桩基检测在公路桥梁工程应用

1、前言

桥梁工程不仅仅投资高，施工难度大，而且一旦出现事故就是重大责任事故，将给国家人民造成了重大损失。桩基是桥梁的主要部分，它承受由桥跨结构墩台的巨大荷载，其质量的好坏，直接影响桥梁使用的长久性和安全性。桩基属隐蔽工程，要想控制其质量，不仅在设计施工中控制，还要有先进的检测方法。本文就桩基的一些常用检测方法进行分析与探讨。

2、桩基分类

桥梁桩基按不同方法一般可分为：

2．1 按施工方法分为钻人成孔桩，冲击成 L桩，抓掘成孔桩，螺旋成孔桩，人工挖孔桩，沉管成孔桩等。

2．2 按其直径大小分大直径，中等直径，小直径桩，桥梁常见大直径桩。

2．3 按其端部形态分为平底桩和钢底桩等。

2．4 按其纵向截面形状分为直身桩，扩底桩，多节桩，竹节桩，表面带螺纹的桩，近几年有出现了多支盘挤扩桩，DX桩等。

2．5 按其承载性分为摩擦桩，端承桩，摩擦端承桩等。

2．6 按其竖向受荷条件分为抗压桩和抗拔桩等。

2．7 按其水平向受荷条件分为主动桩和被动桩等。

3、桩基检测方法分类

3．1 桩基检测方法主要分为静荷载实验法，动力测桩法，声波透射法，还有钻孔取芯法，动力触探以及埋设传感器等辅助方法。

3．2 静载荷实验法主要采用锚桩法，堆载平台法，地锚法，锚桩和堆载联合法以及孔底预埋法等。

3．3 动测技术分为低应变动测法和高应变动测法。低应变动测法常用应力波反射法（锤击波动法）；高应变动测法常用CASE法或CAPWAP法。

4、各种检测方法分析与探讨

4．1 静载荷实验法

单桩竖向承载力的确定在桩基工程中特别重要。静载荷实验法在检测单桩竖向承载力时虽然是最原始的但也是最可靠的方法。在桩顶施加荷载，了解荷载施加过程中，桩土间的作用，通过得到P—s曲线的特征确定承载力，判别桩基的施工质量。使用1×104KN级以上的桩基静载设备，最大加载能力2 x 104KN。在桥梁桩基工程中，主要使用慢速维持荷载法。由于施工环境恶劣，检测时间长，桩基荷载压力大，费用高，配套工作繁杂，加上桩基设计安全系数高，较难使桩基破坏（即下沉量超限或混凝土破坏），所以较少采用这种方法。特殊项目也有应用，一般按规范抽取10%来检测。

4．2 高应变动测法

高应变动测法是采用锤重达桩身重量10%以上或单桩竖向承载力1%以上的重锤以自由落体击往桩顶获得相关的动力系数应用规定的程序，进行分析和计算得到桩身的单桩竖向承载力和完整性系数，也称CASE法和CAPWAP法。该法出现在上世纪90年代其检测费用比静载荷实验法大大降低。由于这种方法检测程序相对繁琐，所以较少采用。高应变动测法对于其它检测方法和桩基设计均有帮助。

4．3 低应变动测法

使用小锤敲击桩顶通过粘接在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应反演分析实测速度信号和频率信号，判断桩身质量，该检测方法称为低应变动测法。主要检测桩基的完整性。此法主要分两个阶段进行，一是原始数据的野外采集，二是记录检测振动曲线并及时作出初步判断，以确定桩身缺陷性质与位置，完成检测报告。优点：检测速度快，检测简单，检测成果可靠，检测费用低。适用范围：桩长5～50m，桩径<1．8m。技术要求：

4．3．1 桩身混凝土强度要求。桩基龄期达到10～12d后方可检测。

4．3．2 桩头处理。将桩头凿至露出坚硬混凝土为止。将杂物浮浆清理干净并保持桩顶面干燥，平整。

4．3．3 传感器选择及安装。传感器要求灵敏度高，精确度高，传感器安装要牢固安装位置，根据桩径的大小合理选择安装点，避免检测。

4．3．4 检测仪器的要求。检测前检查所有仪器有无故障，保证仪器能够正常工作同时，将各仪器连接好检查连接部位。测试点的选择：一般要求桩径120cm以上测试3～4个点，测试点距钢筋笼不少于10cm，于桩中心及四周均布测试点，必须打磨。

4．3．5 锤击点的选择。锤击点选择据传感器20～30cm，锤击点无需打磨。

4．3．6 采集信号频率。一根桩不少于l0锤。检测系统：主要包括信号采集仪（可与计算机联接或测试后再与计算机相联对信号进行处理），力锤，传感器，打印机等。信号采集仪应采用l2位或l6位A/D转换器。系统采样频率应大于截止频率的2．5倍。要避免出现干扰信号最好用直流电源。传感器应选用冲击型或内装放大式加速度计。高阻尼速度传感器和普通传感器要慎用。

①完整桩波形特征。曲线规则呈有规律阻尼衰减各峰值连续圆滑。摩擦桩桩低发射为相同反射；柱桩则为反相反射。

②离析桩波形特征。应力波在缺陷处产生透射和反射，反射波与初始相位相同曲线突变。相邻峰值不连续不圆滑。段桩波形特征，夹层界面只产生反射而不能透射波形畸变缺陷处以下的波形明显消失。

③缩颈桩波形特征。桩周边检测点曲线畸变而桩中心检测点曲线规则。

（4）桩底有沉渣波形特征。检测曲线桩底处波形不规则，为同相反射。

4．4 声波透射法

4．4．1 声波透射法是在桩内预埋纵向声测管将超声脉冲发射和

接收探头置于声测管内充满清水作混合剂由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需要时问，接收波幅值，接收脉冲主频率，接收波形及频率等参数最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析即可对混凝土各种内部缺陷的性质，大小，位置做出判断并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

适用范围：桩径在0．6～10m对已埋设声测管的范围内进行完整性检测，声测管以外不在检测范围内。

优点：仪器轻便；抗干扰能力强；检测结果直观可靠；观测精度高。技术要求：桩基龄期达到7d以上，声测管埋设合格；检测前检查所有仪器保证仪器能够正常工作。

检测系统：超声检测仪；超声换能器；探头升降装置；数据采集与处理系统。

4．4．2 缺陷的判断

（1）声时分析。选取声时平均值?t与声时2倍标准差之和作为判定桩身有无缺陷的临界值。

式中：n为测点数；为第个测点的声时值；为声时平均值；为声时标准差；为判定桩身有无缺陷的临界值。若即判定桩基在此深度处可能存在缺陷。

（2）波幅分析。波幅是对缺陷最为敏感的声学参数选取接收的超声波信号波幅平均值的一半作为判断有无缺陷的临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示通常用分贝值表示。

式中：为波幅平均值；为第个测点的波幅；n为测点数；为判断桩身有无缺陷的临界点。

若，即判定桩身在此深度可能存在缺陷。

（3）CPSD法。提出“声时一深度曲线”相邻两点间的斜率和差值的乘积作为判断依据。

4．4．3 桩基质量判断标准。（1）桩身缺陷：以声速临界值，波幅ll缶界值以及PSD判据进行综合判定。（2）桩身均匀性按声速离散系数Cv分为A，B，C，D四级，见表1。（3）根据声波检测参数特征，评定混凝土构件质量可按四类划分，见（表2）。

某高速公路段为分离式立交桥，根据委托单位提供的设计及施工情况，该工程桩基采用桩径为1．2m一1．5m的挖孔灌注桩，设计桩长为7．00m-21．5m左右，设计混凝土强度等级为1225。桩基检测过程中，主机采用RS—UTO1C型号，严格依据<公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81—01一2004）执行。

检测结果为：根据概率法分析，该分离式立交桥各桩各声测剖面声速无低于声速低限值异常，波幅大于临界值，波形正常。桩身砼完整，为1类桩。

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