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江门市江海区建设工程质量检测站 广东 江门 529000
【摘 要】文章结合工程实例，分析了基桩低应变检测报告，判断桩身完整性类别的方法，以提高检测准确率，同时对低应变法在桩基浅部缺陷加固措施进行了研究、探讨，可为相关的工作提供参考借鉴。
【关键词】基桩；质量安全；抗压承载力；反射波；裂缝；加固措施
1 概述
现阶段，桩基础成为土木工程中主要的基础形式之一，但桩基是埋入地下的隐蔽工程，其质量较难控制。在施工过程中，受成桩工艺、施工水平、地质条件等因素影响，桩身容易存在一些缺陷或质量隐患，对桩身质量和结构安全造成破坏，影响桩基安全使用和工程安全。因此，桩基检测工作是一个不可缺少的重要环节。低应变反射波法作为低应变动力检测的主要方法，具有检测速率快、效率高的特点，经过多年的研究和应用，得到了工程界的广泛认可，对于保障桩基工程质量起到了积极的作用。同时，其在实际检测过程中也暴露出一定的缺陷，表现为只能对桩身缺陷程度作出基本的定性判断，不能判断桩身缺陷的具体类型，也不能对桩身缺陷程度作出准确的定量判断，对桩身缺陷的检测往往不够完整准确。故如何正确地阅读基桩低应变检测报告，准确地判断桩身完整性类别，逐渐成为工程工作人员保证工程得以顺利、可靠实施的重要任务。基于此，文章就这一检测技术的相关问题进行简要的阐述和分析，同时，为了保障桩身质量，提高工程桩的耐久性、安全性，本文还对封闭桩身可能存在的裂缝提出了一些加固措施，可供参考。
2 工程概况
本案例涉及工程为农房改造集聚小区独立地下汽车库，建筑面积21706m2，层高4.0m，主要用作汽车库及设备用房，为单层地下建筑。地下汽车库底板板面标高为-5.500m，顶板板面标高为-1.500m，上覆1.2m厚种植土。
采用全现浇钢筋混凝土框架结构，柱下独立承台，桩型选用Φ700泥浆护壁钻孔灌注桩。桩编号为ZKZ-D700-70.0-35.0（A2）-35.0（S154）-C25，桩身上部35m配10Φ16，下部35m配6Φ16，Φ8@250，设计有效桩长70m。单桩竖向抗压承载力特征值Ra=1600kN，单桩竖向抗拔承载力特征值R'a=400kN。桩端进入持力层（④3号圆砾层）深度≥1.5m，施工时以桩长控制为主，总桩数为609根。地基自上而下分布见表1。
表1 各土层主要物理力学参数
本场地地形较平坦，勘察期间测得钻孔内地下水初见水位在地表以下0.90～1.30m，稳定水位在地表以下0.30～0.80m，本地区地下水水位常年变幅较小，一般小于2.0m，地下室抗浮设计水位取为设计室外地坪标高。
2012年9月29日开始打工程桩试桩，试桩时采用正循环钻进成孔，反循环清孔。选用膨润土制备泥浆，泥浆相对密度为1.15。孔口设置6mm厚、1.50m高钢板护筒，护筒内径为800mm。当根据地质报告勘探剖面明确钻头进入④3号圆砾层后，继续下钻，直到确保钻头进入持力层深度≥1.5m；并记录最后300mm的钻进深度中，每钻进100mm所需时间，以此作为施工时贯入度控制参考标准。钢筋笼吊装完毕后，安置导管二次清孔。待各项指标检查合格后，立即浇灌桩身商品混凝土。桩身商品混凝土坍落度约为240mm，充盈系数为1.20。上述参数均作为施工时控制标准，试桩情况良好。
2013年11月采用堆载法进行基桩静载荷试验，桩身承载力符合规范及设计要求。2013年12月4日进行局部基坑验槽。2014年3月分批进行桩位偏差验收，施工单位提供了桩位偏差记录数据和基桩低应变检测简报。低应变检测采用反射波法，设备为武汉岩土力学研究所制造的FDP204PDA掌上动测仪，传感器为加速度传感器。从各批次低应变检测简报的结论来看，所有工程桩均为Ⅰ类或Ⅱ类桩，符合规范及设计要求，结论显示桩基工程施工质量非常完美。
3 理论简述
根据一维弹性杆的波动理论，杆件的阻抗变化与杆件的截面尺寸、质量密度、弹性模量等因素或某一因素变化有关。阻抗变化处的力（F）、速度（V）幅值与阻抗差值成正比，即杆件阻抗变化越大，反射波的信号就越强。示意简图见图1（角标I、R、T分别示意入射、反射和透射）。
图1 波在自由桩中的传播
根据文献介绍，采用特征线波动方程分析计算软件，同时考虑土的阻尼和弹性阶段土的阻力共同作用，计算一些比较典型的实例，得出的波形见图2。
图2 不同桩身阻抗变化时桩顶波速响应波形
通常讲，桩身完整性缺陷有位置、类型和程度三个指标，而缺陷程度对桩身完整性分类是最重要的。低应变动测法不能判断桩身缺陷的具体类型，也不能对桩身缺陷程度作出准确的定量判断；但是，该方法能对桩身缺陷程度作出基本的定性判断（如判断缺陷程度为轻微、中等或严重），具有较高的可信度和参考价值。
4 工程实例分析
基于上述理论，笔者仔细查阅了基桩低应变检测简报，发现有一部分被判定为Ⅱ类桩的桩身低应变实测信号曲线与《建筑基桩检测技术规范（JGJ106—2014）》提供的完整桩典型时域信号特征曲线有较大区别。考虑到桩顶以下3.0m范围内的桩侧土体便于人工开挖验证，笔者挑选出低应变实测信号曲线上（2L/c时刻之前）反射波信号比较强的dxs-25#工程桩，初步判定该桩的桩身距离桩顶以下3.0m范围内可能有较大缺陷。
具体分析过程如下：dxs-25#桩初始低应变实测信号曲线见图4。笔者就该条信号曲线提出两点疑问：（1）dxs-25#桩的实测信号曲线没有反映桩底反射波，但检测报告中只字未提；（2）dxs-25#桩在距离桩顶约2.1、6.7、16.0m（图4中较长虚线所示）部位，存在三处较强的与入射波同相位的反射波。说明在上述部位，桩身混凝土离析情况可能比较严重，甚至已经产生了较大的水平裂缝。这些缺陷会较大程度地削弱桩身抗压，特别是抗拔承载力，建议加固处理。而检测报告中仅描述为“dxs-25#桩在距离桩顶约2.1m处有轻微缺陷”，将这根桩判定为Ⅱ类桩，很可能漏判该桩为Ⅲ类桩。 图4 dxs-25#桩时域信号曲线
针对笔者提出的疑问，五方责任主体单位于2014年3月底在现场召开了协调论证会。
针对笔者提出的第一点疑问，大家基本上达成了共识。因为对于处在软土地区的长桩，由于桩周土和桩身阻抗的变化以及检测设备激振能量损耗等原因，低应变实测信号曲线基本上不能反映桩底反射波。但是对于第二点疑问及建议，施工单位有较大的抵触情绪。他们认为不同检测设备之间的差别以及检测设备本身的系统误差，可能造成上述假象；但是，桩身质量是较好的，故不愿意对Ⅱ类桩进行加固处理。为了做到对症下药，以理服人，笔者提出根据现场施工条件的便利程度，由施工单位分别采用二次低应变复测、上部桩侧土体开挖、上部桩身钻芯取样三种方式，对dxs-25#桩进行验证。
dxs-25#桩二次低应变复测桩身信号曲线见图5。
图5 dxs-25%桩复测时域信号曲线
从复测信号曲线上看，dxs-25#桩在距离桩顶附近部位出现低频、大振幅、大摆动波形，说明该桩身混凝土在桩顶附近已经严重离析；复测结果仍然不能很好地满足Ⅱ类桩的要求，建议进行加固处理。
对dxs-25#桩再进行桩身上部浅层（≤3.0m）开挖验证，见图6、图7。
图6 dxs-25#桩侧开挖深度复核
图7 dxs-25#桩侧开挖全貌
现场开挖后显示，dxs-25#桩顶附近混凝土明显离析，采用ZC3-A数显回弹仪测得桩侧混凝土强度仅为C13～C19（仅作为现场参考，未出具正式报告）。混凝土表面多处疏松、蜂窝、麻面。桩身水平箍筋断裂，纵向钢筋笼严重偏位。部分纵向钢筋保护层厚度已接近于零，而部分纵向钢筋保护层厚度已大于250mm。开挖情况与笔者根据实测信号曲线作出的判断基本一致，桩身完整性不符合Ⅱ类桩的判定标准，建议对桩身进行加固处理。
最后对dxs-25#桩进行桩身上部浅层（≤3.0m）钻芯取样，照片见图8。
图8 dxs-25#桩上部浅层芯样
dxs-25#桩的钻芯结果（仅作为现场参考，未出具正式报告）显示，在距离桩顶约1.2～1.8m范围内桩身混凝土严重离析，局部混凝土芯样破碎，芯样破碎段长度明显小于100mm，混凝土质量疏松、胶结不良。虽然低应变检测报告描述的桩身缺陷部位桩顶以下2.1～2.4m）与现场钻芯取样结果有差别，但是在桩身缺陷程度的定性判别上，数据和实物对桩身缺陷程度的反映是基本一致的。根据《建筑基桩检测技术规范（JGJ106—2014）》的规定，该桩应至少判Ⅲ类桩。
5 加固措施
当桩身在距离桩顶3.0m范围以外存在质量缺陷时，考虑到其桩顶附近的桩身抗压承载力基本满足，而缺陷部位的桩身抗拔承载力要求已随深度增加而明显降低，为封闭桩身可能存在的裂缝，提高工程桩的耐久性，笔者建议对此类桩采取桩侧土体注浆加固的处理措施。
至此，五方责任主体单位均同意笔者提出的建议，对桩身质量有明显缺陷的工程桩进行加固处理。具体的加固措施如下：
（1）对距离桩顶3.0m范围以内，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩（共14根，具体桩号略），桩侧土体进行人工开挖，凿除有缺陷部位的桩身混凝土，对桩身凿除区域采用C30细石混凝土补强处理；对桩侧人工开挖土体采用C25细石混凝土灌实。
（2）对距离桩顶3.0m范围以外，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩（共22根，具体桩号略），首先对距离桩顶3.0m范围以内桩侧土体（桩侧外约1倍桩身直径范围）进行人工开挖，同时预埋注浆管；然后采用C25细石混凝土对桩侧人工开挖土体进行回填灌实。最后对缺陷区域桩周土（桩侧外1倍桩身直径范围，深度为实测信号曲线显示的缺陷部位上、下各2.0m）采用水泥浆注浆加固处理，每根注浆管水泥注入量约400kg。
具体的开挖灌实和注浆加固工作从2014年4月开始，到2014年7月全部结束。2014年9月18日进行第一次中间结构验收。此时地下汽车库顶板已基本完成覆土并作为施工材料堆场使用，验收情况良好。2015年5月该工程进行施工后浇带封闭施工，当时建筑物最大沉降量为6mm，最小沉降量为3mm。迄今为止，该建筑物整体沉降均匀，沉降速率基本平稳。地下汽车库使用情况良好，顶板、侧壁及底板均未出现结构性裂缝。说明桩基加固措施取得了预期的效果。
6 结语
综上所述，由于检测理论和仪器等方面的制约，根据单一波形进行判识存在一定的局限性和不确定性，而且浅部缺陷波形易与首波叠加在一起，造成测桩盲区，而且桩身浅部也易产生扩径现象，加上各种缺陷在波形上有相似之处，难以准确分辨和判别，容易造成错判和漏判。因此，这就需要检测者有丰富的检测经验，并根据施工记录、地质资料和开挖情况进行综合判别，从而确保桩身质量和结构安全，保障桩基安全使用和工程安全。
参考文献：
[1]李鹏；邵万强.低应变法检测在发现桩身浅部缺陷中的问题探讨[J].城市勘测.2010（B06）
[2]王树栋；郑亚宏；舒森；高树全.低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用[J].路基工程.2011（01）
【摘 要】文章结合工程实例，分析了基桩低应变检测报告，判断桩身完整性类别的方法，以提高检测准确率，同时对低应变法在桩基浅部缺陷加固措施进行了研究、探讨，可为相关的工作提供参考借鉴。
【关键词】基桩；质量安全；抗压承载力；反射波；裂缝；加固措施
1 概述
现阶段，桩基础成为土木工程中主要的基础形式之一，但桩基是埋入地下的隐蔽工程，其质量较难控制。在施工过程中，受成桩工艺、施工水平、地质条件等因素影响，桩身容易存在一些缺陷或质量隐患，对桩身质量和结构安全造成破坏，影响桩基安全使用和工程安全。因此，桩基检测工作是一个不可缺少的重要环节。低应变反射波法作为低应变动力检测的主要方法，具有检测速率快、效率高的特点，经过多年的研究和应用，得到了工程界的广泛认可，对于保障桩基工程质量起到了积极的作用。同时，其在实际检测过程中也暴露出一定的缺陷，表现为只能对桩身缺陷程度作出基本的定性判断，不能判断桩身缺陷的具体类型，也不能对桩身缺陷程度作出准确的定量判断，对桩身缺陷的检测往往不够完整准确。故如何正确地阅读基桩低应变检测报告，准确地判断桩身完整性类别，逐渐成为工程工作人员保证工程得以顺利、可靠实施的重要任务。基于此，文章就这一检测技术的相关问题进行简要的阐述和分析，同时，为了保障桩身质量，提高工程桩的耐久性、安全性，本文还对封闭桩身可能存在的裂缝提出了一些加固措施，可供参考。
2 工程概况
本案例涉及工程为农房改造集聚小区独立地下汽车库，建筑面积21706m2，层高4.0m，主要用作汽车库及设备用房，为单层地下建筑。地下汽车库底板板面标高为-5.500m，顶板板面标高为-1.500m，上覆1.2m厚种植土。
采用全现浇钢筋混凝土框架结构，柱下独立承台，桩型选用Φ700泥浆护壁钻孔灌注桩。桩编号为ZKZ-D700-70.0-35.0（A2）-35.0（S154）-C25，桩身上部35m配10Φ16，下部35m配6Φ16，Φ8@250，设计有效桩长70m。单桩竖向抗压承载力特征值Ra=1600kN，单桩竖向抗拔承载力特征值R'a=400kN。桩端进入持力层（④3号圆砾层）深度≥1.5m，施工时以桩长控制为主，总桩数为609根。地基自上而下分布见表1。
表1 各土层主要物理力学参数
本场地地形较平坦，勘察期间测得钻孔内地下水初见水位在地表以下0.90～1.30m，稳定水位在地表以下0.30～0.80m，本地区地下水水位常年变幅较小，一般小于2.0m，地下室抗浮设计水位取为设计室外地坪标高。
2012年9月29日开始打工程桩试桩，试桩时采用正循环钻进成孔，反循环清孔。选用膨润土制备泥浆，泥浆相对密度为1.15。孔口设置6mm厚、1.50m高钢板护筒，护筒内径为800mm。当根据地质报告勘探剖面明确钻头进入④3号圆砾层后，继续下钻，直到确保钻头进入持力层深度≥1.5m；并记录最后300mm的钻进深度中，每钻进100mm所需时间，以此作为施工时贯入度控制参考标准。钢筋笼吊装完毕后，安置导管二次清孔。待各项指标检查合格后，立即浇灌桩身商品混凝土。桩身商品混凝土坍落度约为240mm，充盈系数为1.20。上述参数均作为施工时控制标准，试桩情况良好。
2013年11月采用堆载法进行基桩静载荷试验，桩身承载力符合规范及设计要求。2013年12月4日进行局部基坑验槽。2014年3月分批进行桩位偏差验收，施工单位提供了桩位偏差记录数据和基桩低应变检测简报。低应变检测采用反射波法，设备为武汉岩土力学研究所制造的FDP204PDA掌上动测仪，传感器为加速度传感器。从各批次低应变检测简报的结论来看，所有工程桩均为Ⅰ类或Ⅱ类桩，符合规范及设计要求，结论显示桩基工程施工质量非常完美。
3 理论简述
根据一维弹性杆的波动理论，杆件的阻抗变化与杆件的截面尺寸、质量密度、弹性模量等因素或某一因素变化有关。阻抗变化处的力（F）、速度（V）幅值与阻抗差值成正比，即杆件阻抗变化越大，反射波的信号就越强。示意简图见图1（角标I、R、T分别示意入射、反射和透射）。
图1 波在自由桩中的传播
根据文献介绍，采用特征线波动方程分析计算软件，同时考虑土的阻尼和弹性阶段土的阻力共同作用，计算一些比较典型的实例，得出的波形见图2。
图2 不同桩身阻抗变化时桩顶波速响应波形
通常讲，桩身完整性缺陷有位置、类型和程度三个指标，而缺陷程度对桩身完整性分类是最重要的。低应变动测法不能判断桩身缺陷的具体类型，也不能对桩身缺陷程度作出准确的定量判断；但是，该方法能对桩身缺陷程度作出基本的定性判断（如判断缺陷程度为轻微、中等或严重），具有较高的可信度和参考价值。
4 工程实例分析
基于上述理论，笔者仔细查阅了基桩低应变检测简报，发现有一部分被判定为Ⅱ类桩的桩身低应变实测信号曲线与《建筑基桩检测技术规范（JGJ106—2014）》提供的完整桩典型时域信号特征曲线有较大区别。考虑到桩顶以下3.0m范围内的桩侧土体便于人工开挖验证，笔者挑选出低应变实测信号曲线上（2L/c时刻之前）反射波信号比较强的dxs-25#工程桩，初步判定该桩的桩身距离桩顶以下3.0m范围内可能有较大缺陷。
具体分析过程如下：dxs-25#桩初始低应变实测信号曲线见图4。笔者就该条信号曲线提出两点疑问：（1）dxs-25#桩的实测信号曲线没有反映桩底反射波，但检测报告中只字未提；（2）dxs-25#桩在距离桩顶约2.1、6.7、16.0m（图4中较长虚线所示）部位，存在三处较强的与入射波同相位的反射波。说明在上述部位，桩身混凝土离析情况可能比较严重，甚至已经产生了较大的水平裂缝。这些缺陷会较大程度地削弱桩身抗压，特别是抗拔承载力，建议加固处理。而检测报告中仅描述为“dxs-25#桩在距离桩顶约2.1m处有轻微缺陷”，将这根桩判定为Ⅱ类桩，很可能漏判该桩为Ⅲ类桩。 图4 dxs-25#桩时域信号曲线
针对笔者提出的疑问，五方责任主体单位于2014年3月底在现场召开了协调论证会。
针对笔者提出的第一点疑问，大家基本上达成了共识。因为对于处在软土地区的长桩，由于桩周土和桩身阻抗的变化以及检测设备激振能量损耗等原因，低应变实测信号曲线基本上不能反映桩底反射波。但是对于第二点疑问及建议，施工单位有较大的抵触情绪。他们认为不同检测设备之间的差别以及检测设备本身的系统误差，可能造成上述假象；但是，桩身质量是较好的，故不愿意对Ⅱ类桩进行加固处理。为了做到对症下药，以理服人，笔者提出根据现场施工条件的便利程度，由施工单位分别采用二次低应变复测、上部桩侧土体开挖、上部桩身钻芯取样三种方式，对dxs-25#桩进行验证。
dxs-25#桩二次低应变复测桩身信号曲线见图5。
图5 dxs-25%桩复测时域信号曲线
从复测信号曲线上看，dxs-25#桩在距离桩顶附近部位出现低频、大振幅、大摆动波形，说明该桩身混凝土在桩顶附近已经严重离析；复测结果仍然不能很好地满足Ⅱ类桩的要求，建议进行加固处理。
对dxs-25#桩再进行桩身上部浅层（≤3.0m）开挖验证，见图6、图7。
图6 dxs-25#桩侧开挖深度复核
图7 dxs-25#桩侧开挖全貌
现场开挖后显示，dxs-25#桩顶附近混凝土明显离析，采用ZC3-A数显回弹仪测得桩侧混凝土强度仅为C13～C19（仅作为现场参考，未出具正式报告）。混凝土表面多处疏松、蜂窝、麻面。桩身水平箍筋断裂，纵向钢筋笼严重偏位。部分纵向钢筋保护层厚度已接近于零，而部分纵向钢筋保护层厚度已大于250mm。开挖情况与笔者根据实测信号曲线作出的判断基本一致，桩身完整性不符合Ⅱ类桩的判定标准，建议对桩身进行加固处理。
最后对dxs-25#桩进行桩身上部浅层（≤3.0m）钻芯取样，照片见图8。
图8 dxs-25#桩上部浅层芯样
dxs-25#桩的钻芯结果（仅作为现场参考，未出具正式报告）显示，在距离桩顶约1.2～1.8m范围内桩身混凝土严重离析，局部混凝土芯样破碎，芯样破碎段长度明显小于100mm，混凝土质量疏松、胶结不良。虽然低应变检测报告描述的桩身缺陷部位桩顶以下2.1～2.4m）与现场钻芯取样结果有差别，但是在桩身缺陷程度的定性判别上，数据和实物对桩身缺陷程度的反映是基本一致的。根据《建筑基桩检测技术规范（JGJ106—2014）》的规定，该桩应至少判Ⅲ类桩。
5 加固措施
当桩身在距离桩顶3.0m范围以外存在质量缺陷时，考虑到其桩顶附近的桩身抗压承载力基本满足，而缺陷部位的桩身抗拔承载力要求已随深度增加而明显降低，为封闭桩身可能存在的裂缝，提高工程桩的耐久性，笔者建议对此类桩采取桩侧土体注浆加固的处理措施。
至此，五方责任主体单位均同意笔者提出的建议，对桩身质量有明显缺陷的工程桩进行加固处理。具体的加固措施如下：
（1）对距离桩顶3.0m范围以内，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩（共14根，具体桩号略），桩侧土体进行人工开挖，凿除有缺陷部位的桩身混凝土，对桩身凿除区域采用C30细石混凝土补强处理；对桩侧人工开挖土体采用C25细石混凝土灌实。
（2）对距离桩顶3.0m范围以外，桩身实测信号曲线存在明显缺陷的桩（共22根，具体桩号略），首先对距离桩顶3.0m范围以内桩侧土体（桩侧外约1倍桩身直径范围）进行人工开挖，同时预埋注浆管；然后采用C25细石混凝土对桩侧人工开挖土体进行回填灌实。最后对缺陷区域桩周土（桩侧外1倍桩身直径范围，深度为实测信号曲线显示的缺陷部位上、下各2.0m）采用水泥浆注浆加固处理，每根注浆管水泥注入量约400kg。
具体的开挖灌实和注浆加固工作从2014年4月开始，到2014年7月全部结束。2014年9月18日进行第一次中间结构验收。此时地下汽车库顶板已基本完成覆土并作为施工材料堆场使用，验收情况良好。2015年5月该工程进行施工后浇带封闭施工，当时建筑物最大沉降量为6mm，最小沉降量为3mm。迄今为止，该建筑物整体沉降均匀，沉降速率基本平稳。地下汽车库使用情况良好，顶板、侧壁及底板均未出现结构性裂缝。说明桩基加固措施取得了预期的效果。
6 结语
综上所述，由于检测理论和仪器等方面的制约，根据单一波形进行判识存在一定的局限性和不确定性，而且浅部缺陷波形易与首波叠加在一起，造成测桩盲区，而且桩身浅部也易产生扩径现象，加上各种缺陷在波形上有相似之处，难以准确分辨和判别，容易造成错判和漏判。因此，这就需要检测者有丰富的检测经验，并根据施工记录、地质资料和开挖情况进行综合判别，从而确保桩身质量和结构安全，保障桩基安全使用和工程安全。
参考文献：
[1]李鹏；邵万强.低应变法检测在发现桩身浅部缺陷中的问题探讨[J].城市勘测.2010（B06）
[2]王树栋；郑亚宏；舒森；高树全.低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用[J].路基工程.2011（01）