桩基检测技术发展现状和展望

桩基础检测技术

桩基检测技术发展现状和展望

【摘要】 桩基工程是目前应用最广泛的基础形式，合理正确的基桩检测方法是控制桩基工程施工质量的保障手段，客观准确的基桩检测数据是工程质量评定的重要依据。概述桩基检测技术的发展历程，对各种检测技术做了简要介绍以及各种桩基检测技术的穿插运用对工程基桩检测意义重大；同时，展望了桩基检测工作的发展前景。

【关键词】 桩基 ，检测 ，展望

第1章

1.1桩基检测的重要性

随着我国城乡建设事业的迅速发展，桩基工程越来越多，因而桩基工程检测技术也就成为一个热门而得到广泛重视。特别是近10年来，检测领域取得了长足的发展，检测技术更加趋于成熟和先进，有关桩基工程检测的标准、规范相继发布、施行，使桩基检测工作进一步规范化，对保证工程质量起到了良好的作用。但是在这么多的检测方法和技术标准面前，对于实际工程中要应用哪种桩基检测理论和方法来进行最贴近最合理的评价工程的施工质量有待于我们进一步探讨和总结，这对于提高桩基检测工作的质量和检测结果评定的可靠性以及对确定整个桩基工程的质量与安全有重要意义。目前我国从事桩基工程检测的单位有700家以上，从事桩基检测仪器制造的单位有10余家，动测仪器的软件、硬件水平已经接近或达到国际先进水平。诚然，我们在先进检测技术上的创新和开拓需进一步加强和提升。

1.2基桩检测的分类

桩基检测中承载力检测和完整性检测是基桩质量检测中两项最重要的内容。目前按设计和施工质量验收规范所规定的具体检测项目方式，宏观上可分为两种检测方法：

1.2.1直接法：即通过现场原型试验直接检测项目结果的检测方法。主要有钻孔取芯法（桩身完整性检测）和静载荷试验（承载力检测）。

1.2.2间接法：指在现场原型试验基础上，同时基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能最终获得检测项目结果的检测方法。主要包括以下三种方法：①低应变法（现行主要指反射波法）。在桩顶面施加低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内做弹性振动，并由此产生应力波纵向传播，同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价。该方法测试设备简单轻便，检测速度快、成本低，是基桩质量完整性桩基质量检测技术概述

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普查的良好手段。②高应变法（现行主要指波动方程法）。通过在桩顶实施重锤敲击，使桩身产生动位移，桩周岩土阻力充分发挥。高应变法物理意义明确，检测准确度相对较高；但目前受检测人员水平和桩-土相互作用模型等问题的影响，该方法仍有较大的局限性，尚不能完全代替静载荷试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的设计依据。③声波透射法。用声波在桩身中的传播，通过对声波传播时间、波幅及主频等声学参数的测试和分析，对桩身完整性作出评价的一种检测方法。

第2章 桩基检测的发展历史和现状

2.1静载荷试验

桩基静载测试技术是随着桩基础在建筑设计中的使用越来越广泛而发展起来的。新中国成立以前，在国内基本上没有桩基静载测试技术的发展，新中国成立以后，桩基静载测试技术才逐步发展起来。传统静载荷试验采用手动加压、人工操作、人工记录的方式进行。这种方式，因工作条件比较艰苦，试验时间又较长，而且需连续作业，投入的人力较多，导致不仅工作效率低、检测数据误差大，而且原始资料易被涂改、人为干扰因素多，以至于无法进行有效的监督管理，使检测报告的审核风险加大。就拿西南边陲省份云南来讲，50年代末和60年代初，就有了在预制桩上进行的静载试验，但因为受当时计算机应用和电子产品制造水平的限制，自动控制的精度以及测试仪表的稳定性能方面，均无法满足使用上的要求或使用起来更加费时费力，推广性不强。进入到80年代以后，随着改革开放的深入，基本建设规模的逐年加大，特别是灌注桩在工程上的广泛应用，我国的桩基静载测试技术也进入了一个全新的发展时期。至今，桩基静载试验是一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。

现在，随着各种性能稳定的电子元器件的出现、制造技术的进步以及计算机水平的提高，生产出性能稳定、功能全面、精度更高、界面更加友好的静载测试系统已经成为可能。因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。

2.2低应变检测

20世纪80年代，以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期，各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、

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实践经验积累等方面，取得了许多有价值的成果。

2.3高应变检测

动力打桩公式在打入式预制桩施工中的应用已有近百年的历史，可以说，动力试桩技术的发展始于动力打桩公式。1960年后，世界上部分国家开展了系列动力测试桩承载力的研究工作，并于20世纪80年代形成了实用的高应变现场测试和室内波动方程分析方法。目前，国内外高应变法的主流仍将一维杆波动理论作为测试和结果分析的基础，但它不可避免的忽视了桩与土相互作用的机理，所以高应变法相对与静载荷试验来测承载力有一定的局限性和不稳定性。我国的高应变动力试桩法研究是起自80年代中后期，90年代初期已有相关的软硬件问题，其实际应用效果已不弱于国外，其后面向国内大量的灌注桩检测，已有单位在模型改值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平，许多方面甚至更具有中国特色。进、拟合技巧、参数选定等方面进行了大量工作，也有应用者在桩如何才算被充分激发方面进行了研究。值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平，许多方面甚至更具有中国特色。

2.4声波透射法

混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。至20世纪70年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。声波透射法以其鲜明的技术特点成为目前混凝土灌注桩（尤其是大直径灌注桩）完整性检测的重要手段，在工业与民用建筑、水利电力、铁路、公路和港口等工程建设的多个领域得到了广泛应用。目前大量使用的数字式声波仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。

2.5钻孔取芯法

目前钻孔取芯法主要应用在钻孔灌注桩检测上，同时在技术条件成熟的地区也用在检测地下连续墙的施工质量。钻芯法是一种微破损或局部破损的检测方法，具有科学、直观、实用等特点。

第3章

3.1单一检测方法的局限性

目前声波透射法、高低应变法等桩身完整性检测方法，由于检测原理、仪器设备、数据处理等方面的局限性，一般适用符合“一维均质杆件”假定的混凝土桩，不能完全适用于组合桩，异型桩、薄壁钢管桩；地基处理中应用的水泥搅拌桩、碎石桩、低桩基检测存在的问题

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强度等级混凝土桩、GFG桩等桩型，也不能简单套用基桩工程中的基桩完整性检测方法，只有在其桩身条件符合基桩完整性检测方法要求时，才能有选择的应用，但检测数量、结果评定，一定要按照地基处理技术要求执行。钻孔取芯法目前几乎九成以上都用在混凝土灌注桩检测上。

3.2桩基动力检测方法在应用中存在的不足：

3.2.1基桩完整性动力分析：①基本上不能对截面的变化程度作出定量评定，而只能对桩身缺陷的存在作出定性和定位的判断；②大批试桩中能鉴别出肯定合格的基本完整桩和肯定不合格的严重缺陷桩，对许多具有中等程度缺陷桩，较难对其合格性作出判断；③在通过对桩身阻抗变化的分析中，很难判定缺陷的具体类型，必须结合工程地质条件、桩型、成桩工艺和施工记录等进行综合判断。

3.2.2基桩承载力动力分析：物理数学模型、力学模型、桩土材料模型、计算公式、分析流程、应用软件及仪器设备等各个方面，在对承载力的分析计算上都存在一些问题，这些问题都会导致承载力分析计算的系统误差，是本质的、急需创新的不足；另外，场地环境条件、从业人员素质，尽管是外因，但都直接影响到承载力的判定精度。

3.2.3高、低应变动力试桩法有一定的适用范围，当长径比大于30，或桩体有两个以上缺陷时，动力试桩均难以提供准确的桩体完整性信号，对于目前大量使用的超长桩，动力试桩必须加以改进。提高动测信噪比，提高检测精度是需要解决的问题。

3.3静载荷检测存在的问题

3.3.1现场准备工作不认真，测试仪表不符合要求，特别是现场基准梁的架设以及锚桩、基准桩、试桩间的布置间距不符合规范的规定，在加载设备方面，受现有设备的限制，采用大千斤顶量测小吨位桩，这就如同大称称轻物，其精度不可能满足测试要求；不认真执行规范制定的试验步骤，提前加压或记录，卸载时不进行回弹观测；检测报告不规范，内容过于简单，无工程概况及土层分布情况。桩基静载试验中的任何试验数据都必须从经过定期计量标定的测量器具上获得，这样的数据才能是真实的数据，但在我国有一定数量的桩基检测单位，其所使用的千斤顶、油压表、百分表、自动化测试仪有的几年不标一次，有的甚至没有计量器具许可证。

3.3.2现在的高层建筑，一般都有地下室，其桩的有效长度应从最底层地下室的底板算起，受施工时间条件所限传统的静载方法无法测得其有效桩长的实际承载力。近年来尽管有各种动测方法，也需大量的动静资料对比才能提高其精度。

3.3.3桩静载荷试验目前盛行堆载平台法，但目前的平台对试桩及基准桩附近形成大面

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积堆载，应力高达300kPa以上，影响试桩工作状态和基准桩的设置，甚至造成平台失稳事故，因此，必须改进平台的结构形式。

3.4尚不能应用声波透射法推定桩身强度

桩中混凝土由于重力、地下水等多种因素的影响而产生离析现象，导致桩身各个区段混凝土的实际配合比产生变化，而这种变化情况无法预估，因而无法对“强度-声速”曲线作合理的修正。另一方面，声测管的平行度也会对强度的推定产生很大影响，声测管在安装埋设过程中难以保证管间距恒定不变，检测时，我们只能量测桩顶的两管距离，并用于计算各测点的声速，这就必然造成声速检测值的偏差。因此，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的适用范围中回避了桩身强度推定问题。

第4章

4.1单一性检测技术

4.1.1静载荷试验

增加了仪器硬件技术的创新和科研：发明了自动化测读和分析系统。系统采用先进的精密测试仪器，如位移测量采用的容栅数字位移传感器，精度高，温漂和时漂都很小，能够野外昼夜连续测试的要求。传感器本身带有液晶显示器能够将接收信号同实测位移数据进行对比。系统对于自动控制中的加压与稳压部分，压力控制以开关量控制为主。同时在软件设计中增加了自适应点触式加补荷方式，最大限度的减少加荷时产生的超压现象；当需要时也可配接变频调速器，进行总线输出以控制油泵出油量，达到精确控制加载量，提高检测精度的目的。系统根据静载试验中易出现的问题，设置了6种完善的自动报警功能。试验过程中弹出的报警窗口，显示有可能发生的问题信息以提醒试验人员进行现场调整或中止试验。系统完善的Windows版后处理分析软件，可实现报告数据和原始数据的分离处理；各种编辑功能和打印设置，使试验人员对数据的整理、图形的编辑、图表的输出更加方便快捷，提高了劳动效率。

4.1.2低应变反射波法

结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。桩型、施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。如：预制桩、人工挖孔桩不可能缩径；许多的缺陷或质量事故都发生在流水处或地层变化处；地层变化对波形也会产生影响（会产生反射波）等等。因此查看地质资料、了解施工记录对确定缺陷位置有很好的帮助。利用定量分析软件对基桩缺陷程度的判定。虽然定量分析软件本身存在一些不足，但它分析了应力波在桩身传播的详细过程，只要桩周土的参数选择合理，它的作用远远大于我们凭肉眼对桩基检测的创新和发展

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波形缺陷程度的判断。综合分析同一工程的所有被测桩。同一工程的地质和施工状况大致相同，通过寻找被测桩之间的共性，再来分析每一根桩的情况，往往能有效的提高分析效果。

4.1.3高应变法

由于桩土系统的复杂性及外界噪声的影响,从而使有用信号难以直观把握,因此采用良好性能的信号分析技术,提取有用信号是最终正确判断桩身特性的基础之一。在经典谱分析中主要采用了ＦＦＴ变换、倒频谱分析及希尔伯特变换。对于不同特性的信号,分别选用不同的分析技术,就会改善信号判断的难易。现在提出的分析方法有：时序分析技术和小波分析技术。时序分析法系指现代的、非传统的时间序列方法。同传统的时序法不同,该方法不是直接利用观测数据来获得数据的统计特性,而是对观测数据拟合一个参数模型,再利用这个参数模型对观测数据及产生这一数据的系统进行分析、研究与处理。小波分析技术是指通过选择合适的小波基函数对原始信号进行小波分析,实现信号时频分解,可以区分不同物理本质的信号成分,结合场地条件分辨有效信号与干扰信号,再通过对“噪声”时段及频段的抑制,可以实现信号消噪,改善信号质量,从而提高桩基动测资料分析水平。动力测桩中需要同时对桩长、波速等多个参数进行反演估算,这是个较困难的问题。为此, 陈建功等运用遗传算法的基本原理,提出了一种动力测桩中完整桩多参数反演问题的遗传算法。动力测桩多参数反演问题可归结为一个非线性优化问题,采用传统的非线性优化方法很容易使目标函数处于局部极小域,很难取得较好的效果,而利用遗传算法具有自组织、自适应和自学习等智能特性,可以得到满意解,且收敛速度较快。

4.1.4声波透射法

目前，国内主要把重点放在超声波在混凝土中传播时控制接收信号的漂移和控制波形发生畸变。因此，好多科研单位都组织成立了一批优秀的科技队伍从理论上着手，再体现在仪器设备上的创新。

4.1.5钻孔取芯法

目前增加了钻机设备的技术含量，从单一的效率低的向效率高多功能的钻机发展。

4.2多种检测技术相结合

当采用一种方法对桩身质量（完整性）做出正确判定时，可同时选用两种或多种方法进行检测，使各种方法能够相互补充、验证，提高检测结果的可靠性，如对大直径灌注桩的完整性检测，可采取低应变法和钻孔取芯法联合的模式；对多节预制桩，

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接头质量差是常见的缺陷，此时可采用高应变和低应变相结合的方式进行检测；对低应变法测试的盲区（浅部严重缺陷），可采取开挖验证等等。总之，对设计等级高、地质条件复杂、施工质量变异性大的桩基，或低应变判断完整性可能有技术问题时，提倡采用直接法进行验证。实际上，由于各种检测方法在可靠性或经济性方面存在不同程度的局限性，多种方法配合时又具有一定的灵活性，因此应根据检测目的，检测方法的适用范围，综合考虑各种因素如设计、地质情况、施工因素以及受检桩的代表性等等，合理选择检测方法和确定抽检数量，使各种检测方法尽量能互为补充或验证，即在达到“安全适用、正确评价”目的的同时，也力求做到各种方法优势互补，从而达到经济合理的目的。

第5章 桩基检测的展望

至今桩基动测技术远未成熟，随着桩基检测理论和实践的不断发展,建立桩土在动力作用下的力学机理及相关理论的，同时发展先进的测量技术和对测试信号的正确解释，桩基动测技术在工程中的应用将更加广泛。

深基坑支护桩的检测，目前国内尚无明确规定。对于桩身质量可用动测法检测，对于其横向承载力没有可行的检测方法。用动测法测定支护桩的横向承载力是值得研究的课题。研制和改进孔底沉渣测定仪，控制和检测灌注桩孔壁泥皮厚度的设备，对提高施工阶段的检测水平具有重要意义。

传统的桩基静载试验的慢速维持荷载法费时、费力，已远不能适应当前桩基检测工作的发展，在快速荷载试验法的技术上，我们有许多试验单位都作了大量的现场试验对比工作。从国外的发展情况来看，快速荷载试验法将是一个试验手段的发展方向。在这方面，有些地方规范已明确规定了快速荷载试验法的试验步骤。作为桩基工程的使用量和检测量的大国，相信随着测试理论和技术的不断完善、国际交流的不断广泛开展，我国的桩基静载试验将越来越走向成熟并形成自己的特色。

桩承载力自平衡试验方法是大承载力桩基静载试验的一种发展方向，但这种技术方法还刚刚兴起，其理论研究还在进行当中，该试验所得到的各种图表数据与传统的试验结果图表还有许多需要对比研究的地方。在现场设备安装时，荷载箱的放置位置会影响到桩侧阻力和桩端阻力的发挥，国外荷载箱一般放在桩端，这是因为国外试桩桩端一般都位于坚硬的持力层中，而我国各地的情况就有所不同，所以在设备安装前要事先进行计算，将荷载箱安装在合适的部位。该方法测出的上段桩的摩阻力方向是向下的，与常规方法测出的摩阻力方向相反，这方面还需要做进一步的理论研究与现

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场对比试验。

采用桩底加载法进行试桩，可缩短工期，节省大量人力、物力。试验可采用快速法，也可采用慢速维持荷载法。特别适合在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩。在打入情况，也可利用一根桩打至不同深度，逐一进行试验，从而选择桩的最佳长度。目前较多是用于测定嵌岩桩的嵌固力，这是传统方法难以做到的。桩底加载法如能及早采用，实为我国建筑业中的一项飞跃。

中国地域辽阔，工程地质复杂。中国土木工程建设的规模、持续发展的时间、工程建设中遇到的岩土工程技术问题，都是其它国家不能相比的。这给我国岩土工程研究跻身世界一流并逐步处于领先地位创造了很好的条件。展望21世纪岩土工程的发展，挑战与机遇并存，让我们的共同努力将中国岩土工程推向一个新水平。

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