桩基工程质量检测方法分析

陈文涛

（广州铁诚工程质量检测有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

桩基础是建设工程中重要的基础类型，桩基础工程的质量决定建筑主体结构的可靠性、安全性。桩基础属于隐蔽性工程，控制其质量较难。因此，桩基质量检测显得特别重要。本文以桩基工程质量检测的主要内容为切入点，详细介绍钻孔检测法及冲击回波法等常用的桩基检测方法，最后结合工程实例对桩基工程质量检测方法进行应用分析。

1 桩基工程质量检测的主要内容

1.1 工程结构成孔质量

随着桩基工程结构深度变大，人们对桩基质量提出了更高的要求，加强桩基工程成孔质量检测就成为工程建设的重点工作之一。桩基工程成孔质量检查的内容主要有：

（1）成桩孔孔径检查。不同项目工程质量要求和施工的地质环境存在较大差异，需要布设的成桩孔孔径也不同，应根据施工规划检查孔径，避免因孔径过大或过小而影响桩基结构承载力和受压能力的发挥，防止出现返工现象，达到控制施工成本的目的。

（2）成孔的统一检查。根据施工技术规程的要求，桩基成孔孔径应保持相同，并且要保证灌注桩的钻孔都要符合施工要求，保证混凝土浇筑顺畅，提高施工效率，节约混凝土。

（3）成桩的倾斜度检查。施工地质环境复杂多变，在钻机钻孔时不可避免地会遭遇裂缝、碎石等地质结构，这类地质结构的出现会大大增加钻机钻杆倾斜度，产生倾斜偏差，影响桩基受压能力。因而，必须选择超声波成孔成槽检测仪等设备检测倾斜度，控制倾斜偏差。

（4）桩底检查。桩底是桩基的基础，若桩底沉渣厚度无法满足施工标准，将会大大影响成桩的效果。如果桩底较薄，可以适当增加桩基长度来改善结构的承载力。

1.2 桩结构的承载能力

目前，城市建筑中高层建筑和超高层建筑越来越普遍，但高度增加也意味着建筑需要承载的负荷也在增加，根据相关研究发现，当建筑增加一层时，地下结构的单位面积负荷量高达2100kN。其中，桩基结构是主要的受压结构，检测桩基结构的承载力是桩基工程质量检测的重点。一般情况下，桩基结构的承载力检测需要用到静荷载试验或者是动荷载试验，采用不同的检测方式，执行标准和评判体系也不一样，如静荷载试验单桩基的承载力必须达到已有承压材料质量的1.2倍。

1.3 桩结构的完整性

现阶段，桩基结构主要是由混凝土浇筑制作而成，如果混凝土制备或浇筑时出现问题，那么整个桩基结构的施工质量都会受到影响，如混凝土浇筑速度过快会导致桩基结构缺失的问题。基于此，在进行桩基工程质量检测时，必须加强对桩基结构完整性的检测，但往往桩基结构都深埋于地下，无法直接用肉眼的方法来观测其完整性。因而，在总结桩基工程检测经验的基础上，可根据施工实际选择相应的检测方法，如低应变动检测法、射线检测法等等。另外，在收集、整理和分析数据的时候，应采用相应的数据分析模型来分析数据，排除干扰因素，提高数据分析的客观性，保证桩基工程质量检测的可靠性。

2 桩基工程质量检测方法的应用要点

2.1 钻孔检测法的应用要点

钻孔检测法开始使用的时间较早，检测经验较为丰富，对桩基结构的干扰较小，并且已经形成了较为成熟的应用体系。在对已经完成施工的桩基工程进行质量检测时，需先在桩基结构上钻孔，但这个钻孔的直径较小，不会影响桩基结构的稳定性。接着再收集各项样本数据，并根据样本数据测定该桩基结构的抗拉强度。最后将其与施工标准相对比，判断评估桩基结构的质量是否达到施工要求。

2.2 冲击回波法的应用要点

冲击回波法主要是通过分析波长来判断桩基结构的质量。在桩基施工时先确定检测位置，接着再设计位置放置设备，启动设备向已经完成施工的桩基结构释放冲击波波长，释放出来的波长会通过介质传播到桩基结构内部，桩基接收波长，再反射波长，接着再收集桩基结构反射回来波长，观察波长的频率、跳动的规律，对波长进行全面分析。分析不同波长频率和跳动规律背后隐含的问题，分析桩基结构的缺陷类型和分布位置，便于施工人员采取针对性的方法快速补救桩基，但如果桩基结构存在严重缺陷，则要重新进行桩基施工，提高桩基工程质量，避免影响后续环节的施工。

2.3 低应变反射波法的应用要点

低应变反射法在操作上与冲击回波法存在相似之处，但低应变反射法的操作更加简单，经济效益较高。在应用低应变反射法开展桩基结构质量检测时，设备会发出波长，桩基接收设备释放的波长，并且吸收一些波长后再将波长反射回去，设备会接收桩基结构反馈的波长，自动根据波长的长度和其他数据使用波动方程，处理桩基反馈回来的数据，并进行数据分析，模拟震动模型。同时，在桩基结构顶端会释放振荡波长，振荡波长会向结构内部发射，形成垂直应力波，不同混凝土配比和不同地质环境下形成反馈出来的波长也存在一定差异，发出设备也能对其进行分析，并生成科学直观的桩基质量检测报告，便于后续处治桩基。

2.4 弱电磁法的应用要点

在应用弱电磁法对桩基结构质量进行检测时，要先在准备实施质量检测的桩基结构附近放置电磁波设备，检查无误后即可启动电磁波设备，让设备释放电磁波长，桩基结构接收和反馈电磁波长。若桩基结构质量达标，电磁波就会在桩基内部形成完整的电流通路，但如果桩基结构存在损伤和质量问题，那么受到缺陷的影响电流也会出现变化，检测设备会根据电流变化来判断桩基结构质量问题的大致分布位置和具体的缺陷类型，帮助技术人员判断质量问题，并且能够提高桩基零件更换的效率和准确率。

2.5 静力触探法的应用要点

静力触探法检测桩基结构的质量是通过静压力的探测装置来完成检测的，具体的作用原理是先在待检测的桩基结构上放置静压力装置，在检测过程中传感器会收集桩基结构受到的静压力数据信息，并计算受到静压力数据的最大值和持续时间，再将测量结果与标准数据相比较，若二者偏差较小，则可以判断其无质量问题，但如果发现结果与标准数据差异较大，则需要排查结构，并施作支护，提高桩基结构的静压力承受能力。

2.6 超声波检测技术的应用要点

相较于钻孔检测法，超声波检测技术无需钻孔采样，对桩基的损害较小，检测的准确性也比较高。超声波检测技术是通过超声波设备向桩基结构释放超声波，桩基结构在接收到超声波之后，会反射超声波波长，收集分析反馈回来的波长数据，并将其放大，可以快速判断桩基结构存在的缺陷类型、缺陷的分布位置等情况，并且受环境的干扰较小，可以适应于多种施工环境，兼具无损检测和快速准确检测双重效果。

2.7 激光无损检测技术的应用要点

激光无损质量检测技术是借助激光来检测桩基结构的质量，也是一种无损检测技术。利用激光遇到光则强和传播速度快的特性，设备向桩基结构发射激光，而激光在遇到狭窄结构时会发生衍射，技术人员可以根据条纹的呈现程度判断桩基工程的质量，评估桩基结构内部的变形程度。另外，还可以利用光时差原理进行短距离的时差记录，快速判定缺陷，提高建筑工程质量检测效率。

3 工程实例

3.1 工程概况

某高层建筑结构为地上33 层，地下1 层，总高度99.8m，长约60m，宽29m，主体结构形式为框支剪力墙，基础形式为柱-阀基础，埋深-7.0m，勘探点地面标高介于419.05～423.32m 间。同时，根据地质勘察报告显示，施工现场岩层分层分别为填土、黄土、古土壤、黄土和多层不同的粉质黏土，地质条件较为复杂。经过充分研究与反复讨论，本工程基础拟采用混凝土钻孔灌注桩作为基础，桩基强度等级为C35，试验桩强度等级为600mm，桩长为37m，单桩竖向承载力设计值不小于2800kN，成孔工艺为锅锥成孔。

3.2 桩基工程质量检测分析

根据场所所具备的稳定性以及各种桩基工程质量检测的优势与特点，本桩基工程采用了成孔质量检测、静载试验、低应变试验检测及高应变试验检测，严格按照设计要求与相关规范实施检测。

3.2.1 成孔质量检测

选择郑州南北仪器设备生产有限公司生产的JJC-ID 灌注桩孔径检测系统完成成孔质量检测，成孔质量检测的内容主要包括成孔孔径和孔深、成孔统一性、成孔的倾斜偏差及桩底沉渣厚度。考虑到篇幅的问题，本文仅选择10#桩作为代表，分析10#桩成孔质量检测情况，具体情况见表1所示。

表1 10#桩成孔质量检测结果

从表1 可知，10#桩桩径范围为588～699mm，部分钻孔存在扩大孔径的问题，而一部分钻孔存在缩小孔径的现象。10#桩钻孔的垂直偏差为0.79%，不超出1%的偏差允许范围，达到相关规范要求。10#桩桩底的沉渣厚度为100mm，低于150mm 的偏差允许范围，达到相关质量标准。

3.2.2 静载试验

本文选择竖向静载试验作为重点分析对象，本桩基工程竖向静载试验共抽样了4 根试验桩和1 根工程桩，采用锚桩反力式慢速维持荷载法对单桩竖向静载进行检测，试验结果如表2所示。

表2 单桩竖向静载试验结果

从表2 可知，4 根试验桩和1 根工程桩的单桩竖向最大荷载值分别为6000kN、6200kN、5500kN、6200kN和5500kN，并且单桩竖向承载力都超过了2800kN，达到设计标准。

3.2.3 低应变试验检测

为了保证检测的有效性，本桩基工程检测共选择对128根（包含4根试验桩）桩基进行低应变试验检测，具体检测方法为反射波法。反射波法分析1 根工程桩和4 根试验桩。根据被检测的桩基质量的高低将桩基机构等级分为4 个等级：第一等级为Ⅰ类桩，即桩基结构完整无质量问题的桩基；第二等级为Ⅱ类桩，即桩基结构较为完整，但存在轻微的质量问题的桩基；第三类为Ⅲ类桩，即桩基完整性稍差于Ⅱ类桩，桩身存在明显质量问题的桩基；第四类为Ⅳ类桩，即桩基结构的完整性较差，桩身存在严重质量问题且需要重新施工的桩基。按照这一分类对128 根桩基桩身低应变测试，并汇总测试结果[1]。为了保证分析的一致性，低应变试验检测也分析4根试验桩和1根工程桩的情况，具体情况如表3所示。

表3 桩身低应变测试结果

从表3 可以发现，检测桩基桩身波速在3004～4464m/s之间，桩基等级为I类桩，但距离桩顶处都存在扩径问题，扩径的大小在2.9～9m之间。

桩身和桩端的应力计算公式如下：

式中：σsi——桩身第i断面处的钢筋应力；

Es——钢筋弹性模量；

εsi——桩身第i断面处的钢筋应变。

为准确计算桩侧土的分层极限摩阻力和极限端阻力，计算公式如下：

式中：qsi——桩第i断面与i＋1断面间侧摩阻力；

qp——桩的端阻力；

i——桩检测断面顺序号，i=1，2，……，n，并自桩顶以下从小到大排列；

u——桩身周长；

li——第i断面与i＋1第断面之间的桩长；

Qn——桩端的轴力；

A0——桩端面积。

3.2.4 高应变试验检测

为了提高高应变试验检测效果，本桩基工程采用实测波形拟合法。施工场地内共包括25 根桩基，为准确测量25 根桩基的单桩竖向极限承载力，根据施工规划在场地内布置24 个检测点[2]。分析桩基质量检测报告后发现，场地内25 根桩基的单桩竖向极限承载力在5611～6399kN 之间，平均值可达5987kN，减去受地质条件影响的承载力，单桩竖向极限承载力的标准数值为5887kN。其中10#工程桩极限承载力具体为5991kN，具体高应变试验检测结果如表4所示。

表4 10#工程桩高应变试验检测结果

单桩水平静载荷试验计算公式如下:

式中：m——地基土水平抗力系数的比例系数，kN/m4；

α——桩的水平变形系数，m-1；

νy——桩顶水平位移系数，νy=2.441；

H——作用于地面的水平力，kN；

Y0——水平力作用点的水平位移，m；

EI——桩身弯刚度，kN·m2；其中E为桩身材料弹性模量，I为桩身换算截面惯性矩；

b0——桩身计算宽度，m；

4 结束语

开展桩基工程质量检测能够有效排查桩基结构的缺陷，保证建筑物安全。但在实际工作中，桩基工程质量检测工作会受到地质特点、检测环境等因素的影响，因此，对检测方案的选择和操作流程的要求较为严格[3]。为提高桩基工程质量检测的效率和准确性，必须结合桩基施工的实际情况，制定合理的检测方法，并对检测结果进行综合评价，排除干扰因素，保证检测结果的客观性与准确性，以此作为开展后续工作的参考，提高建筑工程的安全性。