基础工程设计ｌ Ｅ Ｍｅ Ｄｅｓ Ｃｒｏｕｎｄ ｌ 超长桩质量检测技术分析 Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｌｏｎｇ Ｐｉｌｅ Ｑｕａｌｉｔｙ’ 王艳 （公路工程质量监督站，河北邢台０５４０００） ＷＡＮＧＹａｎ （Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｔａｉ ０５４０００，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】介绍了目前超长桩桩身质量检测的常规技术检测方法，简述了各方法的优缺点，并在此基础上提出了低应变应力波接力 传导技术。分析论证了该方法与常规检测方法的优缺点，用理式分析计算具体的超长桩临界桩长，并对实际应用考虑因素进 行了总结。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｕｐｅｒｌｏｎｇｐｉｌｅｂｏｄｙｑｕａｌｉｙｄｅｔｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｌｏｗｓｔｒａｉｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｒｅｌａｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｏｒｍｕｌａａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｐｉｌｅｗｉｔｈｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｐｉｌｅｌｅｎｇｔｈ，ａｎｄｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． 【关键词】超长桩；质量检测；低应变；接力传导 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｓｕｐｅｒｌｏｎｇｐｉｌｅ；ｑｕａｌｉｙｔｔｅｓｔｉｎｇ；ｌｏｗｓｒｔｉａｎ；ｒｅｌａｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ 【中图分类号】Ｔｕ４１３．１＋４ 【文献标志码１Ａ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１４）０２．００５９．０３ 桩基作为建筑工程的重要部分，由于其自身的隐蔽陛、施 工工艺问题、现场环境影响、施工操作人员素质，以及诸如天 １常用桩身质量检测方法 １．１超声透射法 在埋设声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混 凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对 变化，对桩身完整性进行检测的方法，称为声波透射法。该法 具有抗干扰能力强、检测细致、结果较为准确、不受桩长和桩 气气候条件、岩土工程地质条件、桩和桩间土的相互作用等外 部诸多因素影响，使成桩质量具有不确定性。桩基施工后，对 桩身进行质量检测和承载力检测，是关系到整个桩基工程甚 至整个建筑安全的关键环节，特别是沿海地区和长江中下游 软土地区及一些土质情况较差的地区的桩基工程。如何保证 并检测出桩身质量，成为工程广泛关注的关键性问题。目前， 工程中常用的桩身质量测试技术主要有：钻孔取芯法、超声透 射法以及低应变反射波法。而对于长度大于５０ｍ或长径比大 于５０的超长桩的质量检测，目前多采用预埋声测管的超声波 透射检测方法，而本文介绍的低应变应力波接力传导方法更 能适用于超长灌注桩的桩身完整性检测。 径、无盲区等优点，在对大直径超长桩的检测准确度高， 检测结果直观，能反映桩身缺陷的确切位置、大小、严重程度 等方面的信息。但该法需要预埋声测管，对桩身直径有一定的 要求，且检测效率低，成本高，对施工进度有影响，对水平裂缝 不易检测，且由于施工的原因很可能造成声测管的弯曲、折断 与破漏，同时在检测管局部未被混凝土包裹住的部位，透射波 的声时加长、波幅下降，有时甚至收不到波形，于是误判为桩 【作者简介】王艳（１９８１ ）。女，河北邢台人，工程师，从事公路工程 研究，（电子信箱）ｗｙｘｔｊｔ２００５＠ｔ ６３．ｃｏｍ。 身存在缺陷，桩身严重缩径到检测管外露，使透射波的声时、 波幅均出现严重异常，会误判为桩身严重缺陷。且对扩颈和轻 微缩径的－ＮＮ失效，这些将对检测结果产生较大的影响，从而 ５９ Ｉ工程建设与设计 ｆ￣ｏｎａｔｒｏ￣ｔｌｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ 降低了检测结果的可靠｝生。 １．２钻孔取芯法 用钻柳取芯样以检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度以及 桩身混凝土强度、混凝土的强度、密实性和连续性，判定桩端 岩土性状的方法称为钻孔取芯法。该法不受场地条件的， 特别适用于大直径混凝土灌注桩，可以直观测试灌注桩的完 整性，而且能够检测桩长、桩底沉渣厚度以及桩底岩土层的性 状。另外，对查明大面积的混凝土疏松、离析孔洞等也比较有 效，是桩身完整性检测诸多方法中最为直观可靠的检测方法。 但是，该法会对桩身造成一定的损害，对于细长桩沿桩身通常 钻孔取芯难度较大，且有些ｌ薯 Ｆ的断桩或者断面缺损也不易 检查出来，操作也比较麻烦不便焉毛用，对于超长桩也不宜采用。 １．３低应变反射波法 在目前常规桩的桩身检测中，国内外普遍采用瞬态冲击 方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，来判定基桩 的桩身完整性，这种方法称之为反射波法（或瞬态时域分析 ］ ＿Ｉ馘］ ¨法）。本方法可适用于检测桩身的完整性，推定缺陷类型及其 在桩身中的大概位置，也可对桩长进行核对，对桩身混凝土的 二二Ｕ规ｎ二二¨Ｕ 强度等级做出初步估计。该方法操作简便、使用快捷、成本较 低且可对工程进行普查，具有相对完善的理论基础和比较先 进的诊断技术，是应力波在桩体中的传播规律准确的反映，能 口１］姚 有效地诊断桩身局部缺陷，所以在我国应用十分广泛。 １．３．１低应变反射波法现场测试技术 低应变反射波法检测技术理论成熟、费用低廉、仪器轻 便。仪器设备主要包括：激振设备、传感器、信号采集分析设 备。其现场布置如图１所示。 口 图１低应变法信号采集示意图 １．３．２低应变法现场测试要求 低应变反射波法分析桩身质量，首先要求采集到准确可 靠的信号得到时域曲线，从而做出正确的质量诊断，这对于操 作人员的业务水平要有严格的管理和把握，操作人员一定要 有谨慎严谨的科学态度，无论在仪器的安装调试还是在信号 采集和分析过程中，都要有一丝不苟的职业精神，在现场测试 前的准备工作、锤头的选择、传感器的选择及安放，以及现场 信号采集后对信号进行正确的分析处理方面也要倍加关注。 １－３－３低应变反射法的作用 根据应力波反射原理，在工程检测中，利用该理论可以对 桩基的完整｝生进行快捷的检测，对于工程中的常见桩身情况， 该方法可以检测以下各种形式的桩身问题（见图２）。 高析 二 ｎ 扩径 缩径 土层变化 材料变化 图２低应变法适用的桩的类型 然而，对于渐细桩、渐粗桩、弯曲桩的桩身缺陷及桩身的 微小缺陷、竖向裂缝、桩底沉渣，低应变法由于理论本身的局 限性也很难做到正确的反映，将很难测到其异常。同时，桩体 并不是完全的一维线弹性杆模型，会存在着一定的尺寸效应， 确定的桩身缺陷位置是有误差的。在瞬态激振情况下，锤击后 应力波主要以纵波形式直接沿桩身向下传播，在桩顶又主要 以表面波和剪切波的形式沿径向传播，从而产生一定的误差。 同时，由于锤击点与传感器安装点有一定的距离，接收点测到 的入射峰时刻较锤击点滞后，面波或剪切波的传播速度比纵 波低得多，特别对大直径桩时间滞后将更明显。而波从缺陷或 桩底以一维平面应力波反射回桩顶时，引起的桩顶面径向各 点的质点运动却在同一时刻都是相同的，即不存在由近及远 的时间滞后问题，从而造成一定的误差。如果其桩身长度大于 ４５ｍ，在进行完整性检测时，将很难检测到桩底反射或者深度 较大处的桩身缺陷，从而不能完整的反映整桩的桩身质量。值 得注意的是，即使桩身长度在可检测范围之内，但是如果桩身 过长，在低应变检测时所需要的激发的信号的频率就越小，以 减小能量的损失，这佯便造成对一些浅层或微小缺陷误判或 者漏判，尤其在长桩桩身完整性检测过程中这一矛盾尤为 明显。低应变无法检测的类型如图３所示。 一一细］渐 一 ［二 二＝］ ●● ● ●＿］一 ｆ Ｊ ｆ ｉ Ｌ＿＿ ｊｆ 该方法的优势在于，发挥不同深度处传感器的作用，分工 测试，互相补充。将一个传感器置于桩顶，另外一个置于可测 临界桩长深度及以上位置，这样，传感器以上范围内的桩身质 量就可以通过桩顶处的传感器进行分析检测，而下部的桩身 ］、、、，］粗／厂， 广， 、、 、 微小缺陷 质量由桩身中的传感器检测，完成对桩身质量分析评价的” 接力”，然而，利用该方法也只是增大可测桩长范围，受制于桩 周土的阻尼作用的影响，其可测深度也是有着一定的范围，对 竖向裂缝 弯曲 桩底沉渣 图３低应变法无法检测的类型 ２基于低应变法的应力波接力传导检测技术 从上述可以看到，当桩身长度达到一定的程度，桩底反射 及深度较大处的缺陷反射将很难被低应变法所检测。通过分 析可知，桩顶的传感器接收的是应力波经历入射和桩底（或缺 陷）反射两个等距离的历程后到达桩顶时质点的速度，过程中 受到两次桩周土的阻尼作用使能量的损失更为迅速，如若使 得应力波在较小的能量损失条件下被传感器接收，可通过减 小桩底（或缺陷）反射应力波被接收所经历的距离实现。所以， 我们试图通过在桩顶安置传感器，检测其浅部范围内（这个范 围应该在其可测桩长范围之内）的缺陷情况，通过桩身中埋置 的传感器，检测深部桩身质量，使其在较短的时间内接收到桩 底反射或深度较大的缺陷反射，从而在应力波衰减较小的情 ｌ丽 釜 况下被传感器所接收，进而实现对整个桩身的完整性检测。这 个过程中，应力波的传播距离减小，由阻尼造成的能量衰减较 小，接收的反射波幅值更为清晰。其原理图、信号采集时的现 场布置图如４、图５所示。 桩 长 ｎ ｛｛ 图４应力波传递示意图 图５信号采集示意图 于桩身传感器以下的可测桩长需要根据传感器埋深进一步计 算分析。 根据式（１），距离桩顶 处的桩身质点，其接收到的初始 入射波幅１９ 与桩顶的质点初始入射波幅 有如下关系： （一１ ０ｏ１８Ｇ。 一９ ４２２９）卫 １／Ｖ ＝２ｅ （１） ０ｏＩ 一９ ４２２９）兰。１ ｖｌ／ｖ ＝２ｅ （２） 把 以下的桩段看作一根整桩考虑， 处的桩身质点接收 到的初始入射波幅 与该点接收到的桩底反射波幅 ，有如下 关系： 『＿ｌ＿Ｏ０ ｅ －９．４２２９）２ ／ｖｌ＝２ｅ 。 。 （３） 式（２）式（３）相乘，得到： （ ｏ０１ ｅ 一９ ４２２９）譬 ］＋［（－Ｉ，００１８Ｃ￣ｅ －９．４２２９）÷】 Ｖｒ／Ｖ，＝４ｅ （４） 通过对比分析式（１）、式（４），可以看出，在桩长相同的情况 下，桩身中的传感器接收到的桩底反射波幅与桩顶传感器接 收到的入射波幅比要大于放于桩顶处的传感器接收到反射波 幅与入射波幅比，采集到的信号更为清晰，因此，便可以检测更 大长度范围内的桩身质量。 如果先确定了传感器埋设深度ｘ（ｘ应小于该种土质作用 下的临界桩长）之后，将 代入式（２），计算得到桩身入射波与 桩顶入射波的波幅比，从而计算可得式（３）中的桩身传感器的 桩底反射波幅与桩身入射波幅比，进而利用式（３）计算传感器 下可以测得的桩长ｈ。 需要注意的是，由于该方法忽略了桩身阻尼的作 用，所以在实际应用中要考虑这些因素的影响，从而应 该减小传感器的埋深，而用该法实际适用的桩长也要小 于计算值。 （下转第６４页） ６１ Ｉ工程建设与设计 ｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ ２）螺旋钻孔灌注桩工艺流程：定桩位、复核一钻机就位一 钻进至设计深度一终孔验收一灌注混凝土一清土提升钻杆一 混凝土灌注至设计桩顶上５００ｍｍ－＊起吊钢筋笼、振动锤一启 沉降，均没有达到警戒值。 表１监测项目、测点布置和精度要求 动振动锤、下插钢筋笼一钢筋笼插至设计标高一转移钻机循 环下个桩位一施工完成。 ４．２施工技术要求 土方开挖：开挖区内土方开挖与边坡支护工序应密切配 ５．２抗拔检测 该工程分别对土钉及锚索做了抗拔实验，结果表明，该基 坑的抗拔力为２９０ｋＮ，未达到警戒值，基坑的稳定性满足要求。 合，严格按设计要求分层、分段开挖，开挖后及时进行支护。 土钉墙施工：采用土钉墙支护的坡段，坡面挂 ￣８ｍｍ＠２００ｍｍｘ２００ｎｕｎ钢筋网并喷射混凝土ｌＯＯｍｍ厚，喷 射混凝土强度等级为Ｃ２０。 ６结语 基坑工程是整个高层建筑的重要组成部分，对深基坑支 护的施工重在于施工过程的控制，如果施工中哪个环节出了 水泥搅拌止水桩施工：搅拌桩直径采用ｑｂ５５０ｍｍ，互相搭 接１５０ｍｍ，桩中间距４００ｍｍ；采用四喷四搅施工工艺。 预应力锚索施工：锚索施工应待冠梁施工完毕后再进行， 问题，都会造成严重的后果，事后补救将非常困难，这就要求 设计的图纸要经过专家论证，施工过程中工程技术人员对基 坑的地质情况非常熟悉，施工单位也要做好基坑的专项施工 采用钻机成孔，钻孔前根据设计要求定出孔位。锚索采用二次 注浆施工工艺。 长螺旋钻孔灌注桩施工：用长螺旋钻机钻孔至设计标高， 然后压灌超流态混凝土，压灌至设计桩顶标高后，移开钻杆将 钢筋笼压入桩体。 方案，并能遇到问题及时与设计院进行沟通，保障基坑在施工 过程中的质量及安全。（１ 【参考文献】 【１】李继业，等．深基坑支护存在的问题与研究方向［Ｊ】．建筑技术开发， ５工程监测与检测结果 ５．１基坑位移、沉降监测 在本基坑工程中，沿着基坑周边布置了若干观测点。监测 的主要项目有：基坑顶面的沉降和水平位移及周边道路沉降、 位移，其监测项目、测点布置和精度见表１。 沉降与位移结果表明，该基坑的最大水平位移量为 ２１．２６ｍｍ，最大垂直位移量为２ｍｍ，邻近的建筑物没有明显的 ２００１（１１）：２－３． 【２】周汉香．基坑支护桩结构优化设计［Ｊ］．岩土工程学报，２００１，２３（２）： １４４．１４８． 【３】ＪＧＪ ｌ２ｏ＿－２０１２建筑基坑支护技术规程【ｓ】 ．【收稿日期１２０１３—１ １．２８ （上接第６１页） 【参考文献】 【１】陈凡．基桩质量检测技术 】．北京：中国建筑工业出版社，２００３． ３总结 低应变法的应力波接力传导检测技术，即通过在桩身中 预埋传感器，从而应力波能量损失要小于到达桩顶时的能量 【２】徐攸在档基检验手册【Ｋ］．北京：中国水利水电出版社，１９９９． 【３】ＪＧＪ９４－－２００８建筑桩基技术规范【ｓ］． 损失，被桩身中的传感器所接收的波幅值将更大，使其能够接 收到清晰的桩底反射或深部的缺陷反射，从而更好的完成对 桩身质量的检测。该方法利用了低应变反射波法原理，但是要 【４】雷林源．桩基动力学［１ ．北京：冶金工业出版社，２０００． 【５】雷振明，谢勇．探讨桥梁桩基检测中超声波法的应用【Ｊ】＿交通建设 ２００９（１）：１７９．１８０． 优于目前工程中常规的低应变反射波常规检测技术，能适用 于超长灌注桩的桩身完整Ｉ生检测。 【收稿日期］２０１３—１０．１６ ６４
