量以及声测管相互平行。在钢筋笼安装和混凝土灌注过程中，应采取必要措施保护好声测管。
3.4提高检测技术分析判断能力和管理水平
基桩检测是技术含量较高的一项重要性工作，检测人员除应持证上岗外，还应具备一定的基础理论知识、较高的技术素养、综合分析解释能力和丰富的实践经验。现场检测前详细了解和搜集基桩的相关参数资料，施工资料，检测过程中能及时发现问题并作出初步判断，保证检测原始数据的可靠性和采集波形的一致性，为综合分析判断提供详实的基础资料。加强对比验证，综合分析同一工程的所有检测桩资料，寻找其共性，提高对单桩检测结果的判断准确度。
从管理角度来讲，应制定切实可行的各种检测方法实施细则，强调检测工作的准入制度，加强对检测机构的管理和诚信，增加行业技术交流，提高检测人员的技术水平，对检测领域相关规范全面、深刻的理解，并努力去执行。
4.检测技术在工程项目中的实际应用
4.1案例1
XX工程（主楼24层，裙房5层，地下3层），钻孔灌注桩φ700mm，主楼桩有效桩长37m，裙房桩有效桩长30m；基桩持力层⑦1-b层粉细砂；桩身混凝土强度C30，总桩数278根；基坑开挖深度11m，钢筋笼深度11米。设计要求：单桩竖向抗压极限承载力3520kN。初步低应变检测结果：无缺陷反射波的桩101根；有轻度缺陷反射波的桩85根；有明显缺陷反射波的桩92根；实测典型曲线如图3所示：
图3实测典型曲线
由图可见：
（1）12m附近有明显缺陷反射波，同相反射；幅值较高，某些桩有二次反射；
（2）未见桩底反射波。我们需要知道的是：①是否有缺陷桩；②缺陷的性质和程度；③由于数量巨大，平均每3根中就有1根，由于这些缺陷的存在对基桩承载力有何影响？此时仅靠低应变检测已无力回答这些问题。
我们采取了下列措施：
（1）取芯试验至14m左右，13m附近发现钻机空转进入2~4cm后钻机转速恢复正常；
（2）静载试验设计要求352t，实测84t下去，远低于352t（约设计值23.8%），快速压缩后20mm后承载力上升，回弹率低（约20%左右），塑性变形大。实测曲线如图4；
（3）在取芯孔内置入水下摄像机，13m附近桩身断裂并不断有泥浆流出。
（4）通过三种检测表明该类缺陷桩在13m附近桩身全截面断裂，整桩分成上、下两节灌注桩“变成”上、下两节预制桩，脱开距离约2cm，继后对其余桩采用静力复位，共135根。表明均断在10m~14m范围。
图4静载试验实测曲线
该工程采用低+静+取芯+水下摄像+静力复位五种综合检测方法，较为准确地、定量地查清基桩质量，回答了该工程严重缺陷桩达到了50%，性质是断桩，脱开距离为1cm以上，承载力损失75%以上，低应变只是普查发现问题，最终还是综合多种方法解决问题。
4.2案例2
上海XX工程，350mm×350mm预制方桩，有效桩长26m（13m+13m）14层小高层。持力层：⑤1b粉质粘土夹砂层；设计极限承载力1100kN，总计235根桩。低应变检测初步结果：无缺陷反射波的桩94根；有轻度缺陷反射波的桩107根；有明显缺陷反射波的桩34根，典型曲线占总桩数14.5%，实测典型曲线如图5所示：
图6静载试验实测曲线
图7高应变试验实测曲线
本工程采用低+静+高+动力复位等4种方法，最终适当补桩加固，使用至今，由此说明：正是由于采用综合检测方法，确保了工程质量，保证了人民生命财产安全，获得了较好经济效益和社会效益。
5.结语
基桩完整性检测是一项操作简便而涉及面广的检测技术，它涉及到振动理论、应力波基础、行波理论、声波理论、传感器特性、测试技术、土力学知识等，这就要求测试人员理论知识全面，现场操作熟练，室内分析要综合考虑，并结合沿线工程地质情况、桩型和不同的施工工艺，综合考虑各方面因素，合理选择做到心中有数。
以上是我在实际工作中总结的一点心得体会，实际上测桩的内涵非常丰富，需要我们善于积累，不断总结，假以时日认真研究和掌握。通过行业组织的各种检测技术的总结与交流，一定会促进基桩检测整体水平的提高。
参考文献
[1]陈海东.桩基完整性检测反射波法在实际检测中的应用[J].住宅与房地产.2016-03-25.
[2]赵晋涛.基桩完整性检测在基桩检测中的运用分析与讨论[J].科技创新与应用.2016-08-08.