2009桩基检测技术的回顾与进展.doc

基桩检测技术的回顾与进展李大展 关立军（中国建筑科学研究院地基所，北京，100013）摘 要：本文对近30年来我国基桩检测技术的发展情况作了回顾，并报导了当前该领域的一些研究成果和发展方向。关键词：基桩；检测；回顾；进展. 检测历史的回顾随着我国城乡建设的迅速发展，桩基工程检测技术成为工程界的一个热点技术。特别是近30年来，在各级主管部门的指导和支持下，广大检测人员的努力下，检测领域取得了长足的发展。基于工程经验的不断积累，使得检测技术更加趋于成熟和先进。在此基础上，现对我国基桩检测技术的发展情况作一回顾，供同行指正。1.1基桩检测方法的分类从我国实际情况来看，基桩施工后的检测可分为成孔检测和成桩检测两大类。成孔检测主要由孔径检测、垂直度检测和孔底沉渣检测。孔径检测一般采用铁环法或井径仪（伞形检测器），也可采用较先进的水下摄像和发射仪器。垂直度检测一般只能采用开挖后实际量测的方法，必要时也可采用测斜仪。对于孔底沉渣检测，垂球法仍是目前工地常用的方法，也可采用电容法等孔底沉渣检测仪。就防患于未然的观点来看，充分重视成孔检测，显然具有十分重要的现实意义。成桩检测可分为完整性检测和承载力检测两大类。历年来我国先后开展的完整性检测方法主要有：动刚度法，机械阻抗法（瞬态、稳态），水电效应法，共振法，球击法（以上泛称低应变动测法）。另外尚有钻芯法，声波透射法，孔内摄像法。对于承载力检测主要有：静载试验、锤击贯入法、高应变法、静动法、自平衡法。 现着重对如下两个问题，作一回顾。1.2对高应变动测法历史的回顾 我国基桩动测技术的研发始于上世纪70年代末，锤击贯入试桩法作为我国自行研制开发的一种高应变动测法，于1981年通过鉴定，并于1991年编制完成我国基桩动测领域的第一本标准锤击贯入试桩法规程 CECS 35:91。1982年上海铁道学院与甘肃省建筑科学研究所共同研制了我国首台打桩分析仪DZH-3型，限于当时条件该系统未能推广应用，但仍不失为我国研制基桩动测仪器的先驱。1986年前后，我国开始从瑞典和美国引进国外的高应变动测仪器（PID和PDA）。通过对国外新技术的消化、吸收和改进，80年代中期中国科学院武汉岩土力学研究所推出了RSM系列试桩分析仪，1989年交通部第三航务工程局科研所研制的SDF-1型打桩分析系统通过鉴定。1992中国建筑科学研究院推出FEI-A型基桩分析系统，并通过鉴定。该系统包括低应变、高应变动测的全套软、硬件系统，达到了国际上90年代先进水平。与此同时，对高应变动测法的认识，也经历了一个由盲目到理性的过程。在国外仪器引进初期，由于宣传不当等原因，以为只要引进一台国外仪器，桩的承载力就能在现场“一锤定音”的说法有相当的市场；更有甚者，认为高应变动测将会取代静载试验。实践是检验真理的唯一标准，是工程实践的多年经验，使人们对高应变动测的适用性逐渐有了较正确的认识（详见下文）。1.3低应变动测法确定基桩承载力问题历年来我国先后开展的低应变动测方法主要有：动刚度法，机械阻抗法（瞬态、稳态），水电效应法，共振法，球击法等。对于低应变动测法的适用范围和功能，80年代中以来一直是桩基工程学术界争论的热点，焦点是低应变动测能否确定桩的承载力。早在1987年3月江苏南通召开的桩基工程质量监测会议上就有两种不同观点，一种观点认为，就桩的动测而言，确定桩的承载力应采用高应变法，低应变法不能使土阻力得到充分发挥，因而无法实测桩的承载力；另一种观点认为，通过单桩动、静刚度的对比与假定桩的允许沉降量，低应变法可以确定桩的允许承载力。1995年基桩低应变动力检测规程JGJ/T 93-95的施行和全国小（低）应变确定桩承载力会议的召开，使低应变法测桩在基桩检测市场中迅速发展。据称已经积累几千份动静对比资料；个别者称，与静载试验比较其检测误差可达到5%，甚至0。也有认为，低应变法确定桩的承载力在国际上是首创，不能迷信洋人；应反对（所谓高应变派的）学阀作风。与此同时，不同观点双方在学术杂志上展开激烈的辩论1，19921993年间岩土工程学报相继发表多篇署名文章。正方认为通过单桩动、静刚度的对比与假定桩的允许沉降量，低应变法可以确定桩的允许承载力。“认为小（低）应变法不能测桩承载力的说法是片面的，难以苟同”；而反方则认为如此检测基桩承载力的方法，长此以往会“贻笑国际”，“愧对后人”。基于上述情况，1993年9月在山东济南召开的第一届全国桩基工程学术会议上，笔者等发表的桩基工程检测技术的现状与展望2（以下简称展望）一文中，表明了我们的态度是“如果要得到对这一课题的更有说服力的论据，显然最好的办法还是要通过今后数年内从事桩基动测工作者的更多的实践”。 多年后工程实践的经历和教训，使人们对低应变动测法的适用性开始有了较正确的认识。江苏省建委等建设主管部门相继下文，停止采用低应变法检测基桩承载力。2008年住房和城乡建设部以建标 2008 104号文，公布2007年工程建设标准复审结果为:基桩低应变动力检测规程JGJ/T 93-95 废止。 2.若干新规定住房和城乡建设部已于2008年4月22日批准建筑桩基技术规范为行业标准3，编号为JGJ 94-2008（以下简称新规范），自2008年10月1日起实施。通过对新规范的初步学习，现仅对有关基桩检测领域相关问题，提出下列心得供同行讨论和指正。2.1新规范明确工程桩的全过程检验新规范规定，桩基工程的检验按时间顺序可分为三个阶段：施工前检验、施工检验、施工后检验。施工前应检验桩位是否合格。对于预制桩应对其外观、桩身混凝土强度、焊条与压力表的质量等进行检验；而对于灌注桩应对混凝土拌制、混凝土强度等级、钢筋笼质量与规格是否附合规范要求进行检验。施工过程中的检验，对于预制桩应包括：打入（静压）标准、接桩质量、锤击数和最终贯入度等；对于灌注桩应包括：成孔质量、孔底沉渣厚度、钢筋笼安放位置等。干作业条件下成孔的大直径桩，还应对桩端持力层性状进行检验。施工后首先应检查成桩桩位偏差，然后应进行承载力和桩身质量检验。综上所述，可见按照新规范的要求，将施工前、施工过程中检验作为与施工后检测同样重要，防患于未然，显然具有十分重要的现实意义。2.2新规范继续强调静载试验的重要性 新规范规定：设计等级为甲级的建筑桩基，设计采用的竖向极限承载力标准值应通过单桩静载试验确定。同时新规范将第9.4.2条：“工程桩应进行承载力和桩身质量检验”，列为强制条文，必须严格执行。有下列情况之一的桩基工程，在选择承载力检验方法时，应采用静载试验：（1）工程施工前已进行单桩静载试验，但施工过程变更了工艺参数或施工质量出现异常时；（2）施工前工程未按新规范第5.3.1条规定进行单桩静载试验的工程；（3）地质条件复杂、桩的施工质量可靠性低；（4）采用新桩型或新工艺。可见，新规范在总结我国桩基工程检验的科研成果和工程实践的基础上，再次突出的强调了确定单桩承载力时，静载试验的可靠性、重要性。2.3新规范规定了高应变动测法的适用范围 新规范也对高应变动测法的适用范围作出了规定，有下列情况之一的桩基工程，可采用高应变动测法对工程桩单桩竖向承载力进行检测：（1）工程施工前已按新规范规定进行单桩静载试验，施工过程又未变更工艺参数和施工质量又未出现异常时；（2）不属于地质条件复杂、桩的施工质量可靠性低、确定单桩竖向承载力的可靠性低、采用新桩型或新工艺的情况之一者的乙级建筑桩基；（3）丙级建筑桩基；（4）设计等级为甲、乙级的建筑桩基静载试验检测的辅助检测。综上所述，新规范规定的高应变动测法的适用范围仅为工程桩（施工后）单桩竖向承载力的检测，而对于设计采用的竖向极限承载力标准值的确定，不应采用高应变动测法。3.最近的进展3.1静载试验静载试验在基桩承载力检测中的重要性已如上述，近年来，静载试验的自动化系统的研制和开发有了长足的进步。但也应看到，由于检测市场的不规范竞争，导致不愿采用自动化仪器或修改固有的试验程序的情况也有所发生。在现场严格执行规范规定，确保检测数据的可靠性 和可比性，已是当前静载试验工作中的迫切任务。本届论文集中(下同)涂荫玖等的从静载试验结果看勘察报告的承载力取值一文，根据基桩静载试验结果（部分桩埋设测试元件）与舟山地区岩土工程勘察报告提供的承载力、桩周土侧阻力、端阻力值比较，发现勘察报告提供的桩基参数值普遍偏低。单桩竖向极限承载力标准值最大相差达1.103.26倍，尤以嵌岩桩为甚；沉管灌注桩因桩长较短，桩周土以淤泥质土为主，相差较小。该文作者建议，应进一步试验研究，尽快编制舟山地区基桩设计参数汇编，为工程建设服务。鲁海涛等的饱和黄土场地桩基的静载试验研究一文，介绍了某工程中钻孔灌注桩、夯扩桩的竖向和水平静载试验。研究表明：该工程饱和黄土场地中基桩竖向承载力以端承力为主，侧阻力所占比重较小。为此建议，设计时应选择良好的持力层，并保证夯扩桩桩端扩大头直径达到0.8m以上，钻孔桩进入卵石层深度应大于0.8m。3.2高应变动测多年积累的工程实践经验，使人们对高应变动测法的适用性有了较正确的认识；与此同时，在高应变动测数据的无线传输方面也作了有益的探索，并已趋于实用阶段。郑健等的高应变动测试验的现状和问题浅析一文，介绍了上海市建设工程检测行业协会组织的检测单位现场高应变比对试验的结果，基本上反映了上海地区高应变动测法的现状。根据统计结果：（1）在选用合适的重锤和落高的前提下，对于预制桩，统计得到的高应变法检测的承载力与静载试验承载力的差异在 -17+26%之间。（2）正常桩的高应变法检测的承载力总体上是偏安全的；桩的承载力越高，高应变法检测的承载力平均值越偏安全。（3）对于个别单位，高应变动测法有高估承载力的现象，高估幅度为020%。（4）对于锤击贯入度较大的桩，高应变动测法很可能会高估承载力，高估幅度达6070%。（5）对于严重缺陷桩，很可能会出现承载力的严重高估，高估的幅度达6070%。 笔者认为由于高应变动测法确定基桩承载力时，有一定的经验因素，因此上述统计结果反映的是上海地区高应变动测法的现状。3.3低应变动测 正如笔者等1993年在展望一文中所述，“低应变动测方法很多，随着桩基动测市场的激烈竞争，最终会使其中某几种方法在发展中趋于明显优势。原因是这些方法的理论依据可靠，仪器设备轻便并在保证测试精度的前提下做到价格适中，数据分析方法规范化并有可比性。”近年来，工程界进行低应变动测时，已主要采用应力波反射法（瞬态机械阻抗法）,而其无线袖珍型仪器的性能也已渐趋成熟。另外,对应力波反射法的适用性和功能还作了许多新探索，如采用旁孔法测定桩长；采用双通道采样法测定桩身波速，从而比较准确的测定桩长。还探索了将应力波反射法用于混凝土底板下的基桩检测、地下连续墙检测等。邓业灿等的基桩倾斜时应力波检测法的振幅谱特征一文，通过多个模型桩及工程桩实例,说明基桩倾斜方向及倾斜度大小可通过频率域作出较准确的判定。当基桩倾斜时频率域振幅谱会产生明显的桩倾斜异常。基桩垂直时,各向激振与接收的振幅谱差异很少；而基桩倾斜时,各向振幅谱差异较大。基桩由干扰频率振幅值大，向干扰频率振幅值小方向倾斜。基桩由振幅谱畸变大，向振幅谱畸变小方向倾斜。通过振幅谱频差值可方便地求出基桩垂直度偏差值（）。上述采用振幅谱特征求基桩垂直度偏差的方法，可供同行探讨和借鉴。孔继东的管桩工程质量验收与检测一文，针对预应力混凝土管桩的特点，提出管桩沉桩完成后的质量检验新方法和定量标准，并推荐采用孔内摄像法检测基桩完整性。该法采用孔内电视摄像仪进行探测，能对管（孔）中出现的缺陷进行定性和定量判定，具有检测方便快捷、检测结果直观的特点，是桩身质量检测的一种新手段。目前，由福建省建筑科学研究院主编完成的中国工程建设标准化协会标准基桩孔内摄像检测技术规程CECS 253，已自2009 年6月1日起发布、施行。赵 伟的黄土场地基桩动测法中波速的确定一文，应用波动理论阐述动测法中应力波在基桩中的传播规律，计算出应力波在三维状态下的波速与一维状态下波速的关系。认为用一维杆件理论分析短桩或桩的浅部，计算的波速往往偏低，应充分考虑基桩的三维效应；由于混凝土变形特性所至，基桩动力检测中高、低应变的波速应该是不同的，低应变法的波速应高于高应变法。实际检测时，应对波速进行合理的修正，结合测试的其他因素综合确定波速值。3.4声波透射法从上世纪90年代中至今,声波透射法测试仪器在我国经历了多次更新换代,从模拟式、数字式、便携式到最近的自动式。但仍有许多需要改进之处，如测试中如何消除数据断点现象,提高仪器的稳定性等。为提高测试信号质量，宜将目前采用的收发一体换能器，改进为多通道仪器。韩 亮的论基桩声波透射测试中过滤法判定桩身缺陷一文，讨论了基桩声波透射测试中概率法的局限性，论述了过滤法中相对能量概念、首波初至时间阈值选取以及波列图对判定桩身缺陷的优势，并归纳出过滤法声学参数与缺陷的关系。认为过滤法引入了相对能量判据，较真实地反映了接收信号强度；采用阈值确定首波初至时间比绝对量的概率法更加合理；过滤法采用波列图综合识别缺陷，识别的分辨率和对比度更高。该文作者通过大量工程实践，认为过滤法能使缺陷的识别更为可靠。赵守全等的浅谈声波透射法在基桩检测过程中的分析和研究一文，强调了声波透射法中声测管的埋设方法及其重要性。施工前应合理布设声测管，做到认真埋设；检测中发现有缺陷桩时应持慎重态度，必要时可结合低应变反射波法或钻孔取芯法进行综合评价。赵常要等的关于声波透射法检测中对倾斜声测管管间距修正方法的探讨一文，针对声波透射法中由于声测管倾斜引起的声速失常问题，提出了利用最小二乘法中的线性回归法和曲线拟合法对声测管间距作回归统计，对测点声波波速进行修正，从而较准确地判定基桩质量。笔者认为基于现场声测管管间的多变性和复杂性，首先还是应详情了解实际工况，而将该法作为提高综合评定基桩桩身完整性的判据之一为妥。3.5自平衡法自平衡法（国外称为Osterberg法）是基桩静载试验的一种新方法，近年来已在美、欧、日等国家及香港、台湾地区广泛应用，解决了许多传统静载试验无法解决的难题。我国自1996年来开始应用，已进行了大量的工程实践，解决了工程实际的需要。聂如松等的对自平衡试桩法几个关键问题的探讨一文，从桩周土有效应力和桩体泊松比效应的角度,证明了自平衡法比传统的单桩竖向抗压静载试验测得的承载力会偏低；论述了自平衡法中荷载箱位置的重要性；并对等效转换方法存在的问题进行了讨论。可见由该法发展现状来看，显然在测试数据的处理和分析方法上还有大量的工作要做。王文军等的Osterberg法静载荷试桩技术分析及改进研究一文，同样也分析国内自平衡法存在的主要问题。并提出一种桩顶适当加荷的自平衡法测试新思路，认为可有助于上段桩侧阻力的发挥，以便上、下段桩阻力能同时达到极限状态。并提出在核算荷载箱埋设位置时，对上段桩侧阻力不进行折减，使极限承载力的确定和Qs曲线的转化方法较为简单。笔者认为该文作者提出的方法，可供探讨、研究，并求更多的工程实践验证。 龚维明等的基桩静载试验 自平衡法交通行业标准介绍一文，报道了根据交通部关于下达2007年交通标准化计划的通知，依据公路桥涵施工技术规范附录中静载试验的规定，考虑到自平衡法的发展而制定了基桩静载试验自平衡法测试标准，为交通行业基桩设计及施工提供依据。作者认为，自平衡法具有对深基础指定区域单独加载的独特功能,是一种有用的检测方法。该法已成功地应用于桩的时间效应、岩层水平抗力系数、循环加载效应和施工技术对钻孔灌注桩承载力的影响等的研究，还有望进行打入桩残余应力的测试研究。笔者认为自平衡法仍是一种新的测试方法，今后应着重研发其数据处理方法，和积累更多的实测数据和工程经验。3.6其他方法童立元等的基于多功能孔压静力触探测试的桩基承载力预测方法探讨一文，介绍了国际上多功能地震波孔压静力触探（SCPTU）的发展情况，并探讨了基于SCPTU的基桩反应分析及基桩承载力的预测问题。该文作者认为，就CPT方法而言，使预测承载力产生误差的主要因素是没有考虑土中孔隙水压力、剪胀效应和有效应力的影响；而采用SCPTU方法可