低应变法与钻芯法联合检测大直径

低应变法与钻芯法联合检测大直径混凝土灌注桩探讨提要：本文对低应变法与钻芯法的适用范围、技术特点进行了介绍， 结合几种典型实例，说明低应变法与钻芯法联合检测在大直 径混凝土灌注桩桩身质量检测中的重要性和必要性。关键词：低应变法；钻芯法；大直径灌注桩；桩身完整性检测1、引言对于端承型大直径混凝土灌柱桩及所有高承载力的桩而言，往往 不允许任何一根桩“带病”工作，更不允许任何一根桩承载力失效， 否则后果不堪设想。鉴于目前对桩基施工过程中的检测重视不够，不 能够及时发现并解决问题，仅在施工后进行验收检测，因此要求基桩 验收检测的信息量更加丰富，需涵盖到桩身质量的主要方面，本文仅 对桩身强度简要说明，主要是探讨桩身完整性检测。桩身强度检测主 要有钻芯法检测，目前许多工程用施工中所留置试块的抗压强度值代 用，由于桩身混凝土属隐蔽施工，其混凝土施工质量不易保证，对于 大直径端承型灌柱桩而言，这种做法不完善。灌注桩的完整性检测方 法主要有低应变法、高应变法、声波透射法、钻芯法等四种方法。但 在实际工程中，由于现场条件限制无法进行高应变检测，或由于没有 预埋声测管或声测管堵塞无法进行声波透射法检测， 或由于钻芯法 设备安装对拟建工程场地要求较高，工期及要求龄期均较长，且费用 高等因素不进行钻芯法检测，而低应变法，具有速度快，费用较低和 抽检数量大的特点，容易发现桩基的整体施工质量问题，于是在许多 桩基工程中仅做低应变检测而应付了事，这种做法是极其危险的。本 文结合几种典型实例，说明低应变法联合钻芯法检测在大直径混凝土 灌注桩桩身质量检测中的重要性和必要性。2、检测方法简介21 低应变检测简介低应变检测最常用的反射波法以一维应力波理论为基础，以截面 波阻抗Z=pcA为参数（p为材料密度，c为波速，A为截面积）描述 桩身质量情况，当应力波沿桩身传播时，遇到波阻抗变化界面将产生 反射和透射，而反射的相位和幅值大小均由波阻抗变化决定。当波阻 抗减小即桩身出现离析，夹泥、缩径等缺陷时，速度波产生同相反射， 当波阻抗增大，即桩身出现扩径时速度波产生反相反射，而波阻抗变 化越大，反射波的幅值也就越大，由桩底反射波时间算出桩身混凝土 平均波速，由缺陷反射波信号时间算出缺陷位置。由此可见，根据所 测波型情况可判断出桩身所存在的缺陷和扩径情况，并根据桩底反射 波信号对桩底持力层和沉渣情况作出估计。反射波法现场操作方便快 捷，检测费用较低可作为一种普查手段。22 钻芯法检测简介钻孔取芯法检测是一简单直观的方法。一般采用 110mm的双 管钻具、保证较高的垂直度沿平行轴线方向钻进。钻进中为防止钻孔 偏斜，尽量减少环状间隙，增强钻具的稳定性，确保混凝土采取率达 到 95% 以上。它具有科学、直观、实作等特点，不仅可检测桩身完整 性、混凝土质量及强度，而且可检测沉渣厚度、混凝土与持力层的接 触情况，及持力层的岩土性状，是否存在夹层等情况，这一点是其它 检测方法无法比拟的。通过钻孔抽芯可检查整个桩长范围内混凝土的胶结，密实度是否 正常和测出桩身混凝土的实际强度，即可检查出混凝土的配制技术， 又可检查出桩身混凝土的灌注质量。钻孔取芯法检测操作较麻烦，设 备笨重、工作周期长，对长桩容易偏出桩身，而且检测费昂贵不宜大 面积检测，只能作为桩基完整性检测中的一种辅助手段和桩身质量详 测手段。23 其它方法概述声波透射法检测全面、细致，检测范围可覆盖全桩长的各个横截 面，信息丰富，结果可靠，且现场操作简便、迅速，不受桩长、长径 比的限制，一般也不受场地限制。声波透射法是目前重要建筑物及重 要桥梁基桩完整性检测的重点手段，但前期工作多，不具有随机性， 在一般高层建筑基桩检测中较少使用。高应变检测方法的主要功能是叛定单桩竖向抗压承载力是否满足 设计要求，检测桩身缺陷及其位置。它检测的承载力是桩周岩土对桩 的抗力，在完整性检测方面与低应变检测一样为一种间接检测方法， 由于其激励能量和检测有效深度大的优点，在判定桩身水平整合型缝 隙、预制桩接头以及桩身深部缺陷时较低应变效果好，在桩侧和桩端 阻力很强时，高应变法也测不出桩底反射，影响桩身完整性的判定； 在检测桩身浅部存在缺陷易被忽略，灵敏度低。它对人员素质及设备 能力要求高。本文中对以上两种方法不做详细论述。24 低应变检测与钻芯法检测联合分析在大直径灌注桩检测中，低应变实测信号质量不易保证。灌注桩 的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作业成孔桩除外） 导致低应变检测采集的波形质量低，波型分析中的不确定性和复杂性 高。多数情况下，在有缺陷的灌注桩低应变测试信号中主要反映出桩 身阻抗减小的信息，缺陷性质及严重程度往往难以区分。例如：混凝 土灌注桩出现的缩颈与局部松散或低强度区、夹泥空洞等，只凭测试 信号区分缺陷类型尚无理论依据。在叛定缓变性缺陷、同时存在不同 深度两个以上缺陷及同一深度存在两个以上类型缺陷上，低应变法不 易分辩。在判别桩身强度及桩端岩土性状上以及对基桩承载力的影响 程度，低应变法受到严重局限。此时需要一种或几种准确可靠程度或 直观性更高的检测方法来弥补代应变法检测的不确定性，可采用的有 静载法、开挖法验证法及钻芯法，其中最常用的为钻芯法。一般来说，钻芯法检测不应简单地采用随机抽样的方法进行，而 是应先用反射波法普查的结果以及其它检测方法的检测结果，结合设 计要求、施工现场施工记录，经过综合分析后，有针对性的选择对质 量确有怀疑、质量较差或有代表性的桩进行抽检，以提高检测的可靠 性，确保桩基工程的质量。积累灌注桩现场测试、分析经验和相近条 件下的可靠对比验证资料对确保检测质量也是很重要的。3、检测实例下面介绍低应变反射波法与钻芯法检测结果对比的几种典型情况：31 低应变检测桩身完整，未发现明显缺陷；钻芯法检测桩身完整， 桩长、桩身砼强度、孔底沉渣，桩端岩土性状均满足设计要求。某基桩的低应变反射波法检测波形（见图1），从波形分析此桩桩 底反射信号非常清晰，桩身无缺陷反射，为典型的嵌岩桩。钻孔抽芯 表明全桩段芯样完整均匀，强度、孔底沉渣、桩端岩土性状均满足设 计要求。32 低应变检测桩身有明显或严重缺陷；钻芯法检测中桩身完整性、桩长、桩身砼强度、孔底沉渣、桩端岩土性状中有一种或几种不能满 足设计要求。321 某基桩动测波形（见图2），从低应变检测波形看，表明该桩 在 5.8m 左右存在缺陷。经钻孔抽芯，发现 4.15m8.50m 桩体严重离 析，桩顶处混凝土抗压强度代表值15Mpa,桩端持力层性状为强风化。 桩身完整性、桩端持力层性状、混凝土试件抗压强度代表值均不满足设计要求。图2322 某基桩动测波形（见图 3），该桩在 12m 左右有明显缺陷反 射，桩底反射信号很强，说明桩底沉渣较厚。作为端承桩，我们对其 持力层和承载力提出质疑，抽芯发现 10.220.6m 胶结不良，存在明 显离析，而桩底以下 1m 的岩芯为粉碎岩屑，判定桩底存在较厚沉渣。 桩身完整性、孔底沉渣均不满足设计要求。33 低应变检测桩身完整，或未发现明显缺陷；钻芯法检测中桩身 完整性、桩长、桩身砼强度、孔底沉渣、桩端岩土性状中有一种或几 种不能满足设计要求。这种情况是最危险的情况之一。331 某基桩动测波形（见图4），从低应变检测波形看，桩无明显 缺陷反射，为完整桩。用钻芯法检测，抽芯表明全桩段芯样完整均匀， 混凝土抗压强度代表值22Mpa,低于设计要求45Mpa,桩端持力层 性状为强风化岩，设计要求为中风化岩，桩端持力层性状、混凝土试 件抗压强度代表值均不满足设计要求。332 某基桩动测波形（见图5），从低应变检测波形看，桩无明显缺陷反射，为完整桩。用钻孔法检测，抽芯发现 2.402.75m 交结不良，4.455.30m,存在明显离析。34 低应变检测桩身有明显缺陷；钻芯法检测桩身完整，桩长、桩身砼强度、孔底沉渣、桩端岩土性状均满足设计要求。某基桩的动测波形（见图6）,从波形分析，该桩约在2.5m左右处 存在较明显缺陷，有桩底反投射。而钻孔取芯未发现离析，混凝土试 件抗压强度代表值均满足设计要求。后经开挖发现在 2.33.3m 处存 在明显缩径。4、检测结果原因分析从上述几种典型情况可见，前两种情况检测结果相互验证，较好 理解，后两种情况检测结果相差甚远，其中一种误将不合格桩判为合 格桩，我们分析原因有以下几个方面：41 在检测中，有些桩的反射波测试波形看起来完整，无明显缺陷 也有桩底反射信号，可是经过钻芯，这些桩的检测结果却截然不同， 这是因为有些桩桩身的混凝土离析范围大且从完整混凝土到离析混 凝土是渐变过程，没有明显波阻抗界面，使得桩身缺陷反向不明显， 容易被忽略，导致存在明显缺陷的桩被漏判。这是低应变检测法的局 限性造成的。42 在检测中，有些桩经低应变检测后，桩身完整，有桩底嵌岩反 射。而通过钻芯检测发现桩端持力层不是设计的中风化基岩，而是强 风化岩层。这是因为中风化基岩与强风化岩层的波阻抗差异不大，所 以低应变检测不论是从时域分析还是从频域分析都很难区分中风化 基岩与强风化岩层的性状。这也是低应变检测法的局限性造成的。 42 在检测中，有些桩经低应变检测后发现明显缺陷。而通过钻芯 检测并未发现缺陷，这是因为钻芯法对桩身扩缩径的情况不能反映， 由于钻孔孔径相对于桩截面积很小，对于大桩钻孔截面积不到桩截面 积的 1%，对有些局部缺陷其占整个断面的比例小时，钻孔恰好从正 常部位穿插过时，这时就会对非全断面较严重的离析或缩径出现遗漏 而观察不到。这是钻芯法检测的局限性造成的。5、结论通过对低应变反射波法和钻孔取芯法两种方法的比较及工程实 例的应用，我们认为这两种方法的机理和特点不同，具有平行性和互 补性，联合这两种方法可对桩身质量有一个较准确完整的判断，不能 简单地说用其中一种方法去验证另一种方法。低应变反射波法可作为 一种普查手段，而钻孔取芯法可根据动测结果对有疑问的桩进行抽 查，作为一种详查手段，对疑问桩进行准确判断。为尽最大可能减少 检测中的漏判，我们得出以下结论：51 低应变检测联合钻芯法是一种点面结合，行之有效的基桩检测 手段。因为根据反射波法的特点它虽然可以作为大面积检测的手段， 但是在某些情况下低应变检测的检测结果具有不确定性，钻芯法在一 般情况下只按一定比例进行抽检，然而钻芯法的检测结果却具有唯一 性。所以两种方法的联合不仅能对低应变检测波形进行切合实际的分 析，更重要的是能提高基桩检测的准确度。52 钻芯检测的比例及钻孔数量、钻孔位置的布设必须按规范执行 否则钻芯检测将达不到目的而失去意义。53 对低应变检测波形中的微弱同相反射信号不容忽视，应结合钻 芯资料和其它相关资料的综合比对，正确分析，以免漏判。54 当低应变检测波形复杂或相符性不好，而工地地质情况较差或 施工质量有可疑时，应适当扩大抽芯数量，而不必拘泥于检测规范规 定的比例。参考文献中国建筑科学研究院编制建筑基桩检测技术规范(JGJ105-2003)中国建筑工业出版社