港口工程中桩基质量检测浅析与比较

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[摘要]港口工程中的桩基作为保证港口建设的安全具有重要的作用，本文从灌注桩质量问题及预制桩质量问题入手，深入分析目前桩基常见的质量问题，详细介绍了目前常用的测桩基完整性的方法，包括钻孔取芯法、超声波透射法、高应变应力反射波法和低应变应力反射波法，并对比了各种方法的优缺点，为桩基质量检测提供一定的参考。

[关键字]港口工程 桩基检测 质量问题 检测方法

[中图分类号] TU473.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-273-2

1 前言

近10余年，我国港口工程建设有很大发展，大型深水码头迅速增加，工程用桩的截面尺寸和长度不断加大，并要求将桩打入更深土层，以获得较大承载力。桩的施工及运行都具有高度的隐蔽性，一旦建成后发现质量问题难，因此，施工过程中的桩基检测工作是整个桩基工程中不可缺少的环节，本文首先分析港口桩基中常见质量问题，对目前常用的检测方法进行了深入分析，对比了其应用过程中的优缺点，为港口桩基检测提供参考。

2 港口桩基常见的质量问题

2.1 灌注桩质量问题

（1）钻孔灌注桩。①承载力可能出现大幅降低，主要原因是由于桩底沉渣及孔壁泥浆皮过厚；②水下浇注混凝土时，由于难以观测到水下的情况，可能会使得导管下口离开混凝土面，造成桩身出现断桩现象，而混凝土的搅拌不均或水灰比过大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，桩身就会不同程度的出现扩径，缩颈或断桩的现象；④钢筋笼错位；⑤干作业时桩底虚土过多也是导致承载力下降的主要原因，当地层稳定性差出现塌孔的时候，桩身也会出现夹泥或断桩的现象。

（2）沉管灌注桩。①拔管速度快是导致沉管桩出现缩颈、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，砂层上又覆有透水性差的土层，孔中浇混凝土后，由于动水压力的作用，沿桩身至桩顶出现冒水现象，凡冒水桩一般都形成断桩。

④当预制桩尖强度不足，沉管过程中被击碎后塞入管内，当拔管至一定高度后下落，形成桩身下段无混凝土的吊脚柱。

（3）人工挖孔柱。①混凝土施工时，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到混凝土而使得距离过大等；②当桩孔内有水，未完全抽干就灌注混凝上，会造成桩底混凝土严重离析，进而影响桩的端阻力；③地下水渗流严重的土体，易使护壁坍塌，土体失稳塌落。

2.2 预制桩质量问题

（1）钢桩。①锤击力过高时，易造成钢管桩局部损坏，引起失稳。②H型钢因桩身的形状和受力差异，当桩入土深度较大而两翼缘间的土存在差异时，易发生朝土质差的方向扭曲变形。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锤击拉应力是引起桩身开裂的主要原因。②焊接质量差或焊接后冷却时间不足，锤击时容易造成在焊口处开裂。③桩锤、桩帽和桩身不能保持在一条直线，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。④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。

3 港口工程中桩基质量的检测方法及比较

目前，常用的检测桩基完整性的方法主要有：钻孔取芯法、超声波透射法、高应变应力反射波法和低应变应力反射波法。

3.1钻孔取芯法

（1）概述。在桩体上钻芯法是比较直观的检测方法，不仅可以了解灌注桩的完整性，查明桩底沉渣厚度以及桩端持力层的情况，而且还是检验灌注桩混凝土强度的唯一可靠的方法，但由于钻孔取芯法需要在工程桩的桩身上钻孔，所以属于有损检测，通常适用于直径不小于800mm混凝土灌注桩。另外。钻孔取芯对查明大面积的混凝土离析、疏松、夹泥、空洞等比较有效。

（2）优缺点。在反映桩身质量完整性方面更直观、可靠，钻出的岩芯可制作成试件进行强度试验，但只反映小部分混凝土质量，而对局部缺陷和水平裂缝等判断就不十分准确。因此，钻孔取芯法存在盲区，宜与其它无损检测方法结合。

3.2超声波透射法

（1）概述。超声波法检测混凝土桩的基本原理通过发射传透混凝土的声波，通过相应的声学参数接判断桩身混凝土的质量的方法。混凝土与声学参数间有一定的对应关系，混凝土愈密实，声速值愈大。由此可以检验桩身混凝土的质量和完整性。超声波检测混凝土桩桩身质量和完整性的理论基础是弹性波波速与媒质特性之间的关系。从实测的桩身材料的速度（或声时，即声波穿透的历时）就可以推断所穿透媒质特性的变化。所以测定桩身材料的波速（或声时）是超声波检测桩完整性和质量的主要依据。

（2）优缺点。机理清晰、测试方法简便、成果较可靠、成本低，它的局限性，如桩头混凝土松软时，应力波不能从桩头沿桩身往桩底传播，得不到桩底的反射信号。

3.3 高应变应力反射波法

（1）概述。高应变方法利用几十甚至几百牛的重锤锤击桩顶，同时在桩两侧距桩顶一段距离处对称安装力和速度传感器，测定重锤冲击作用下的力和速度信号。它作用在桩顶上的能量大，应力和应变水平接近或达到工程桩的应力应变水平，动荷载使桩克服土阻力产生贯入度，从而使桩土之间产生塑性位移，桩侧和桩尖阻力都得到一定程度的发挥。在桩顶量测的桩土响应信号包含承载力因素，所以高应变动力测桩可以对单桩的承载力进行判断，也可以评价桩身结构的完整性。

（2）优缺点。高应变反射波法所需激振的能量大，费用高，常用于桩基承载力的检测，相对低应变设备笨重、效率低及费用高，相比静载相对好一些，但激励能量和检测有效深度大，在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够查明是否影响竖向抗压承载力，但波形分析中不确定性导致其误差较大。

3.4 低应变应力反射波法

（1）概述。低应变反射波法是桩头瞬态激振、桩头信号接收，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线借助一维波动理论来判定基桩的完整性。或水中放电等方法，给桩作用较小能量。作用在桩顶上的动荷载远小于桩的使用荷载，不足以使桩产生贯入度，也就是说桩土之间不产生相对位移，只产生弹性变形。低应变反射波法是通过应力波沿桩身传播和反射原理进行桩的检验。

（2）优缺点。当桩身有一个或两个以上缺陷时，就不容易测到以后的缺陷反射信号；当桩身缺陷变化缓慢时（如扩颈或缩颈），缺陷变化界面处的反射信号不明显，易造成误判或漏判；受桩长径比的影响，对深部的缺陷反应不灵敏等，对缺陷只定性分析而不能定量分析。

但其具有仪器设备轻便，检测速度快，费用低，检测面广等优点，而且其数学物理假设比较完善，理论模型比较成熟。目前，低应变反射波法在桩基础的完整性检测中被广泛应用。

4 结语

港口码头的桩基质量检测是一项复杂的系统工程，从目前研究来看无论在理论上还是实际工程中均存在较多问题，如何准确快速判断桩基的质量，满足港口建设的安全要求是目前工程界很关注的问题，通过持续研究，希望能够促进桩基检测领域在理论研究及工程运用中得到广泛的发展，为我国的港口建设提供坚实的基础。

参考文献

[1] 刘金励，李大展，黄强.桩基工程检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[2] 陈凡，徐天平，陈久照等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 韩亮，基桩声波透射法检测新技术及其应用[J].工程力学，2007，24（增刊I）：141-145.