摘要：桩基是建（构）筑物及市政工程重要组成部分，是上部结构荷载传递给地基关键部分，其质量的好坏直接关系到整个建筑物。为避免桩基给工程质量带来隐患，施工完成后需进行对桩身完整性进行质量检测，检测结果对工程下一步进展具有十分重要的意义。
关键词：桩基  桩身完整性  工程质量检测
1引言
     桩基属于建筑物基础的一部分，基础在建筑物或构筑物中承担着上部永久性荷载及临时荷载，并将这部分荷载传递、扩散到地基中。如果桩基质量不能达到设计或规范要求，上部结构会产生不同程度的质量问题，如裂缝，倾斜甚至是倒塌。而桩身质量的好坏将直接影响基桩的承载力，JGJ106-2014《建筑基桩检测技术规范》和《建筑地基设计技术规范》中指出：对于桩身完整性为Ⅰ，Ⅱ类桩后续可不做处理，可直接应用到工程中；对于桩身完整性为Ⅲ，Ⅳ类桩必须经过加固处理经设计验算复合后才能应用到工程中。
      目前国内外对于桩身完整性检测方法有：低应变，高应变，声波透射，钻芯法。前两种属于动测法，是以应力波理论为基础发展起来的。动测法在国外发展大约在1930年左右，在我国基桩动测技术大概有40多年的历史。
      采用声波透射法检测钻孔灌注桩的桩身完整性是建立在超声波法检测混凝土强度，发展于上世纪40年代，经过几十年的发展与积累，声波透射法检测桩身完整性在仪器设备，检测技术，数据处理等方面得到了很大的发展。
     钻芯法目前国内外对这项技术发展也比较成熟，起源于工程地质勘探。
     本文主要结合工程实际情况对某工程的钻孔灌注桩采用低应变，声波透射，钻芯法检测桩身完整性，然后针对检测结果进行分析比较后给出三种检测方法的优缺点。
2桩身完整性检测方法原理
2.1  低应变法
     根据应力波传播的原理建立起一维杆件模型，用激振设备在桩顶处发出激振信号,让信号沿桩身向下传播，在桩顶安装传感器接收桩底发射波信号。通过分析应力波在桩身阻抗变化处和桩底处的反射特点，根据信号特征判断桩身的完整性变化。根据低应变信号在桩底或桩身缺陷处的发射与接收时间差来计算缺陷的位置，检测示意图见图1，计算公式见2.1.1，2.1.2。

2.2  声波透射法
声波透射法检测原理采用的是在混凝土灌注桩中预埋声测管，根据不同桩径按照规范或设计要求埋置不同数量的声测管，一根声测管中放置发射换能器，一根声测管中放置接收换能器，通过地面采集器采集声速，振幅，声时等声学参数并记录存储，通过计算机专用软件统计分析采集到的声学参数在桩身位置中的变化来判断钻孔灌注桩的缺陷位置及程度，桩身如果存在夹泥，离析，断桩等缺陷，采集到的声学参数就会发生渐变，严重的缺陷会发生突变。声波透射法可以检测出桩身不同高度，不同侧面的完整程度。检测示意图见图2。

2.3  钻芯法
    钻芯法是检测钻孔灌注桩或水泥土搅拌桩成桩质量的一种有效的检测方法。通过在桩顶设置钻机及钻具按照规范及设计要求钻取一定数量的孔，并将孔中的芯样取出。通过判断取出芯样的形状来判断桩身的情况，如桩身混凝土或水泥土胶结情况，有无离析夹泥情况，有无断桩或桩身松散情况。同时也通过取出的芯样对其做力学性能的测试来判断桩身材料强度是否满足规范或设计要求。
3.工程实例
3.1桩基设计参数

3.2工程地质剖面图
W-3桩工程地质剖面图见图3所示。
 

 

3.3低应变法检测
现场对W-3桩进行低应变法检测，检测曲线见图3

      分析：在桩身波速为4000m/s下，桩身在34m左右发生桩身阻抗减小出现缺陷反射波，有桩底发射波。依据规范判定此桩为Ⅱ类桩。
3.4声波透射法检测
      现场对W-3桩进行声波透射法检测，检测曲线见图4

      分析结果;1-2剖面波速、波幅最小值和平均值均大于对应的临界值，该剖面桩身完整；1-3剖面波速、波幅最小值和平均值均大于对应的临界值，该剖面桩身完整；2-3剖面在34.0m-34.4m出现波速，波幅最小值和平均值均小于对应的临界值，其他位置波速和振幅均显示正常，该剖面桩身完整属于Ⅱ类。综合分析该桩的三个剖面，判定该桩的完整性属于Ⅱ类桩。
3.4 钻芯法检测
      W-3桩钻取深度为37.0m（不含2.5m承台），钻孔数量为1孔，其中0～34.0m左右，35.5～37.0m混凝土芯样连续完整，胶结较好，混凝土芯样为柱状，骨料大小分布较均匀，无破碎、夹泥、松散情况。芯样见图5。所取芯样在34.2m左右出现局部空洞，长度为8cm，34.3m左右有一处沟槽，具体见图6，图7。所取芯样在35.0m左右出现混凝土离析现象，粗细骨料分布基本均匀，无松散、夹泥、破碎情况，具体见图8。
 

      分析结果：混凝土芯进尺为37.4m（不含承台），其中0～34.0m，35.5～37.4m混凝土芯样连续完整、胶结较好、混凝土芯样为柱状，骨料大小分布较均匀，无破碎、夹泥、松散情况；所取芯样在34.2m左右出现沟槽；在34.3m左右出现沟槽；在35.0m左右出现混凝土离析现象，粗细骨料分布基本均匀，无松散、夹泥、破碎情况。依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）判定：W-3桩在0-37.4m范围内桩身完整性类别符合Ⅱ类桩特征。
      对三种检测方法的检测结果进行综合分析可知：三种检测方法的检测结果对桩身完整性均判为Ⅱ类桩，但有实质性的区别，低应变法检测桩身完整性是给定波速下判断的缺陷位置，受检测人员主观影响较大，此种检测方法只能定性的给出桩的质量的好坏，既然是定性就会存在较大的误差。波速的设定需要积累大量的试验数据，当桩身缺陷程度较小时可以按照规范定性评判，但桩身缺陷程度较大时需采用其他检测方法进一步验证。
     声波透射法给出整根桩三个剖面的声学检测数据，属于定量分析，只要桩身存在缺陷，声波透射检测能给出准确的缺陷位置及缺陷大小，声波检测结果中缺陷所在位置与钻芯法所取芯样的缺陷位置比较稳合。
      钻芯法检测结果较为直观，缺陷位置及缺陷程度一目了然，检测结果的可信度较高，同时对声波透射法的检测结果也进一步的验证。
4.三种桩身完整性检测方法的比较
 4.1低应变法优缺点
     低应变检测的优点：低应变法测试简便快捷，成本较低，检测的结果可信。适用于大面积普查桩身完整性质量。
     低应变检测的缺点：低应变法对桩身缺陷程度只作定性判定，尽管利用实测曲线分析给出定量结果，在测试过程中低应变的测试系统由于高频波的弥散、幅频相频响、滤波，以及桩的尺寸效应会造成的采集到波形会发生突变^[1]，此外采集过程中会受到桩身或桩周土侧阻尼、土阻力等影响，曲线的分析结果达不到相应的精度。所以，低应变检测桩身完整性法只能根据桩身处阻抗的变化的信息定性的分析变化处存在缺陷，不能对缺陷程度作出定量分析，如桩身某个位置的阻抗变小，可能存在着夹泥，离析，空洞或者缩颈等缺陷，某个位置发生阻抗变大可能存在扩径等。仅凭采集到的信号很难判断缺陷是哪种缺陷，缺陷种类很难分出。低应变法检测结果无法判断基桩的极限承载力，桩底沉渣也无法判断。同时，低应变在检测过程中受到周围环境影响较大，对对微小缺陷很难测出，当桩身存在多个缺陷时由于波形的叠加就很难对缺陷进行判断。因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况综合分析^[2]，或像本文一样采用声波透射法或钻芯法进一步验证。
4.2声波透射法优缺点
      声波透射法检测的优点：检测范围可覆盖全桩长范围内，采集数据连续完整，，检测数据真实可靠。现场检测不受场地限制，仪器操作简便，同时受检桩不受其长径比及桩长的限制，，在市政道路桥梁工程，建筑工程，水利港口工程中应用较广泛。
      声波透射法检测的缺点：声波透射法需在施工过程中要预埋声测管且只能检测灌注桩桩身完整性，并保证声测管的成活率，一旦发生声测堵管，断裂，倾斜等都将影响后续检测工作，甚至无法完成后续检测。另外超声波在混凝土介质传播过程中容易发生波形畸变，干扰，丢波，使采集到声波测试曲线失真，如果检测人员经验不够丰富容易造成桩身质量的误判。
4.3钻芯法优缺点
      钻芯 法的优点：桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣等可以准确量化，其结果具有唯一性，这为验证桩基设计要求提供了极为重要的参数，也为判定桩基是否合格提供重要的直接依据；克服了动测法对桩身完整性判定的不确定性和多解性问题，尤其对桩身是否存在断桩、夹泥、密实度、桩底沉渣厚度是否超标等具有直观和权威性，是桩基检测重要详查手段；必要时可以利用钻探孔对桩基进行高压灌浆增强、补强处理，使桩身混凝土强度达到进一步提升。
      钻芯法的缺点：由于钻芯时间长，对工程进度有一定影响；检测费用及工程成本有一定的提高；由于很难全面普及使用，影响了钻芯结果的全面性和代表性；仅适用于钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔桩、复合地基等，对管桩、沉管桩等不适用，有一定的局限性；芯样处理成本较高。
5.结束语
      桩基的施工质量至关重要重要，关系到整个建筑的质量和安全，在桩基施工完成后对其进行桩身完整性检测是提高工程质量有效方法之一。在不同情况下，选择适合的检测方法会起到事倍功半的效果，比如：大面积普查桩身质量会选择低应变。市政工程的桥桩会选择声波透射和低应变相结合。而钻芯法主要用于在普查中或施工过程中发现有问题的桩。检测结果不仅直接影响后续施工，还避免工程质量隐患的发生。当然，在检测过程中如果发现桩身质量存在问题，又不能定量给出，建议采用多种检测方法并举，采用定性与定量相结合的方法给出最终的检测结果，力争把工程损失降到最低。
参考文献
[1] 河北省工程检测培训教材--地基基础工程检测[S] 。
[2] 朱小华. 低应变法桩身完整性检测工程实例分析 [J] ，《中华民居(下旬刊)》，2013-02-15。