浅谈桥梁桩基检测

罗浩然

(内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000)

1 概述

桥梁基础将构造物所受各项力传导至地基，在桥梁结构中有着重要的作用，现内蒙古地区大中桥梁基本采用灌注桩作为桥梁基础。因此，灌注桩的检测在工程检测中应予以高度重视，并理解试验手段及步骤。

桩基检测中主要有以下几个项目，桩基成孔质量检测、桩身完整性检测、桩基承载力检测。其中桩基成孔质量检测又细分为泥浆性能指标检测和成孔质量检测；桩身完整性检测中，目前常规手段可分为低应变反射波法、超声投射波法、钻探取芯法；桩基承载力检测中，主要的检测试验包括以下几项：单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验、高应变动力桩法。在桩基试验检测过程中，检测项目较多，方法较多，涉及参数较多，笔者对现行的检测项目、手段、规范进行总结归纳，为今后的桥梁桩基检测提供了理论依据。

2 成孔质量检测

成孔质量检测主要包括：桩位偏差测量、钻孔倾斜度检查、桩的孔径和垂直度检测、桩底沉淀厚度检测。桩的孔径和垂直度检测是桥梁桩基检测中的重要检测项目，主要的检测手段有：探孔器检测、伞形孔径仪检测、声波法检测3种方法，其中探孔器为自行制作简便探孔工具，应注意探孔器外径不应小于设计钻孔，且探孔器长度不应小于4倍～6倍的外径。因为桩底沉淀土的厚度极大地影响了桩端承载力，因此桩底沉淀厚度检测极为重要，对于桩径≤1.5 m的摩擦桩不宜大于200 mm，对于桩长>40 m或桩径>1.5 m的桩基及土质较差的摩擦桩不宜大于300 mm，对于支撑桩不宜大于 50mm，重要的检测方法有垂球法、电阻率法、电容法。

3 桩身完整性检测

桩身完整性的检测主要有以下3种手段：低应变反射波法、声波透射法、钻探取芯法。

3.1 低应变反射波法

反射波法检测系统由基桩动测仪、传感器和激振设备组成。在锤击振时应根据被测桩基实际情况而选择不同材质重量的击能锤。

当被检桩直径较大且桩长较长时，在选择锤或者力棒时应选择质量较大的，以产生频率低且能量大的激振信号。当锤击物材料偏硬时，可产生高频脉冲，这样有利于提高桩身缺陷的分辨率，但提高分辨率的同时会造成高频信号衰减较快的问题，对于被测桩较深处的缺陷探测有较大影响。当锤击物材料较软时，会产生低频脉冲波，虽然降低了被测桩桩身缺陷的分辨率，但是对桩底缺陷检测信号的获得更为有利。小钢锤脉冲宽度约为0.6 ms、尼龙锤约为2.0 ms、橡皮锤约为4.6 ms。在现场检测时应注意，激振点的位置和传感器的安装位置应避开被检桩钢筋笼的主筋位置，根据桩径大小，分别布置2个～4个传感器，实心桩的激振点应选择在桩中心，检测点宜在距桩中心2/3半径处；空心桩应设置在壁厚的1/2处，激振点与桩中心连线成90度角。

主要原理是把桩作为一维弹性均质杆件，设介质密度为ρ、截面面积为A、纵波波速为C、弹性模量为E，则桩身材料的广义波阻Z=ρAC=EA/C。经整理可得以下3个公式作为低应变反射波法判断桩完整性的依据：

n=Z1/Z2=ρ1A1C1/ρ2A2C2

(1)

F=(1-n)/(1+n)

(2)

T=2/(1+n)

(3)

判断标准为：

①当Z1≈Z2时，即桩身连续，无明显阻抗差异，n=1、F=0、T=1。②当Z1>Z2时，即桩身有缩颈、离析、空洞及摩擦桩桩底的情况，此时n>1、F<0、T>0。③当Z10、T>0。

3.2 超声透射波法

声波透射法是在灌注桩中预埋两根或两根以上的声测管作为检测通道，管中注满水作为耦合剂，将超声波发射器与接收器分别置于管内，对桩体进行检测。目前声波检测仪主要有两种：①模拟式声波仪，模拟式声波仪工作量大、效率低、容易出错；②数字式声波仪，数字式声波仪提高了检测精确度，提高了效率。

声测管数量与桩径大小有关，当桩径<1 000 mm时，应埋设2根管，当桩径>1 000 mm且<1 600 mm时应埋设3根管，当桩径>1 600 mm且≤2 500 mm时，应埋设4根管。受检桩的混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15 MPa,龄期不得低于7天。测点总数不应少于20个，异常点不参与统计。

3.3 钻探取芯法

钻探取芯法是检测混凝土灌注桩成桩质量的一种有效方法，受检桩的桩径不宜小于800 mm，长径比不宜大于40，一般桩身混凝土强度不宜低于C10。所取钻孔数，桩径<1 200 mm的桩不应少于1孔，桩径1 200 mm～1 600 mm的桩不应少于2孔，桩径>1 600 mm的桩不宜少于3孔。当桩长小于10 m时，每孔赢取2组芯样，当桩长在10 m～30 m间时，每孔应取3组芯样，当桩长>30 m时，每孔不应少于4组芯样。上部芯样及下部芯样取样位置不宜大于1倍桩径或2 m。

混凝土芯样抗压强度代表值按一组3块试样强度的平均值确定。单桩混凝土芯样试件抗压强度代表值是指该桩不同深度位置的混凝土芯样的抗压强度代表值的最小值。当混凝土抗压强度出现以下情况时，则该桩不满足设计要求：抗压强度检测值小于混凝土的设计强度，沉渣厚度不满足设计要求，端持力层岩土性状或厚度不满足设计要求。

4 基桩承载力检测

基桩承载力的确定方法有静载试验和桩的动力试验两大类，其中静载试验室确定单桩承载力最原始、最基本的方法，也是最可靠的方法。基桩静载试验是获得基桩轴向抗压、抗拔及水平向承载力最直接、最可靠的方法。

4.1 单桩竖向抗压静载试验

桩基静载荷实验方法主要有等贯入速率法、循环加载法、终极荷载长时间维持法，在试验时应保证混凝土强度应达到设计要求，且不少于规范规定的休止时间。成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。试桩桩头混凝土强度不得低于C30，露出试坑地面高度不宜小于600 mm。

公路工程基桩检测技术规程中的慢速维持荷载法的相关要求为，每级加载量为预估极限荷载的1/15—1/10，首级可按2倍分级加载，未达到稳定时不可进行下级加载，每级加载后按照5 min、15 min、30 min、45 min、60 min测读桩顶沉降量，以后每隔30 min测一次。当出现以下情况之一时终止加载：被检桩在某级荷载下沉降量是前一级沉降量的5倍，且桩顶总沉降量>40 mm；被检桩在某级荷载作用下沉降量为前一级2倍，且24 h内未能达到稳定状态，同时总沉降量>40 mm；荷载—沉降曲线呈缓变形时，可加载至桩顶总沉降量60 mm～80 mm，当桩长超过40 m或被检桩为钢桩时，宜考虑桩身的压缩变形，应加载至桩顶总沉降量80 mm；荷载已达到承载力允许值的2倍或设计要求的最大加载量，且沉降达到稳定状态；桩身出现明显破坏；锚桩上拔量已达到允许值。

单桩竖向抗压极限承载力的确定，对于陡降型Q-s曲线，取发生陡降起始点对应的荷载值；根据沉降时间变化的特征确定，取s-lgt曲线尾部出现明显下弯的前一级荷载值；被检桩在某级荷载下沉降量是前一级沉降量的5倍，且桩顶总沉降量>40 mm时取前一级的荷载值；被检桩在某级荷载作用下沉降量为前一级2倍，且24 h内未能达到稳定状态，同时总沉降量>40 mm时取前一级的荷载值；荷载已达到承载力允许值的2倍或设计要求的最大加载量，且沉降达到稳定状态取本级荷载值。

4.2 单桩竖向抗拔静载试验

单桩竖向抗拔静载试验应采用慢速维持荷载法。出现下列状况时应停止加载：某级加载时大于前一级上拔力5倍，累计上拔量超过100 mm，上拔荷载达到受拉钢筋抗拉强度设计值，达到设计要求的最大上拔荷载或最大上拔位移。检测数据的确定可参考单桩抗压静载力试验。

4.3 单桩水平静载试验

单桩水平静载试验适用于检测桩顶自由时的单桩水平承载力，推定桩侧地基土水平抗力系数。每级加载量为预估极限荷载的1/10—1/12作为加载极差。加载方法主要分为两种：单向多循环加、卸载法，每级荷载施加后，维持荷载4 min后测读水平位移并卸载至零，停2 min后测读残余水平位移，如此为一个循环，如此循环5次后，完成一级荷载的试验观测，试验不得中间停歇。慢速维持荷载法与竖向静载试验要求一致。

当出现下列情况之一是即可终止加载：桩身折断，当水平位移超过30 mm～40 mm，达到设计要求的最大加载量或水平位移允许值。

5 高应变动力试桩法

高应变动力桩法是通过与桩应力水平相近的重锤冲击桩顶后，产生沿桩身向下传播应力波和一定的桩-土相对位移，利用传感器记录冲击波作用下的加速度与应变信号。高应变动力试桩法的检测目的，对被检桩的竖向抗压承载力进行监测，对所得监测数据进行分析和计算，进而得到被检桩的桩侧摩阻力和被检桩的桩端承载力。对被检桩的桩身完整性进行检测，判定缺陷位置及缺陷程度。监测混凝土预制桩和钢桩沉桩过程中桩身应力和锤击你能量传递比，为选择沉桩工艺参数和确定桩长提供依据。

现场检测信号出现下列情况之一时应停止检测，严禁将其用于分析：①力和速度信号第一峰起始比例失调；②测试波形紊乱；③桩身缺陷程度加剧。

6 结束语

笔者研究参考大量桩基检测规范，对公路工程中桥梁桩基检测进行了总结归纳，根据规范内容，简要概述了规范中的相关规定与检测步骤，对重点项目及较容易忽略部分进行详细描述，同时重点分析了桩身完整性检测、基桩承载力检测，对今后的公路桩基检测提供了一定帮助。