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公路工程施工中基桩检测常见问题分析及研究吴方晓 广东长宏公路工程有限公司 广东 广州 511325摘要：地基基础工程是公路建设工程的重要组成部分，而基桩是地基基础中最常用的基础形式。在基桩检测中，基桩出现的问题比较多，其中不乏、桩，这些基桩无法直接使用。不但造成了重大的经济损失，而且对整个工程的工期造成了严重的影响。本文将会针对公路施工中基桩检测中出现的问题进行分析和研究，同时归纳一下各种检测中数据异常的特点与缺陷的相关性，提出几点建议供参考。关键词：公路建设；基桩检测；问题；研究引言：在现代公路桥梁建设中,桩基是作为承重部位的主要常用的基础形式,因此在公路工程建设中的质量控制相当重要。现行规范也对基桩的检测作了严格的要求，并且对基桩检测人员作相应的培训。然而，在现代公路施工中，基桩检测实际操作过程中遇到的问题很多，检测数据及信号的分析直接影响到基桩的质量判断，出现的误判结果不但影响了检测单位的声誉，造成经济损失，更对公路桥梁以后的安全使用留下隐患。本文将针对公路施工中基桩检测发现的问题进行分析和研究，如何在施工最大限度避免问题的出现和提高检测水平作了一下总结。相关概念的基本定义在详细介绍公路施工中基桩检测常见问题分析及研究之前，先简单介绍一下其中基本术语的简单定义。基桩检测一般指对基桩的桩身混凝土质量完整性，桩长，桩端持力层情况进行检测。 桩基常规检测方法有（超声波、高应变、低应变动测、抽芯以及静载荷试验）。1、 公路桥梁施工中基桩的常见问题及其原因基桩的类别根据施工方法一般有沉管灌注桩，钻（冲）孔灌注桩，人工挖孔灌注桩，预制钢筋混凝土桩。公路建设工程最常用的是钻（冲）孔灌注桩，人工挖孔灌注桩（适合特殊地质条件和大直径桩），一般采用水下灌注，人工挖孔桩在条件适合下一般采用孔内无水灌注。基桩施工方法的不同，出现的质量问题有其共性和特点。1）沉管桩灌注桩1、当施工场地的淤泥厚度大于45米时，灌注混凝土施工过程中该部位容易出现缩径、断桩、混凝土胶结差等现象。2、当遇到硬夹层时，不容易穿透或偏孔。3、在拔管过程中容易出现断桩或严重离析现象。2）钻（冲）孔灌注桩1、桩径越大（大于1.0m），桩孔越深，越容易塌孔，排渣能力越差。在灌注前不易控制桩底沉渣厚度，在地层软层、细沙层或地下水流动层部位容易出现缺陷或断桩。2、桩孔越深，扶壁拌浆的的性能指标和导管的密封性能要求越高。3、碰到孤石层、峭岩、溶洞处容易偏孔，容易造成质量缺陷。3）人工挖孔桩施工关键的问题在于孔内止水和导管下浆的连续密实性控制，水下灌注的，如果控制不好灌浆的速度，容易出现局部胶浆材料离析等问题。出现孔壁动水头漏水的，更容易出现胶浆材料的离析，水头压力的大小往往决定缺陷的大小。而离析部位往往在桩身周边附近出现，造成桩周混凝土胶结差的情况。二、不同的检测方法在检测中的应用及注意的事项。（一）静载试验法在公路建设中，当有特殊要求时，如无法判断基桩的合格与否，或设计要求的。通过这样的检测试验方法可以最直接的判断基桩当前的承载性能和极限承载力。静载试验需要满足要求的反力提供系统，反力提供系统有混凝土块堆载、沙包法、水箱法堆载，反力抗拔锚桩法等。应根据实际现场的条件确定。现场检测应严格控制反力中心线与桩中心线的吻合，尽量做到不偏心加载。加载均匀分级进行，油压表要做到读数与实际加载的准确性，不漏空，满足标定曲线要求。严格控制好千斤顶的预留空间，能满足预压的要求。基桩不同的缺陷对应的Q-s曲线特征：1）对于软土层的摩擦桩，当加载到极限时，桩端会呈现刺入性破坏，由于桩端阻力分担的荷载很小，一旦突破桩侧土的摩擦力，桩会突然沉降。Q-s曲线呈陡降型，一般取拐点处对应的荷载为极限承载力。2）桩端持力层为砂性土或岩层，一般Q-s曲线呈缓变型。如果持力层达不到设计荷载的要求，总沉降量会超过设计或规范设定的规定值，极限荷载载下沉降速率的大小在一定程度上反映持力层岩土性状。3）当桩端有虚土或沉渣，Q-s曲线一般会呈台阶型，沉降闭合的时间和量程可以反映缺陷的程度。4）当桩身混凝土出现破坏，Q-s曲线会出现抖动性的突然沉降，可判断混凝土的质量问题。 （二）钻芯法 采用钻芯法可以直观得到桩长、桩身混凝土强度，桩端沉渣及持力层地质情况，一般作为结果判定的鉴证手段。但由于钻芯对桩身造成一定的损坏，检查的有效截面积相当有限，抽芯垂直度、孔位布置、取芯率的完整性就变得十分重要。抽芯垂直度、取芯率与机械性能、机架安装、机长操作技术水平相关。孔位布置与抽芯目的与要求有关。对应缩径缺陷检测的基桩，孔位尽量靠边，且至少有一孔的方位与怀疑的部位一致；对应桩长鉴证的基桩，芯样节段的吻合与量测尤其重要；桩端沉渣检查的基桩，接近桩端部位需要特别认真进行进尺量测、进尺速度观察、冒浆的颜色变化观察，渣样的完整捞取；持力层检查的基桩，取岩深度与岩样的完整性取样显得十分重要了。强度检查的基桩，孔位布置不宜太靠边和中心，孔位与桩边和桩中心的距离一般应在1520公分，并且呈品字型均匀布置。因为水下灌注混凝土在桩边与桩中心位置一般情况下是较差的，不能代表全桩的强度。进行强度试验的芯样选取应严格按规范进行，芯样截取的抽样方法应该具备科学性和代表性，最好能做到四方见证取样，避免盲目的随意性。针对不同的缺陷和抽芯目的，在抽芯过程中，我们需要留心观察，认真布置，才会使抽芯检测结果符合实际情况。（三）小应变反射波法在国内，绝大多数的公路施工中基桩检测机构一般会先采用小应变反射波法测桩，这样的检测方法的优点是是其仪器轻便、现场能快捷检测，对检测环境条件要求简单，能在短时间内对大数量的基桩作全面的普查。反射波法的基本原理是通过在桩顶施加激振信号产生应力波脉冲，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩身的完整性。利用这种质量控制的特殊优势进行桩身完整性的检测，能够提供快速的基桩检测结果。所以在目前公路施工中会经常利用这种方法对基桩进行普查检测，及时发现前期基桩施工的一些普性问题。但由于实际边界条件难以满足一维弹性杆的理论推导条件。所以在实际基桩检测中出现的时域曲线并不能对应桩身缺陷及桩端的反射，特别是一些浅部嵌岩桩、土阻抗较大的深长桩、多部位缺陷桩等，桩型振动的机理相当复杂，基本上无法用一维杆波传动的特性来分析判断。如果在测桩的时候，单纯的盲目套用理论推导的曲线分析，那么就极容易造成误判了。在这里，笔者根据从事桩基检测多年的经验，对一些复杂的波形分析，整理出一些个人的见解，在此献拙。1）入射波的选取和分析：尽量获取一个好的入射波，从半波起跳的缓与陡，还有从波幅、主频宽大约能反映桩头打磨点的胶结强度（同一材质的锤击条件，最好用专用的尼龙锤）。大直径桩可考虑重锤敲击；长径比大于30的桩尽量选用低频重锤；获得了一个好的信号，对以后的波形分析相当重要（因为有时候要作非相关因素的比较和排除，用小波分解选用频率区域）。2）充分了解地质情况和施工情况，作合理的土阻抗拟合辅助分析。3）条件请允许的情况下，对同条件下对一定批量的小应变桩检波形作相关的比较，其中有12根抽芯，超声波检测或静载的桩检资料结合。4）用科学的分析方法：异中求同，同中求异。（四）声波透射法这种方式是通过特定的发射器，发出连续或不连续的超声脉冲波穿过混凝土到达相对应的接收器。这种超声脉冲波一般是100或者50赫兹的周期脉冲。当超声脉冲波穿过混凝土到达接收器时，往往携带着混凝土胶结特征、材料特性等丰富的信息。检测人员可以通过准确测定接收声波的各种声学参数（声时、声幅、主频、波形）的数值以及变化规律来分析得出混凝土质量的完整性。声波透射法的优点也是直观明了，按规范上是声时、声幅低于临界值就值得怀疑，但是 声时，声幅的影响因素太多，如偏管，混凝土骨料，混凝土均匀性等等。所以笔者认为，实际检测中，对缺陷的分析更应该注重的是波形。不同的缺陷形式，一般会有不同的波形特点。1）夹泥或夹沙的，波形能量衰减极快，首波声幅缓与低，呈大“S”型，甚至呈直线型。2）混凝土离析的，波形首波异变，凌乱，象个刺杂音。3）缺陷离声波发射径能器的远近不同或缺陷体积的不同，均有不同信号特征。4）声时、声幅对不同的缺陷敏感程度相差较大，一般来说，声幅比声时敏感，有缺陷时衰减较快。5）主频对整体的混凝土性能有所反映，但规律性较差，需要作相关的比对研究。6）由于声波的绕射，衍射，叠加等特性，我们主要对首波和第二波分析就行了。7）对检测中出现缺陷有怀疑的桩，一定要作等距错位检测或扇形检测，结合声波传播原理，对缺陷大小，位置作详细的分析。然后作总的分析评判。如果一味套用规范，那误判的可能性就大多了。（五）高应变法高应变所用理论基础，计算方法与小应变相同，但小应变由于桩与土体系变形极小，不考虑阻尼的非线性影响。高应变锤击能量大，桩土变形明显出现非线性关系，还要考虑土弹簧，甚至是土阻尼的非线性，建立了各种力模型。高应变检测承载力的准确度与合理拟合土参数直接相关，要求利用静载试验进行辅助拟合。在实际检测中，锤击方法，锤击能量的充分击发与否，传感器安装正确与否都在很大程度影响了检测结果。这就需要检测人员具备丰富的实践经验了。有条件的情况下，应多作对比试验，检测的分析结果与静载试验的数据作比较，不断的调整和修正，总结出经验才行。高应变一般不适合用于大直径桩和嵌桩的混凝土灌注桩。三、基桩检测的存在问题及影响在现代公路施工中质量控制只能在桩基础施工完成后进行检测。而施工中的基桩出现的问题较复杂，难以预测。本文在上述常见的基桩检测方法中虽然有所提及，但为了更好的了解基桩检测的局限性和检测中较普遍存在的一些问题。笔者根据多年来的观察和实际经验，作了归纳和整理，希望在提出这些问题之后可以引起大家的注意和重视，同时在此探讨一下未来基桩检测的方向。（一）静载试验检测的通病静载试验法是一个非常直观和简明的基桩检测方法，但在日常的检测工作中，往往发现很多存在的问题。1）通过检查发现很多工地的静载检测没有打入基准桩，直接把基准梁架在原地面上，或者有的时候基准桩打入深度不足。原地面由于受到重荷作用，地面变形的影响导致检测数据严重失真，从而导致检测结果完全失去意义。2）设备的保养和检定不符合要求，通常出现千斤顶，油压表漏油，存空现象，与实际的标定曲线已经不符，却依然按标定计算压力。3）在检测中，虽然可以用快速法进行，但通常检测人员为了缩短检测时间，通常提前来晋级加载或跨级加载和卸载，使检测结果承载力偏高。4）堆载往往达不到极限承载力的1.2倍，加载到最后一级的时候，容易出现顶起现象，从而容易出现偏心破坏或加载不足的现象。6）工地检测往往很少作检测场地地基承载力的检测，堆载后地基容易变形，严重影响检测的结果。（二）钻芯法检测的通病前文中曾经提到钻芯法是作为鉴证和最终检测手段的一项检测方法，其要求需要十分的严格。但实际操作中，也存在如下的通病。1）由于机架不稳定、输出额定功率不足，机械陈旧等原因，钻进过程中，抖动过大，芯样连续性和提取率差，很容易发生芯样碎片，给结果评定带来很大的不确定性，同时容易出现偏孔穿出现象，破坏基桩的钢筋，好桩变坏桩的严重后果。2）桩端沉渣捞取技术较差，难以给沉渣厚度作出准确的判定。3）强度试验的芯样截取随意较大，不科学不严谨。芯样的试件尺寸一般是按1：1的比例制作成10cm10cm的规格。而水下灌注的混凝土往往难以做到十分的均匀，但小局部的缺陷对总体的承载力影响不大。如果偏偏在此取样作试验，那代表性就差多了，特别是单孔取芯。4）抽芯工作通常是连续作业，建设各方责任单位人员很少到场监督，芯样鱼龙混杂的现象时有出现，基桩的质量安全自然得不到有效的保证。5）芯样存留期及保存方法没有相关的明确规定或执行力度差，显然对作为鉴证的检测手段来说不够严谨的。6）作为破坏性的检测，钻芯后的芯孔的回灌虽然有明确的技术指标和要求，但存档的资料上少有记录，更缺乏试验的数据。实际上往往是随便弄点水泥沙浆回填就算了，能做到高一级强度和加上膨胀剂回灌的，少之又少。显然，这样明显降低了桩身原有的使用功能。（三）超声波、大小应变检测的通病在现行的规定下，超声波和小应变检测是公路建设基桩检测使用频率最高的检测方法。下面就对这两种检测方法并在一起作归纳。1）实际上，影响超声波检测的主要因素有声测管平行度和顺直度、保护层混凝土质量、接管处理方式等问题。声测管作为检测的通道，其周围传递介质的性状对声波各声学参数的影响是非常大的，几乎能涵盖整桩断面的其它信号。举个例子，如果声测管套上一层2mm橡胶皮再去检测，你会发现接收到信号几乎为一条直线。所以，用橡胶套管接管的基桩，用5cm的检测间距进行检测，每到该部位的时候，信号明显陡降，甚至成了直线。由此可知，声测管附近的介质对检测的影响有多大。不了解这种情况的，有时会作断桩的误判。所以，声测管边混凝土胶结的好与坏，对信号的影响是非常严重的。而水下灌注桩的保护层厚度一般设计为5cm，这就很难保证声测管边混凝土质量了，稍稍出现偏孔，测出来的信号往往是较差或很差的。然而，单纯从信号分析，是不能判断是桩身还是桩保护层的问题，只有通过斜测、扇测，或者结合小应变检测等其它方法综合判断才合理。2）声测管的安装牢固性差，不规范。一、没有设计图纸；二、施工单位也没有足够的重视。三、施工人员安装过程中随意性较大，甚至定位的主环钢筋都没有，只用铁线绑扎。这导致出现的后果，在灌注混凝土的时候，由于混凝土下冲力或导管抖动力的作用下，很容易造成管移位、管弯、管折、管阻等情况，对以后的声测相当不利。四、接管安装不规范，容易出现不密封而导致堵管的情况。5）施工单位为了节约成本，使用薄壁管，薄壁管由于不耐碰压而容易出现扁弯管。以上这五种情形在工地检测中是常常遇见的，导致的后果是无法进行正常的检测。通常采用钻芯法取孔当作声测孔。或者由于声测数据变异无法判断或误判而采用抽芯鉴证。这样就无形中增加了破坏性的检测频率，从而带来了后期不必要的麻烦。6）对大应变和小应变检测，前面已经略有讲述。在这里，主要强调是：检测人员对大小应变检测准确性的把握，关键问题在于检测人员的检测经验。如同开汽车，操作规则人人会。但遇到特殊情况的时候，就需要经验作出判断了。现在有的检测单位做法是：有了上岗证会操作能出报告就行了，别的不管。试问一下，你会不会坐一个有驾照但只会开动车的人的车吗？这是明显对工程不负责任的行为。根据笔者的多年从事行业经验，大小应变必须对基桩的施工资料和地质资料有了详细的了解后才进行检测，建立合理的模拟分析，才会有较合理的判断。而且，还有一个共性：小应变检测多偏向于漏判缩径等小缺陷，夸大或误判缺陷的严重性，导致浅部露筋的发现不了，抽芯又没问题的现象时有发生。大应变检测的锤击能量不足，分析承载力大部分偏高，检测的一致性较差，参数的选取人为主观因素占多等通病。四、基桩检测的几点建议在本文中已经整理出了不少目前常用的公路施工基桩检测的手段和方法以及存在的问题，这些方法都具有一定的局限性。通常会有这种情况：小应变检测是、类桩，超声波检测是、类桩，而抽芯检测则又是完整桩。反过来，超声波检测是、类桩， 而小应变检测则是、类桩，抽芯检测是、类桩的。甚至前二者都是合格桩，但抽芯检测却是不合格桩。这就说明了单一检测判定的不确定性是比较大的。目前，基桩作为公路桥梁建设中的地下基础主要型式，主要承担竖向抗压承载力和桩上部抗剪的作用，其破坏的形式是缓慢而隐性的，显现出来的病害主要是基础下沉。一旦发生，几乎难以补救。即使补救，所需要的工程费用相当大，几乎等同于重建。因此，如何加强基桩的检测管理，提高基桩检测技术的效能，是十分值得研究和探讨的课题。笔者认为，建立一个良好的机制十分必要。虽然现在运作的基桩检测管理体制充分体现了其重要性，但个人窃以为还需要进一步提高基桩检测的效能，下面有几点建议供探讨。 （一）建立相互制约的监督管理机制目前，检测单位一般是通过招投标进入检测市场。一旦确定，所有的基桩检测项目实行承包制。还有一种就是长期习惯性的地区性的隐性垄断检测。这样导致的“一言堂”必然不利于基桩检测的发展，也不利于基桩质量的控制。1、是否可以考虑每一工程项目的基桩检测必须有两家有资质的检测单位介入？通过控制比对检测的百分比或最低值实行双控，通过随机抽检的比对检查结果发现存在问题。2、制定一个不同检测方法的双控无损检测频率。这样虽然在表面上提高了建设成本，并且实施起来增多了检测环节。但从长远来看利远大于弊。其一、最大限度预防检测人员的个人因素影响。其二、可以通过技术互补提高检测技术的水平，逐渐提高基桩检测的准确性，最大限度避免错判、漏判、乱判等问题，通过比对的检测，可以评价检测单位的技术水平问题。其三、双控无损检测可以最大限度避免破损检测（抽芯、开凿、开挖等检查手段）的资源浪废和经济损失。（二）加强基桩检测技术的政府网络交流平台 不可否认，检测技术人员的技术水平是参差不齐的，仅仅通过一年或几年一次的全省比对试验是不能满足要求的。据了解，在一些检测Q群中，不少基桩检测人员有此迫切的要求。其中不乏