桥梁桩基检测设计

高 金

(上海勘测设计研究院建筑市政分院，上海市200434)

0 引言

桥梁是交通线中的重要组成部分，基础又是桥梁的主要承重部分，其质量直接关系到桥梁的使用寿命和安全性。桩基作为基础形式的一种，在桥梁基础中应用广泛，由于桩基属于隐蔽工程，地基土分布情况复杂，成桩过程中影响因素多，其成桩质量检查、桩基承载力评价就显得尤为重要。桩基检测既可为桩基提供工程设计参数、对设计进行校验，又可对施工能否达到设计要求，以及对新桩型、新工艺进行评价，因此桩基检测是确保桩基设计、施工安全可靠的主要手段。

关于桥梁桩基检测的现行规范标准有《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）、《公路工程基桩动测技术规程》（JTGTF81-01-2004），相关专业规范有《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）、《基桩静载试验自平衡法》（JT/T 738），上海地区的《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）、《钻孔灌注桩施工规程》（DGTJ08-202-2007）、《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003）对桩基检测也有相应规定。

1 桩基施工与检验

对工程地质、水文地质或技术条件特别复杂的钻孔灌注桩，宜在施工前进行工艺试桩。钻孔灌注桩终孔后，应进行成孔质量检验，包括桩孔的孔位、孔径、孔形、孔深和倾斜度，清孔后，应对孔底的沉淀厚度进行检验。钻孔灌注桩尚需进行桩身混凝土质量检验，包括桩身混凝土强度检验和桩身完整性检验。桩身完整性检测的数量和方法应符合设计要求，宜选择有代表性的桩采用无破损法进行检测，重要工程或重要部位的桩宜逐桩进行检测；设计有规定时或对桩的质量有疑问时，应采用钻取芯样法对桩进行检测。除此之外，当设计或合同有要求时，钻孔灌注桩应进行单桩承载力试验。

2 桩基检测内容及方法

桩基检测内容包括完整性检测和承载力检测两个方面。完整性检测是指桩身截面尺寸相对变化情况、桩身材料密实性和连续性等方面的检测；承载力检测包括单桩竖向抗压、竖向抗拔和单桩水平承载力检测。常规的桩基检测方法分为直接法和半直接法。直接法包括单桩竖向抗压静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、单桩水平静载荷试验和钻探抽芯检验方法；半直接法包括低应变法、高应变法和声波透射法。其中，竖向抗压静载荷试验根据加载方式还分为堆载法、锚桩法和自平衡法。

静载试验是在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降量、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力。钻芯法是用钻机钻取芯样以检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度，以及桩身混凝土的强度、密实性和连续性，判定桩端岩土性状的方法。低应变反射波法是在桩顶施加低能量冲击荷载，实测加速度或速度响应时程曲线，运用一维线性波动理论的时域和频域分析，对被检桩的完整性进行评判的检测方法。高应变动测法是在桩顶施加高能量冲击荷载，实测力和速度信号，运用波动理论反演来推算被检桩的完整性、轴向抗压极限承载力、或选择桩型和桩长、监控桩锤工作效率和打入桩桩身承受的最大锤击应力。超声波法是根据超声透射或折射原理，在桩身混凝土内发射并接收超声波，通过实测超声波在混凝土介质中传播的历时、波幅和频率等参数的相对变化来判定桩身完整性的检测方法。

桩基检测方法应根据各种方法的特点、工程的需要和适用范围，综合考虑地质条件、施工质量的可靠性等因素进行合理选择。低应变反射法适用于混凝土灌注桩和预制桩等刚性材料桩的桩身完整性检测；高应变反射波法适用于检测混凝土灌注桩、预制桩和钢桩的单桩轴向抗压承载力和桩身完整性，超长桩、大直径扩底桩、曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩和嵌岩桩不宜采用高应变动测法进行单桩的轴向抗压极限承载力检测；超声波法适用于直径不小于800 mm的混凝土灌注桩的完整性检测。

3 受检桩的选择和检测数量

单桩承载力和桩身完整性验收柚样检测的受检桩宜选择施工质量有疑问的桩、设计方认为重要的桩、局部地质条件出现异常的桩、施工工艺不同的桩、承载力验收检测时适量选择完整性检测中规定的Ⅲ类桩，除上述规定外，同类型桩宜均匀随机分布。

桩基检测按时间可分为：为设计提供依据的先期检测，施工阶段的施工检测，施工完毕后的验收检测，施工阶段或使用阶段的鉴定检测。

对差异沉降有严格要求的工程，场地和地基条件复杂的工程及坡地、岸边工程，桩基施工质量可靠性低的工程，采用新桩型或新工艺的工程，场地周边有城市生命线工程或优秀历史建筑等，或设计有要求时，施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力，施工后应采用单桩竖向抗压承载力静载试验进行验收检测。对于不符合上述条件的工程，宜采用单桩静载荷试验进行验收检测，也可采用高应变法进行单桩竖向抗压承载力验收检测。当有类似工程的静动对比验证资料时，高应变法也可作为单桩竖向抗压承载力检测的补充。

单桩竖向抗压承载力静载试验的检测数量见表1所列。

JGJ 106-2014规定高应变法作为单桩竖向抗压承载力验收检测的补充时，抽检数量不宜少于总桩数的5%，且不得少于5根。DGJ08-11-2010规定当验收检测试桩与为设计提供依据试桩的条件相同时，为设计提供依据的试桩数量可计入验收检测的试桩数量；当采用静载与高应变法共同进行验收检测时，单桩静载验收检测试桩数量不应少于总桩数的0.5%，且不应少于3根，高应变法抽检数量不应少于总桩数的3%，且不应少于5根。

表1 单桩竖向抗压静载荷试验的抽检数量表

对于承受上拔力和水平力较大的桩基应进行单桩竖向抗拔和水平承载力检测，检测数量不应少于总桩数的1%，且不应少于3根，当总桩数小于50根时，不应少于2根。

钻孔灌注桩施工后，宜先进行工程桩的桩身完整性检测，后进行承载力检测。为保证检测结论的可靠性，可根据不同被检对象和检测要求，选用多种测试方法进行综合分析判断。《公路工程基桩动测技术规程》（JTG T F81-01-2004）关于桩的检测数量规定如下：（1）公路工程基桩应进行100%的完整性检测，各种方法的选定应具有代表性和满足工程检测的特定要求；（2）重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管，检测的桩数不应少于50%；（3）高应变动测法的抽检率可由工程设计或监理单位酌情决定，但不宜少于相近条件下总桩数的5%且不少于5根。

4 静载试验加载量

各规范关于静载试验加载量的规定略有不同，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）规定的静载试验加载量见表2所列。

《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）规定的静载试验加载量见表3所列。

《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003）规定的静载试验加载量见表4所列。

5 工程实例

某桥是一座位于上海市城市支路上跨越内河航道的斜交梁桥，河道与道路设计线顺交20°，跨径布置为13 m+20 m+51 m+20 m=104 m，横向布置为 0.3 m（栏杆）+4.5 m（人行道）+3.5 m（非机动车道）+8 m（机动车道）+3.5 m（非机动车道）+4.5 m（人行道）+0.3 m（栏杆）=24.60 m。主跨51 m采用简支钢箱梁，其余各跨采用简支预应力空心板梁；主跨桥墩采用墙式墩接承台桩基础，引桥桥墩采用钢筋混凝土盖梁接桩基础，桥台采用重力式桥台接承台桩基础；基础均采用钻孔灌注桩，按摩擦桩设计，主桥桥墩基础为16根Ф1.0 m群桩基础，引桥桥墩基础为7根Ф1.0 m单排桩基础，桥台基础为14根Ф0.8 m群桩基础，选用⑦1-2层粉质粘土夹粘质粉土为持力层。主墩桩基的单桩承载力设计值为3 300 kN，桥台桩基的单桩承载力设计值为1 900 kN。

表2 JGJ 106-2014静载试验加载量表

表3 DGJ08-11-2010静载试验加载量表

表4 DGJ08-218-2003静载试验加载量表

桥型总体布置见图1所示。

按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）、《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004)、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）、《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）、《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003），综合制定该桥的桩基施工检测要求如下：

（1）工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性检测。

（2）开始施工前，必须进行试成孔试验，数量不得少于2个，以检验施工工艺与地质条件的匹配性。

（3）工程桩应进行成孔质量检测，数量为总桩数的100%，内容包括：孔壁形状（孔径）、孔深、垂直度、孔底沉渣。

（4）钻孔灌注桩施工精度，单桩中心偏差不大于50 mm，群桩中心偏差不大于100 mm；孔径不小于设计直径；孔底沉渣厚度不大于100 mm。

（5）单桩承载力采用竖向抗压静载荷试验与高应变法共同进行，静载试验前先采用声波透射法检查桩身质量,试验完成后,应再次采用超声波透射法进行桩身质量检测，测试桩身混凝土的完整性。主墩(P2)及桥台（P0、P4）各取1根桩进行单桩竖向抗压静载荷试验，最大加载量应不小于设计值的1.9倍；高应变动测法检测数量不少于5根。

图1 总体布置图（单位：mm）

（6）桩身完整性检测采用声波透射法、高应变动测法和低应变反射波法综合分析判断。全桥钻孔灌注桩声测管埋置比例为100%，声波透射法检测的桩数不少于50%，高应变动测法检测数量不少于5根，除声波透射法检验和高应变动测法检测以外的所有基桩均需采用低应变反射波法进行检测。

根据试桩的要求、位置选择合适的静载试验方法和设备，与传统堆载法相比，用锚杆-反力梁组合装置进行桩基静载试验，不但工艺简单、施工方便，而且工期短、成本低，因此该桥单桩静载荷试验采用锚桩法。采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不应少于4根，试桩中心与锚桩中心之间的中心距离应不小于3D，且大于2.0m，D为试桩、锚桩的较大设计直径。该桥墩台桩基静载试验采用与试桩相邻的3根工程桩（M1～M3）和1根非工程桩（M4）作为锚桩。主墩和桥台静载试验的锚桩平面布置示意图见图2、图3所示。

图2 主墩锚桩平面布置示意图（单位：mm）

图3 桥台锚桩平面布置示意图（单位：mm）

为满足设置量测仪表的需要，试桩顶部宜高出试坑底面，为使试验桩受力条件与设计条件相同，试坑底面宜与承台底标高一致。

试桩桩头构造和试桩与锚桩的桩身构造强度应满足试验要求。试桩桩顶必须保持平整，对于灌注桩，应凿除桩顶强度较低的混凝土，所有主筋均需接至桩顶保护层下，并在此范围内设置加强箍筋及3～5层钢筋网片，桩顶的混凝土强度不得低于桩身混凝土强度，且不低于C30，接桩处的桩身截面积应与原桩身截面积相同，且中心轴线应重合。

锚桩应验算桩身裂缝和桩基抗拔承载力。静载试验加载量：主墩桩基为3 300×1.9=6 300（kN），桥台桩基为2 000×1.9=3 800（kN）。锚桩由4根桩承担，应使各桩受力均匀，计算考虑不均匀系数1.3，则锚桩上拔力为：主墩锚桩P=1.3×（6300/4）=2 048（kN）；桥台锚桩 P=1.3×（3800/4）=1 235（kN）。主墩锚桩配置40根直径25 mm的HRB335钢筋，桥台锚桩配置20根直径25 mm的HRB335钢筋，桩身混凝土裂缝宽度按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》(JTG D62-2004)第6.4.5条计算，桥墩桩基裂缝宽度0.18 mm，桥台桩基裂缝宽度0.16 mm，裂缝宽度均小于0.2 mm；桩基抗拔承载力按照《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）第7.2.9条计算，桥墩桩基抗拔承载力为2 568 kN，桥台桩基抗拔承载力为1 468 kN，墩台桩基承载力均大于锚桩上拔力。

在试桩过程中，应保证锚桩与反力架的联结可靠，静载试验采用慢速维持荷载法，逐级等量加载，逐级等量卸载，终止加载条件按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）第4.3.7条、《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003）第4.3.5条及《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）第16.3.9条执行。

6 结语

在桥梁的建设过程中，桩基试验和检测是保证桩基设计安全、施工可靠的重要手段。交通部关于公路桥梁桩基检测的规范有《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01-2004)，但没有关于桥梁静载试验的相关规范，在进行桩基检测设计时，可参考《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014），部分地区也有当地的桩基检测规范规程，如上海地区的《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）和《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003）。各规范关于桩基检测的适用方法、检测数量、加载量等规定有所不同，设计时应注意结合工程实际加以确定。单桩竖向抗压静载试验的加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置和自平衡反力装置，其中，锚桩横梁反力装置应用较为广泛。静载试验设计时应注意对试桩桩头构造做特殊处理，并验算锚桩的裂缝宽度和抗拔承载力。