基桩质量问题和桩身完整性检测

9.6.1 基桩质量问题

基桩属于隐蔽性工程，在施工过程中由于各种主观或客观原因可能会造成质量问题，有时候问题很严重，以至于不得不报废，需重新成桩，造成很大的经济损失。以下介绍预制桩和灌注桩在施工过程中常见的质量问题。

1.预制桩质量问题

1）钢桩

（1）锤击应力过高时，易造成钢管桩局部损坏，引起桩身失稳。

（2）H型钢桩因桩本身的形状和受力差异，当桩入土较深而两翼缘间的土存在差异时，易发生朝土体弱的方向扭转。

（3）焊接质量差，锤击次数过多或第一节桩不垂直时，桩身易断裂。

2）混凝土预制桩

（1）桩锤选用不合理，轻则桩难于打至设定标高，无法满足承载力要求，或锤击数过多，造成桩疲劳破坏；重则易击碎桩头，增加打桩破损率。

（2）锤垫或桩垫过软时，锤击能量损失大，桩难于打至设定标高；过硬则锤击应力大，易击碎桩头，使沉桩无法进行。

（3）锤击拉应力是引起桩身开裂的主要原因。混凝土桩能承受较大的压应力，但抵抗拉应力的能力差，当压力波反射为拉伸波，产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，一般会在桩身中上部出现环状裂缝。

（4）焊接质量差或焊接后冷却时间不足，锤击时易造成在焊口处开裂。

（5）桩锤、桩帽和桩身不能保持—条直线，造成锤击偏心，不仅使锤击能量损失大，桩无法沉入设定标高，而且会造成桩身开裂、折断。

（6）桩间距过小，打桩引起的挤土效应使后打的桩难于打入或使地面隆起，导致桩上浮，影响桩的端承力。

（7）在较厚的黏土、粉质黏土层中打桩，如果停歇时间过长，或在砂层中短时间停歇，桩就不易打入，此时如硬打，将击碎桩头，使沉桩无法进行。

2.灌注桩质量问题

1）钻（冲）孔灌注桩

（1）对于有泥浆护壁的钻（冲）孔灌注桩，桩底沉渣及孔壁泥皮过厚是导致承载力大幅降低的主要原因。

（2）水下浇注混凝土时，施工不当，如导管下口离开混凝土面、混凝土浇筑不连续时，桩身会出现断桩的现象，而混凝土搅拌不均、水灰比过大或导管漏水均会产生混凝土离析。

（3）当泥浆相对密度配置不当，地层松散或呈流塑状，或遇承压水层时，导致孔壁不能直立而出现塌孔时，桩身就会不同程度地出现扩径、缩颈或断桩现象。

（4）钢筋笼的错位（如钢筋笼上浮或偏靠孔壁）也是这类桩经常出现的质量问题。

（5）对于干作业钻孔灌注桩，桩底虚土过多是导致承载力下降的主要原因，而当地层稳定性差出现塌孔时，桩身也会出现夹泥或断桩现象。

2）沉管灌注桩

（1）拔管速度快是导致成管桩出现缩颈、夹泥或断桩等质量问题的主要原因，特别是在饱和淤泥或流塑状淤泥质软土层中成桩时，控制好拔管速度尤为重要。

（2）当桩间距过小时，邻桩施工易引起地表隆起和土体挤压，产生的振动力、上拔力和水平力会使初凝的桩被振断或拉断，或因挤压而缩颈。

（3）当地层存在有承压水的砂层，砂层上又覆盖有透水性差的黏土层，孔中浇灌混凝土后，由于动水压力作用，沿桩身至桩顶出现冒水现象，凡冒水桩—般都形成断桩。

（4）当预制桩尖强度不足，沉管过程中被击碎后塞入管内，当拔管至—定高度后下落，又被硬土层卡住未落到孔底，形成桩身下段无混凝土的吊脚桩。对采用活瓣桩尖的振动沉管桩，当活瓣张开不灵活，混凝土下落不畅时，也会产生这种现象。

3）人工挖孔桩

（1）混凝土浇筑时，施工方法不当将造成混凝土离析，如将混凝土从孔口直接倒入孔内或串筒口到混凝土面的距离过大（大于2.0m）。

（2）当桩孔内有水，未完全抽干就灌注混凝土，会造成桩底混凝土严重离析，进而影响桩的端阻力。

（3）干浇法施工时，如果护壁漏水，将造成混凝土面积水过多，使混凝土胶结不良，强度降低。

（4）地下水渗流严重的土层，易使护壁坍塌，土体失稳塌落。

（5）在地下水丰富的地区，采用边挖边抽水的方法进行挖孔桩施工，致使地下水位下降，下沉土层对护壁产生负摩擦力作用，易使护壁产生环形裂缝；当护壁周围的土压力不均匀时，易产生弯矩和剪力作用，使护壁产生垂直裂缝；而护壁作为桩身的一部分，护壁质量差、裂缝和错位将影响桩身质量和侧阻力的发挥。

9.6.2 桩身完整性检测

针对基桩在施工过程中容易出现质量问题，为保证工程质量，需在成桩后进行桩身完整性检测。基桩桩身完整性检测的方法有低应变动测法、高应变动测法、钻芯法和声波透射法等。对桩径较小、桩长不大、桩周土阻力相对较小的工程桩可采用低应变动测法进行桩身完整性检测；对桩较长或桩周土阻力相对较大的工程桩可采用高应变动测法进行桩身完整性检测；对于大直径桩，宜采用钻芯法、声波透射法进行桩身完整性检测。桩身完整性检测宜采用两种或多种合适的检测方法进行。

桩身完整性检测结果评价，应给出每根受检桩的桩身完整性类别，如表9-5所示。

表9-5 桩身完整性分类表

1.低应变动测法

常用的低应变动测法有应力波反射法和机械阻抗法，其中应力波反射法应用得最为广泛。这里仅介绍应力波反射法。

波动理论中用到波阻抗的概念，波阻抗Z以下式表示：

Z=ρCA（9-30）

式中 ρ——介质密度，kg/m3；

C——波速，m/s；

A——截面面积，m2。

波阻抗反映了波在介质传播过程中波速、介质密度和介质截面的变化。

应力波反射法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩、缩径或扩径等），将产生反射波，检测和分析反射波的到达时间、幅值和波形特征，就可判别桩身的完整性，测试系统如图9-22所示。

以完整的首次桩底反射时间Δt，计算该桩的波速

式中 L——完整桩的桩长，m；

Δt——完整桩桩底反射波的传递时间，s。

由该工程完整桩的平均波速Cm计算缺陷的位置：

图9-22 应力波反射法测试系统示意图

式中 Δti——桩缺陷处反射波的传递时间，s；

Li——桩缺陷的位置，m；

Δfi——幅频曲线所对应缺陷的相邻振峰间的频差，Hz。

2.高应变动测法

高应变动测法是用重锤冲击桩顶，使桩-土产生相对位移，通过安装在桩身两侧的力和加速度传感器接收应力波信号，根据实测锤击力-时间（F-t）曲线和速度与波阻抗乘积-时间（v Z-t）曲线对桩身完整性做出判别（图9-23）。

对于等截面桩，桩顶下第一个缺陷可用β值大小结合可靠的实际经验进行评价：

式中 β——桩身完整性系数，β=1.0为完好桩；β＜1.0，存在不同程度缺陷，β越小，缺陷越严重；

t1——速度第一峰所对应的时刻，s；

tx——缺陷反射峰所对应的时刻，s；

F（t1），F（tx）——为t1和tx时刻的锤击力，k N；

v（t1），v（tx）——为t1和tx时刻的质点运动速度，m/s；

Z——桩身截面阻抗，k N·s/m；

Rx——缺陷以上部位土阻力的估计值，k N，等于缺陷反射波起始点的力F减去速度与波阻抗乘积v Z，取值方法如图9-23所示。

桩身缺陷位置x可按下式计算：

式中，C为应力波沿桩身的传播速度，m/s。

图9-23 桩身结构完整性系数计算

3.钻芯法

钻芯法是用岩芯钻具从桩顶沿桩身直至桩端下1.5倍桩径处钻孔，钻芯直径有55mm， 71mm，91mm和100mm等多种。钻进过程中，钻头和芯样筒在一定外压力下周期旋转，使芯样周圈磨出一道沟槽，压力水进入芯管和钻头，通过循环水将岩屑带出孔外，取出的芯样按一定顺序沿深度摆好编号，便可对钻孔区域的混凝土质量做出直观的判别。

钻取桩身混凝土芯样进行状态和强度检验，是一种较可靠直观的方法。状态检验指的是桩身是否有断桩、夹泥，以及混凝土密实度和桩底沉渣厚度等。强度检验是切取混凝土芯样在压力机上进行抗压强度试验，检验混凝土是否达到设计要求。合理的钻芯法，可以达到检验桩身完整性、桩身混凝土强度是否符合设计要求、桩底沉渣是否符合设计及施工验收规范要求、桩端持力层是否符合设计要求、施工记录桩长是否属实、成孔深度是否符合设计要求等目的。

4.声波透射法

利用预埋管（图9-24）或钻孔由超声脉冲发射源在桩身混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性。当混凝土内存在不连续或破损界面时，将产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射。根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的大小及空洞位置。

声测管的数量根据桩径的大小确定，测管数量越多，测区覆盖面积就越大。建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2014）对声测管埋深数量的规定如下：桩径小于或等于800mm时，不得少于2根声测管；桩径大于800mm且小于或等于1600mm时，不得少于3根声测管；桩径大于1600mm时，不得少于4根声测管；桩径大于2500mm时，宜增加声测管数量。

图9-24 声测管布置