灌注桩成孔质量测试技术应用研究综述

孙雪峰，张八芳，陈鹭琳，张勇

(厦门市工程检测中心有限公司 福建厦门361004)

引 言

灌注桩在建筑、桥梁、港口、交通等领域有着广泛的应用。灌注桩施工属于地下隐蔽工程，复杂地质条件或施工失误都可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等质量问题，成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量。从桩基的施工工序来看，灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，基桩测试相应分为成孔后测试和成桩后测试两大部分。若未对成孔进行测试，仅在成桩后再对工程桩进行测试，一旦出现测试结果不满足设计要求，将需要很大精力和物力来进行工程处理。

在我国，基桩测试技术的发展特点是成桩测试技术优于成孔测试技术［1］，随着行业管理力度的加大、监管制度的推广和完善，成孔质量测试作为基桩工程测试中的一个重要部分，已越来越被各建设部门所重视。国家和一些地方先后制定了灌注桩成孔质量检验标准，使得灌注桩成孔质量测试有章可循。混凝土灌注桩成孔施工分为干作业法和湿作业法，由于干作业成孔后人或探测设备可接近孔壁和孔底，对成孔质量进行直观的检查，相比，湿作业成孔质量控制难度大，基桩质量问题更不易被发现。本文针对湿作业灌注桩成孔质量测试技术的应用研究现状，对成孔质量测试检验标准、测试技术及其存在问题作了综述，并给出了一些技术研究的建议，以期与同行探讨。

1 成孔质量测试检验标准

成孔质量测试检验内容包括桩的孔位、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标等。

国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202)对灌注桩成孔质量的检查内容、检验标准及检查方法都进行了相关规定和要求，并给出了桩位、孔深、桩径、垂直度以及沉渣厚度的允许偏差或允许值。

在行业标准中，《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041)和《建筑桩基技术规范》(JGJ 94)也对灌注桩成孔的桩位、孔深、桩径、垂直度、沉渣厚度等作出了明确的允许偏差要求。

随着地方对成孔质量测试的重视和发展，上海市地方标准《地基基础设计规范》(DGJ08－11)首次提出，在施工前进行试桩成孔外，尚应在工程桩中均匀随机抽查孔径，抽查数量不得少于总数的10%，并在《建筑基桩检测技术规范》(DGJ08－218)中给出了成孔检测测试的项目及允许偏差。天津、江苏、广东、陕西等一些地区也先后编制了成孔质量检验方面的地方标准，对检测项目、检测数量、检测标准及仪器设备方面作了规定和要求。

此外，电力、铁路、港口等领域均对成孔质量检验也作了要求，尤其在公路水运资质标准里面，明确规定综合甲级试验检测机构需具备对基桩进行成孔质量检测测试的技术和设备能力。

2 成孔质量测试技术

根据规范规定，成孔质量符合规范要求后方可进行下一工序施工。桩位可通过经纬仪或全站仪测得，泥浆指标可通过泥浆比重仪测定，以上指标测定较为简单。对于孔径和垂直度测定，传统测试多是采用自制的探孔器探测，其中钢筋笼式是简易法测试中使用较广泛的一种检孔器具，其设备制作简单，但该类探孔器由于尺寸固定只能定性的探测孔径是否小于设计孔径或倾斜，对测试人员的经验能力要求较高，结果带有很大的估计性，且易破坏孔壁和卡孔，对于扩孔、塌孔、倾斜度、孔底沉渣等指标均无法测定［2］。特别是对于变直径桩或扩底桩，探孔器不能适用，更不能直观地判断成孔质量的好坏，一些公路工程施工中已禁止使用该种检孔方法。对于孔深测试，工地上常用下端系测锤的测绳进行孔深测量，普通测绳测量时遇水后易出现收缩现象，陈叶刚等人［3］发现一条测绳的最大收缩率竟达1.5%，另外，测绳使用次数过多、时间过长，测绳上数字看不清或发生滑移，均会导致测深偏差。

图1 孔径仪示意图

图2 触探式测试仪的桩身成孔测试曲线示意图

图3 测斜仪示意图

综上，传统的成孔检测方法已无法满足精确测量的要求。在多年的泥浆护壁灌注桩施工和测试中，逐渐研究出现了两种具有代表性的先进仪器设备:触探式测试仪和超声波法测试仪。这两种仪器设备的测试原理、数据处理方式均不相同，在实际应用中各具优势和局限性，下面将具体介绍这两种成孔质量测试技术。

2.1 触探式测试仪

触探式测试仪一般是由多种仪器共同组成的测试系统，分为孔径仪、测斜仪及沉渣测试仪系统，孔深测试一般与孔径测试同时进行。用于孔径测试的测头前端有四条测腿，如(图1)所示，测腿可在弹簧和外力作用下自动张开、合拢，测头放入孔底后，张开的测腿以一定的压力与孔壁接触，测腿的张开角度随着孔径的变化而变化。伞形孔径仪通过在测头上安装的电路将孔径值转化为电信号，由电缆将电信号送传到地面，根据接收、记录的电信号值计算或直接绘出孔径，触探式测试仪的桩身成孔测试曲线如(图2)所示。另有专用的测斜仪探头利用铅垂原理测量成孔的垂直度，测斜仪如(图3)所示。

目前沉渣测试的方法大致有测锤法、电阻率法、电容法、声测法等。触探式测试仪系统的沉渣测试采用电阻率法，沉渣测试仪如(图4)所示。不同介质的导电性不同，沉渣测试仪通过测量介质的电阻值变化判断沉渣厚度。测试时，将探头在距离孔底一定高度使其下落，在重力的作用下，插入孔底原状土层中，然后绞车慢慢提升电缆，通过自动记录仪记录探头自原状土到孔底沉渣再到孔内泥浆的电阻率变化曲线。通过分析该曲线的变化特征，确定孔底沉渣厚度，沉渣电阻率测试曲线如(图5)所示。

图4 沉渣测试仪示意图

图5 沉渣电阻率测试曲线示意图

基于触探式的成孔质量测试技术在应用中存在以下几个方面的问题:

1)受触探测腿长度的限制，孔径的测量范围一般不超过3m，过长的机械测腿除太重不便安装运输外，测量数据的线性度也难以保证［4］。

2)测定的桩孔直径为4个探头测试结果的平均值，不能真正直观的反映周边孔壁的变化情况，对于非轴对称孔径变化的桩孔测试存在一定误差。

3)当成孔地质比较复杂、塌孔现象较严重或孔径突变段，触探式测试仪不能适用。

2.2 超声波法测试仪

随着测试技术的提高，非接触式超声波成孔质量测试技术得到了迅速发速。超声波的成孔测试技术是利用超声波测距原理，通过超声波传感器，向孔壁四周发射超声波脉冲，脉冲到达孔壁后被反射，再回到发射位置，通过测量从发射到收到回波的时间间隔，计算得出孔径大小，实际垂直度则利用孔壁曲线的偏移值计算得出。超声波法测试如(图6)所示，测试的桩身成孔曲线如(图7)所示，从实测的曲线可清晰的看出成桩的孔径和垂直度情况。

图6 超声波示意图

图7 超声波法测试仪的桩身成孔测试曲线示意图

与触探式测试仪相比，超声波成孔测试技术具有应用范围广、适应更大孔径等优点，有的仪器可测试8m以上的孔径，还可直观地给出孔壁坍塌等现象，通过分析孔壁对超声波的反射强度，给出不同深度处地层的软硬度判断;对于支盘桩和地下连续墙的成槽过程测试，只能使用超声波法。

基于超声波原理的成孔质量测试技术在应用中依然具有一定的局限性:

1)测试孔内的泥浆性能指标和粗颗粒含量应满足仪器的使用要求［5］，若泥浆比重较高，或泥浆中悬浮泥沙颗粒较多，超声波在到达孔壁之前因颗粒形成漫射波，造成超声波能量在传输过程中大幅衰减，即使通过仪器的增益调节后仍然明显;还可能因为泥浆比重过高，泥浆将探头完全封闭，造成没有测试信号的现象。

2)当孔壁较松散、塌孔或扩径时，发收时间较长，信号较弱甚至接收不到发射信号，致使测试失败。

3)在深长桩孔测试中，上部泥浆长时间持续沉淀不断堆积在孔壁上，使得越向下显示的孔径测试值越小的缩径假象［6］。

4)测距存在盲区，为超声波探头发射面外侧约20cm距离，对于小直径灌注桩或因桩孔偏斜较大时，成孔测试出现探头距孔壁太近，导致探头进入盲区而无法接收信号。

5)吊放传感器的缆绳自转引起传感器中心的偏移，导致测量的垂直度方位数据产生偏差。

3 建议

随着建设规模越来越大，灌注桩的孔径和深度越来越大，对孔径、垂直度等指标的要求更为精确，对测试技术和方法也提出了更高要求。对于灌注桩成孔质量测试技术的研发应用建议如下:

(1)根据两种测试方法的特点，充分发挥各自不同情况下的成孔质量测试中的优越性，值得进一步研究和探讨。

(2)在确保孔壁安全的前提下，适当增加新泥浆的比例，采取措施减少泥浆中的悬浮颗粒或泥砂含量，成孔质量测试可获得更好的效果。

(3)深入研究泥浆中高含砂量的声学性能，改善提高超声波法对高含砂泥浆的适应性，扩大超声波的量程，以适应更大孔径的成孔测试需求。

(4)理论上沉渣的声学属性和上部泥浆及下部桩端岩土的声学属性存在差异，研究这种差异增加声学测试沉渣功能，对于指导施工更具有意义。

4 结语

(1)触探式和超声波法是目前成孔质量测试中精度较高、技术较为成熟的测试方法，成孔质量测试对大直径和高承载力的超长灌注桩施工具有重要指导价值。

(2)现场施工应依靠科技进步，利用必要的先进测试设备，测试灌注桩的成孔参数，为改进施工工艺提供依据，有助于保证桩基施工质量、优化设计和控制成本。

(3)灌注桩成孔孔壁很少是垂直和对称的，测试灌注桩桩身的成孔曲线、垂直度、成孔体积及孔壁特性，有助于研究基桩承载力性能和合理评估基桩承载力。

(4)成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量，成孔质量检测能起到提前预控作用，无论从工程技术角度还是经济效益来看都是非常有益的。

［1］马芹永.钻孔灌注桩质量检测标准及检测方法［J］.西安科技学院学报，2002，22(1):28～32.

［2］李兴旺.长大直径钻孔桩成孔质量检测技术［J］.粉煤灰综合利用，2012(1):34～37.

［3］陈叶刚，徐建国.钻孔桩成孔质量检测综述［J］.中国水运，2009，9(1):247～248.

［4］王润田，陈晶晶，任飞，等.用超声波检测成孔成槽质量的若干问题［J］.测试技术学报，2012，26(6):475～482.

［5］谭睿，何凤，原力智.两种大直径钻孔灌注桩成孔质量检测方法［J］.资源环境与工程，2012，26(2):123～127，137.

［6］张树风，谢晓锋.灌注桩成孔质量检测技术及若干问题探讨［J］.广东土木与建筑，2011(8):63～64，26.