简述混凝土钻孔灌注桩成桩质量检测方法

作者：黄鑫 李清燕 刘文猛

来源：《城市建设理论研究》2011年第20期

摘要：简单介绍几种钻孔灌注桩成桩后质量检验方法，主要介绍目前广泛采用的超声波无破损逐根检测基桩混凝土质量的方法，以便通过检测数据，能够有效地对桩体质量进行判断。 关键词：桩 质量 检测

钻孔灌注桩施工分为二个步骤：一是钻机成孔；二是水下浇注混凝土成桩。由于水下灌注混凝土不能振捣，依靠混凝土灌注压力自行达到均匀密实。成桩后的质量还应该进行检查，以便最终评价钻孔灌注桩的施工质量和承载力，是否满足规范规定和设计要求。

钻孔灌注桩成桩的质量检测可分为现场检测法和室内分析法两种。现场检测法有：低应变动测法包括超声波（脉冲）法和反射波法等、同位素（放射性）探测法、开挖检查法、桩身混凝土取芯法、静载试验法。室内分析法有：灌注混凝土的充盈系数分析；混凝土试块抗压强度分析。

1 超声波检测法

我国在60年代就开始利用超声波来检测混凝土构件的缺陷。 进入70年代，随着钻孔灌注桩在水利、交通、港口、高层建筑等基础工程中广泛推广应用，最早在黄河下游的闸坝基础工程中开始利用超声波检测钻孔灌注桩的质量，并且在实践中积累了许多经验。1984年河南开始在郑州黄河大桥建设中采用超声波仪检测基桩质量，之后迅速在全国桥梁基础工程中得到普遍推广。

1）采用超声波仪进行检测，首先在钻孔灌注桩身混凝土内预埋三根声测管（约φ50mm）,沿钢筋笼呈等边三角形布置。成桩后进行检测时,分别在一对声测管内放入超声波换能器(即探头,一个发射,一个接收),由发射换能器发射周期性超声波脉冲,穿过检测桩体混凝土,被接收换能器接收,在仪器上显示出传播时间和波幅、波形等信号，经过微处理器自动记录，打印测量结果。由现场所测数据绘制声时（声速）～深度曲线及波幅（衰减值）～深度曲线。 桩身完整性及缺陷的判断：

⑴声时或声速的小概率t+2σt或V-2σv作为判断有无缺陷的临界值。 V为平均声速，σv为声速均方差，σt为声时均方差，t为平均声时。

⑵按声时～深度曲线相邻测点的斜率S及相邻两点声时差值D得到的乘积（S·D）作为缺陷的判据。S·D值能在声时（或声速）～深度曲线上明显地反映出缺陷的位置及性质，可结合t+2σt进行综合判断。

⑶波幅（衰减量）比声速对缺陷反应更灵敏，要采用接收信号能量平均值的一半，作为判断缺陷的临界值。对超越临界值的测区，应进行缺陷分析与判断。

桩身完整性判断，宜采用上述判据进行综合判断，并辅以接收波形的视频率做出结论。在做出缺陷判断后，应进一步采用多点固定发射，不同深度接收（斜测）来判断缺陷的大小及空间分布。

2）在工程实践中，经过超声波检测结果与钻取岩芯的方法进行对比分析，证明采用超声波检测对于判断钻孔灌注桩缺陷的位置、范围相当准确可靠，下面是一些判断经验，供参考。 ⑴超声波综合判断表

桩的质量 声时T(US)或声速V（m/s） 振 幅 波形 备注

好桩 t～H曲线基本呈直线，无明显折点 无明显衰减 正常 三个测面

蜂窝、疏松、离析、夹泥团 t～H曲线有明显折点，最大相对差＞10%，声速

夹泥、断桩 t～H曲线有明显增大的转折，最大相对差＞30%,声速＜2500m/s 衰减明显，相对衰减＞50% 畸变平缓,不易读数 二个或三个测面 注：声时、振幅是指随深度变化的曲线（实测值） ⑵超声波声速与混凝土质量判断

声速V（m/s） >4000 3500～4000 3000～3500 2500～3000 2000～2500 桩身质量 优 好 较好 有缺陷 差 极差

强度高密实 局部蜂窝 蜂窝/孔洞 孔洞/夹泥 泥土 ⑶混凝土质量均匀性判断

由超声检测资料的声时值计算散离系数CV ，均方差σ,以此判断桩身混凝土的均匀性 混凝土质量等级 优良 合格 不合格

离散系数CV(%) 10 均方差σ 25 2 反射波法：

此方法用人工锤击桩头，产生振动波，从桩头向桩底传播，使用动测仪可以测量，根据现场实测资料（频率～阻抗曲线）,利用经验公式计算该桩的极限承载力，用来评价桩是否满足设计要求；根据频率～阻抗曲线也可定性分析在桩的某一深度范围内存在缺陷。

反射波法适用于检测桩身结构的完整性，判定缺陷类型（断裂、离析、空洞、蜂窝、缩径、扩径等）及位置，同时也可对桩长进行校核，对桩身砼质量做出评价。

⑴质量好的桩，其反射波具有以下特征：桩底反射波明显，易测到双程传播时间值；波形规则、波列清晰，平均波速较高；在频谱分析图上，基波的主峰明显。

⑵桩身有断裂面、严重离析：反射波到达断裂面的时间，小于桩底反射波达到时间；反射波强度减弱，甚至影响桩底反射波的出现，或者反射波的波形复杂。

⑶缩径、扩径：由于桩身截面积变化，导致反射波的明显变化；缩径或扩径的部位，可按反射历时估算。

⑷桩身混凝土质量：由桩底反射波到达时间，直接计算桩身纵波的传播速度来判定： 桩身混凝土质量 优质 良好 可疑 较差 极差

纵波速度m/s >4120 3300～4120 2750～3300 1920～2750 3桩身混凝土芯样检测

钻孔灌注桩成桩后，采用钻机在桩身连续钻取混凝土芯样，可以检查混凝土的均匀性，是否存在夹泥、蜂窝、断桩，对于完整的芯样，可在室内进行抗压强度试验，其试验强度是否达到设计强度，取芯法是检查钻孔灌注桩混凝土质量最直观、可靠的，但此法需要的时间长，又不经济，不可能对每根桩进行钻取芯样检查其质量。一般仅对缺陷桩（由超声波检测结果）进行取芯验证。 4开挖检查

这种检查一般适用在地下水位以上的桩身周边开挖，利用地形条件有垂直开挖、沟坡水平打洞等方式。例如，冲抓钻机成孔，其灌注桩的直径一般大于设计桩径，桩土界面犬牙交错，

咬合密实；砂性土，砂砾石中有水泥浆及泥土颜色（因钻孔采用了泥浆护壁）；桩身混凝土是否密实（有无蜂窝、孔洞），通过开挖检查，可以综合评价桩的施工质量。 5静载试验：

静载试验有两种：一是对工程桩按规范规定在桩头加垂直荷载至设计荷载为止，属于无损试验；二是对试桩（小直桩）进行破坏试验（垂直荷载加至极限荷载）。静载试验要花大量的人力、物力及数十万元的经费，一般在重要的大、中桥中采用，目的是验证设计的参数，探讨大直径超长桩的工作机理，也为今后设计桩基础提供科学的现场实测资料。 静载试验测量得到荷载(P)～沉降（S）曲线，荷载（P）～摩阻力(C)曲线。 （1）.根据P～S曲线确定极限荷載

根据大量的试桩资料整理分析，国内外学者提出了许多方法,其中有P～S曲线与双曲线模型拟合，即P=S/(a+bs)，式中a、b为双曲线参数，由实测资料（P～S曲线测值）计算确定.将上式双曲线改写成：S/P=a+bs直线方程，则a为该直线的截距，b为该直线的斜率。（采用最小二乘法，简单、精确计算a、b值）。

由此确定该桩的极限荷载Pcr=1/b（即极限荷载为斜率b的倒数），由Pcr在P～S曲线上确定极限沉降量Scr值。

（2）.根据P～C曲线确定钻孔灌注桩壁(与各土层)摩阻力C，这种实测资料对钻孔灌注桩（摩擦桩）的设计来说是非常重要的。

（3）.允许承载力与允许沉降量

对设计钻孔灌注桩（摩擦桩）来说，目前我国规范是采用极限荷载Pcr除以同一安全系数（一般取值为2）的方法来确定允许承载力是否合理，还需要探讨。对于建筑物（桥梁）的安全来讲，不仅应满足强度稳定条件，（相应于允许承载力）还应满足变形（允许沉降量）稳定条件。允许沉降量不是由允许承载力在P～S曲线确定的,它与建筑物的结构形式、运用要求有关，各国有不同的规定，一般允许沉降量在5～10毫米之间。 6同位素（放射性）探测法：

采用同位素探测仪，在桩身钻孔中或利用钻孔灌注桩的三根声测管，在每根声测管中放入探头（放射性r源），在各个测点部位测量被测介质（混凝土）的计数率，根据实测资料绘制沿桩深的计数率分部曲线，用以评价桩身的混凝土的均匀性，确定是否存在缺陷及其部位。同

时根据测量的计数率按经验公式计算出混凝土的容重、抗压强度（测前标定的公式计算），用以评价钻孔灌注桩的施工质量。同位素探测法还处于总结经验，逐步推广阶段。 7灌注混凝土的充盈系数分析：

所谓“充盈系数”是钻孔灌注桩实际灌注混凝土量与设计的混凝土量之比，一般充盈系数大于1，通常在1.1～1.3之间，这决定于地质情况（如：有无局部塌孔）、钻孔机具的类型（冲击、冲抓、回旋转钻机）。根据现场施工记录资料，采用数理统计方法，求得充盈系数，用于评价钻孔灌注桩的施工质量。充盈系数小于1，说明钻孔灌注桩不满足设计要求的桩长或桩径，但是，充盈系数大（＞1.2），说明有塌孔，应分析是在钻孔或在灌注混凝土过程中，后者影响桩的质量。一般评价钻孔灌住桩的质量，充盈系数为1.05较好。 8混凝土试块抗压强度分析：

每根钻孔灌注桩应取砼试件不少于2组。现场还应进行塌落度落度检查，是否满足规定，检查现场拌和混凝土配合比的正确性。

桩基础施工结束后，对混凝土试验强度进行分析： （1）.试验平均强度R试＞R设计；

（2）.采用数理统计方法(强度试验值为正态分布曲线)，评价钻孔灌注桩的施工质量。 规范要求混凝土标号≥20Mpa 计算参数名称 参数值 质量评价 离散系数Cr ＜0.11 0.11＞Cr＜0.14 优良 良好

均方差 ＜3.5MPa 优良

以上简单地介绍了钻孔灌注桩的几种检测方法，无论采用哪种方法，都是为了了解桩的承载力，检验桩身混凝土质量是否符合要求。总之，合格的I类桩必须满足强度要求，无夹层断桩，桩身无混凝土离析层，桩底沉淀厚度不大于设计规定，桩头及樁身部分无薄弱混凝土层，无空洞、缩颈等缺陷。桥梁工程建设同行们可以在广泛了解各类检测手段的基础上，结合检测数据和专业文献，对钻孔灌注桩的质量给予更准确的评判。

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