桩基础综合检测的方法及运用-本科毕业论文.doc

毕业论文

论 文 题 目 桩基础综合检测的方法及运用
专 业 班 级 道路桥梁工程技术
学 生 姓 名 XXX
指 导 教 师 赵黎明
完 成 时 间 2015/5/11

重庆能源职业学院

重庆能源职业学院毕业设计（论文）指导教师评语
评语：

成绩：
指导教师签名：
年 月 日
摘 要
桩基础是人类在软弱地基上建造建筑物的一种创造，是最古老、最基本的一种基础类型，也是目前土木工程中利用最为广泛的一种，高层建筑占到70%以上。在工程设计当中，利用土木工程力学方面的知识进行合理的桩基础设计是很重要、很有基础性意义的工作。它的综合检测更是不可忽视，这能确保桩基础的稳定性及设计承载是否达标。
关键词：桩基础；工程设计；综合检测

目 录
摘 要 III
目 录 IV
第一章 桩基础施工存在的问题及发展方向 4
1.1 桩基础施工存在的问题 4
1.2 桩基础的发展方向 1
1.2.1 新型桩基础的发展 2
1.2.2 桩基础向大直径超长方向发展 3
1.2.3 桩基础向工厂预制化发展 3
第二章 桩基础质量检测概述 3
2.1桩基检测的意义 3
2.2桩基检测的发展状况 4
2.2.1工程检测行业发展状况 4
2.2.2桩基检测技术发展状况 5
第三章 桩基础检测方法及应用 6
3.1单桩静载试验 7
3.2低应变法 7
3.3高应变法 9
3.4钻芯法 13
3.5声波透射法 17
第四章 结论及展望 22
参考文献 23
后 记 25

24

第一章 桩基础施工存在的问题及发展方向
1.1 桩基础施工存在的问题
在桩基施工技术取得长足进步和巨大成就的同时, 也存在不少问题, 近年施工事故时有发生, 也令人震惊。如武汉市某一18层的商品楼,建筑面积1.46万m2, 采用夯扩桩基础, 在结构封顶后进入内装修和楼地面施工时, 大楼出现不均匀下沉, 倾斜方向也出现变化, 不到数日楼顶水平位移就达到2.884,倾斜度达4.49 % , 因无法抢救而只好爆掉。这是一起中外建筑史上罕见的事故。专家分析事故原因, 认为除了桩体施工质量存在一系列严重缺陷外, 更重要的原因是桩型选择不当, 他们形象地指出, 将夯扩桩打在淤泥质土层中, 无异于将“ 一把筷子插到稀饭里” 。又如南京某大厦在人工挖孔桩及基础开挖期间, 抽降地下水而未采取相应措施, 造成毗邻单位厂房墙体严重开裂, 地面下沉, 厂房内的机器严重受损, 最后经法庭裁决, 以建设方赔偿受害方人民币1400万元而告终。这是我国对忽视桩基施工对周围环境引起危害者绳之以法的首例大案。上述两例只是较大的事故, 其他还有, 限于在的薄弱环节, 施工者对之事先未加防护或认真对待; 其二是施工时掉以轻心, 操作不当, 管理不严。归根结底, 是由于施工队伍的素质(包括思想、文化、专业及职业道德)跟不上形势的需要。实践证明, 对于一支素质优良的施工队伍, 即使设计、地质或桩型本身有问题, 也能防患于未然。因此, 当务之急是全面提高桩基施工队伍的素质, 以迎接更艰巨的任务。
1.2 桩基础的发展方向
桩基础的发展方向包括：新型桩基的发展；桩基向大直径超长方向发展；桩基向工厂预制化发展；桩基向新施工技术方向发展；桩基向组合桩方向发展及向高强度桩方向发展等。其主要发展如下:
1.2.1 新型桩基础的发展
(1)桩端（侧） 压为注浆技术效果好速度快，可节省大量成本，减少建筑物的整休沉降和不均匀沉降，所以近年来注浆也越来越多的得到发展和广泛应用，它适用于桩端加固和桩侧土固化。
(2)挤扩支盘灌。注桩，由于其对摩擦型桩的桩侧摩阻力的提高效果很好且经济效益明显，几年也得到了较愉的发展，它适用于黏性土为主的摩擦型桩基。
(3)预应力混凝土竹节桩最早出现在日本，为了适应环太平洋洋地震带的频繁需要，在管桩桩身上设计每2m 有一条宽为5cm的凸出混凝土肋环，移竹节妆预应为管桩，为了在深厚软土层中，改善桩基侧软土介质，提高单桩承载力我国近年提出了一种扩大头带肋填砂预应力管桩，它在原管桩的基础上增加钢质扩大头，并在管桩成型时浇注出一定宽度的混凝土肋，沉桩时大头和肋形的桩侧空隙用砂填充，这样就形成了桩头大桩侧灌砂的预应力管桩适用于淤泥质土层。
(4)大直径筒桩，由于采用环形桩尖，形成大直径环浇混凝土薄壁筒桩，具有搞水平力好的特点，应用于音桩竖向荷载不高的提防工程中。
(5)就地取材碎石型锤击灌注桩，由于现场锤击成孔，现场碎石浇灌被广泛应用于残坡积的土层加固基础中。
(6)大直径钻埋空心桩。在已经钻好的大直径孔内沉放预制桩壳，形成空心桩。主要应用于桥梁深桩基础中，而大直径和预拼工艺也是当前桥梁深桩基础工程的发展趋势。
1.2.2 桩基础向大直径超长方向发展
随着高层、超高层建筑物以及跨江、跨海等特大桥梁的建设，上部结构对桩基础承载力与变形的要求越来越高，桩的直径越来越大，桩长越来越长，使桩出现了向超长、大直径方向发展的趋势。例如上海环球世贸中心、金茂大厦都采用了桩长超过80 米的钢管桩，温州世贸中心采用了80~120m不等的钻孔灌注桩，杭州钱塘江六桥采用的钻孔灌注桩更长达130m，襄樊西部铁路桩基础最长达139m。日本日本横滨跨径460m的横断大桥桩基础嵌岩扩孔至直径达10m，我国江西贵溪大桥的桩基础直径也达到9.5m。
1.2.3 桩基础向工厂预制化发展
近年来，一些类型的桩正向着工厂化生产的趋势发展，而工厂化生产也促使这些桩型在工程建设中被广泛的应用。

第二章 桩基础质量检测概述
2.1桩基检测的意义
随着国民经济建设的蓬勃发展，桩基在各类基础中的运用越来越广泛。由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去，从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降，所以桩基在住宅、高层建 筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。
桩基工程属隐蔽工程，桩基质量的好坏直接关系到建筑的安全问题，而且桩基一旦发生事故，加固处理起来难度较大。因此，桩基试验检测就成了桩基工程中的一个重要环节，是工程领域的重大课题。
据统计，桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率达20％。目前，我国每年的用桩量约百万根，而桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以上。因此，如何在施工中控制桩基施工质量，确保桩径、桩长、承载力、入土深度、桩型、材质、进入相应的持力层，充分发挥桩基础的效益，是十分重要也是必要的。
由于我国基桩加工工艺和施工工艺的不同，更使得基桩的质量难以得到有效的保证，可靠地统一规范。所以从检测方面说，提高检测工作的质量和检测结果评定的可靠性，对于基桩的质量和安全控制有着重要的意义。
2.2桩基检测的发展状况
2.2.1工程检测行业发展状况
桩基是一种古老而有效的基础形式，人类在古代就已掌握了用木桩支持重物的知识。19 世纪后半叶，随着资本主义经济的发展，机械打入的型钢桩、钢管桩和钢筋混凝土预制桩相继问世，由于打桩能力的制约，桩长及承载力受到限制。在此情况下，1893 年美国芝加哥开始应用了大直径人工挖孔桩。20 世纪 30 年代，随着大功率钻孔机械的研制成功，钻孔灌注桩也在美国首先问世。70 年代以后，随着高层建筑的发展，在我国，各种大直径桩、小直径桩和微型桩得到了大量的应用，复合地基中的散体材料桩，低粘结强度桩，高粘结强度桩也有了迅速发展，桩的种类达数十种。同时，由于大型桩和超长桩的出现，使单桩的承载力设计值高达50000KN。
为了适应桩基技术的发展，我国岩土工作者在桩基检测技术的研究和应用中进行了不懈努力，在引进消化国外先进技术的基础上，发展了桩基动测技术。同时为了配合桩基检测和科研工作，用于桩体测试的应力、应变传感器及测试仪表也得到了发展，但总体来看，国内外桩基检测技术，特别是大型桩及超长桩的检测技术仍满足不了生产的需要。武汉地区的桩基检测工作早在20 世纪50 年代武汉长江大桥的建设中，由铁道部大桥工程局对f 1.55 m 管桩基础的承载力进行了成功的检测。随后，由中国科学院武汉岩土力学研究所对动测方法的理论、技术进行了科学研究，开发出了 RSM 系列桩基分析仪和软件系统，现已在湖北地区广泛应用。
2.2.2桩基检测技术发展状况
目前在桩基承载力检测上常用的检测方法主要有：静载实验法、自平衡法；在基桩完整性检测上常用的检测方法主要有验比较费时费力，现在更侧重于发展自平衡法来检测基桩完整性。在基桩完整性检：低应变动力试桩、高应变动力试桩、超声波透射法和钻芯取样法等。在承载力检测上，由于静载实测上由于高应变比较麻烦，现在更侧重于低应变、超声波透射法和钻芯取样法。其中低应变更是由于仪器和操作等方便而被检测单位广泛使用。

第三章 桩基础检测方法及应用
工程桩的质量检测，主要包括单桩极限承载力的检测和桩身完整性的检测。而针对这两方面的检测，到目前为止，发展起来的检测方法也比较多。既有传统的检测方法，也有新兴的检测方法。本文也主要是讲述世界各国普遍广泛采用的桩基检测方法的原理与应用。这些检测方法的理论基础比较成熟，检测手段也容易实际操作，检测结果安全、可靠。在这些检测原理与方法中，用来检测单桩极限承载力方法有：静载试验法、高应变法、自平衡测试法：而桩身完整性的检测方法包括：钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法四种。在实际的工程检测中，有的方法对桩质量两方面都可以进行检测。比如：高应变法，既可用来判定单桩竖向搞压是否满足设计，又可以用来检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。有的方法可以用来对工程桩或试验桩进行扩大检测以验证检测结果的正确性。本文将对这六种检测方法进行详细的阐述：
3.1单桩静载试验
桩的静载试验是获得桩轴向抗压，抗拔以及横向承载力的最基本、最可靠的方法。常规的静载试验通常有四种：单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔试验、单桩水平静载试验以及桩身自反力平衡测试法。
3.2低应变法
低应变法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置；本方法采用RS-1616K(P) 动测仪（或FDP-204PDA动测仪）检测前，应进行现场调查，要求对被测的基桩应凿去浮浆至砼硬层，桩头基本平整无积水并核对桩号。还应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。
（一）试验原理
低应变应力波法，亦称反射波法，有美国的J。steinbaih和Eveg首先将应力波理论用于检测桩身质量。该法以手锤（棒）撞击桩顶。产生一纵向应力波信号沿桩身传递，由加速度计（或速度计）拾取桩身缺陷处引起的反射波，由此判定桩身完整性，并有波速判断混凝土质量，该法检测设备简单，具有快速、无损等优点。但由于存在纵波反射信号以外的信号成分及桩周土的影响，响应曲线判读困难较大。有两个以上缺陷时，第一缺陷部位以下的缺陷较难判断。该法仍在进一步研究及发展中
（二）现场试验方法
用反射波法，对每一根被检测的单桩均应进行二次以上重复测试；对同一根基桩4次锤击所形成的4条波形曲线在形态、振幅及相位上应基本一致，采集数据方算合格。
检测前，应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用，应进行现场调查，要求对被测的基桩应凿去浮浆至砼硬层，桩头基本平整无积水，并核对桩号。
桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量，截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应除去桩顶浮沉或松散，破碎部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净且无积水；防碍正常测试的桩顶应外露主筋应割掉。每个检测点有效信号数不能少于3个，通过叠加平均提高信噪比。应合理选择测试系统
量程范围，特别是传感器的量程范围，避免信号波峰削减。
（三）检测结果数据判定
1根据波列图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，来推断单桩完整性（见上表）。
（1）反射波波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间，及桩身混凝土平均波速较高的桩为完整性好的单桩；
（2）反射波到达时间晚于桩底反射波到达时间，且波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射波的桩，系桩身断裂；
（3）桩身混凝土严重离析时，其波速较低，反射波幅减小，频率降低；
（4）缩径与扩径的部位可按反射历时进行估算，类型可按相位特征进行判别。
（5）当有多次缺陷时，将记录到多个相互干涉的反射波组，形成复杂波列。此时应结合工程地质资料、施工原始记录进行综合分析。
2根据中华人民共和国国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003的规定，将桩身质量等级划分为四类，即：
Ⅰ类桩：桩身完整；
Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥；
Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影；
Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷。
3.3高应变法
（一）试验原理
高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。这里所说的承载力是指在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下，得到的桩周岩土对桩的抗力（静阻力）。所以要得到极限承载力，应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥，否则不能得到承载力的极限值，只能得到承载力检测值。
重锤
桩
基桩动测仪
图 高应变动力试桩现场测试示意图
与低应变法检测桩身完整性的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性存在设备笨重、效率低及其费用高等缺点，但由于激励能量和检测有效深度大的优点，特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度，因而可作为低应变检测这类缺陷桩的一种补充验证手段。另外，对于等截面桩的桩身完整性检测，从原理上讲，它属于一种直接定量的测试方法。当然，带有普查性的完整性检测，采用低应变法更为恰当。
高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩和打桩监控属于其特有的功能。它能监测预制桩打入时的桩身应力、锤击能量的传递、桩身完整性变化，为桩型选择、沉桩工艺参数及桩长选择提供依据，是静载试验无法做到的。
（二）单桩竖向抗压承载力的确定
高应变法动测承载力检测值多数情况下不会与静载试验桩的明显破坏特征或产生较大的桩顶沉降相对应，总趋势是沉降量偏小。为了与静载的极限承载力相区别，称为“动测法得到的承载力或动测承载力”。这里需要强调指出：验收检测中，单桩竖向抗压静载试验常因加荷量或设备能力限制，而做不出真正的试桩极限承载力。于是一组试桩往往因某一根桩的极限承载力达不到设计要求的特征值2倍，使一组试桩的承载力统计平均值不满足设计要求。动测承载力则不同，可能出现部分桩的承载力远高于承载力特征值的2倍。所以，即使个别桩的承载力不满足设计要求，但“高”和“低”取平均后仍能满足设计要求。为了避免可能高估承载力的危险，不得将极差过大的“高值”参与统计平均。
参照静载试验关于单桩竖向抗压承载力特征值的确定方法，《规范》JGJ106对动测单桩承载力的统计和单桩竖向抗压承载力特征值的确定规定如下：
（1） 参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩承载力统计值。
（2） 当极差超过30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定。必要时可增加试桩数量。
（3） 单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按本方法得到的单桩承载力统计值的一半取值。
（三） 桩身完整性判定
高应变法检测桩身完整性具有锤击能量大，可对缺陷程度定量计算，连续锤击可观察缺陷的扩大和逐步闭合情况等优点。但和低应变法一样，检测的仍是桩身阻抗变化，一般不宜判定缺陷性质。在桩身情况复杂或存在多处阻抗变化时，可优先考虑用实测曲线拟合法判定桩身完整性。桩身完整性判定可采用以下方法进行：
（1） 采用实测曲线拟合法判定时，拟合所选用的桩土参数应按承载力拟合时的有关规定；根据桩的成桩工艺，拟合时可采用桩身阻抗拟合或桩身裂隙（包括混凝土预制桩的接桩缝隙）拟合。
（2） 对于等截面桩，可按表并结合经验判定；桩身完整性系数β和桩身缺陷位置x应分别按公式计算。注意：公式仅适用于截面基本均匀桩的桩顶下第一个缺陷的程度定量计算。
（3） 出现下列情况之一时，桩身完整性判定宜按工程地质条件和施工工艺，结合实测曲线拟合法或其他检测方法综合进行：
——桩身有扩径的桩。
——桩身截面渐变或多变的混凝土灌注桩。
——力和速度曲线在峰值附近比例失调，桩身浅部有缺陷的桩。
——锤击力波上升缓慢，力与速度曲线比例失调的桩。
具体采用实测曲线拟合法分析桩身扩径、综合判断桩身承载力和桩身完整性，桩身截面渐变或多变的情况时，应注意合理选择土参数，因为土阻力（土弹簧刚度和土阻尼）取值过大或过小，一定程度上会产生掩盖或放大作用。桩身长度根据波形确定（如下图）
高应变法锤击的荷载上升时间一般不小于2ms，因此对桩身浅部缺陷位置的判定存在盲区，也无法根据公式来判定缺陷程度。只能根据力和速度曲线的比例失调程度来估计浅部缺陷程度，不能定量给出缺陷的具体部位，尤其是锤击力波上升非常缓慢时，还大量耦合有土阻力的影响。对浅部缺陷桩，宜用低应变法检测并进行缺陷定位。
3.4钻芯法
钻芯法主要是检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土性状。
（一） 现场操作
1 每根受检桩的钻芯孔数和钻孔位置宜符合下列规定：
1） 桩径小于1.2m 的桩钻1 孔，桩径为1.2～1.6m 的桩钻2 孔，桩径大于1.6m 的桩钻3 孔。
2）当钻芯孔为一个时，宜在距桩中心10～15cm 的位置开孔；当钻芯孔为两个或两个以上时，开孔位置宜在距桩中心0.15～0.25D 内均匀对称布置。
3） 对桩端持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度应满足设计要求。
2 钻机设备安装必须周正、稳固、底座水平。钻机立轴中心、天轮中心（天车前沿切点）与孔口中心必须在同一铅垂线上。应确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜、移位，钻芯孔垂直度偏差不大于0.5%。
3 当桩顶面与钻机底座的距离较大时，应安装孔口管，孔口管应垂直且牢固。
4 钻进过程中，钻孔内循环水流不得中断，应根据回水含砂量及颜色调整钻进速度。
5 提钻卸取芯样时，应拧卸钻头和扩孔器，严禁敲打卸芯。
6 每回次进尺宜控制在1.5m 内；钻至桩底时，宜采取适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣并测定沉渣厚度，并采用适宜的方法对桩端持力层岩土性状进行鉴别。
7 钻取的芯样应由上而下按回次顺序放进芯样箱中，芯样侧面上应清晰标明回次数、块号、本回次总块数，并应按本规范下表及时记录钻进情况和钻进异常情况，对芯样质量进行初步描述。
8 钻芯过程中，应对芯样混凝土，桩底沉渣以及桩端持力层详细编录。
9 钻芯结束后，应对芯样和标有工程名称、桩号、钻芯孔号、芯样试件采取位置、桩长、孔深、检测单位名称的标示牌的全貌进行拍照。
10 当单桩质量评价满足设计要求时，应采用0.5～1.0MPa 压力，从钻芯孔孔底往上用水泥浆回灌封闭；否则应封存钻芯孔，留待处理。
（二）芯样试件抗压强度试验
1 芯样试件制作完毕可立即进行抗压强度试验。
2 混凝土芯样试件的抗压强度试验应按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081 —2002 的有关规定执行。
3 抗压强度试验后，当发现芯样试件平均直径小于2 倍试件内混凝土粗骨料最大粒径，且强度值异常时，该试件的强度值不得参与统计平均。
4 混凝土芯样试件抗压强度应按下列公式计算：
fcu=ξ×4P/π/d2
式中fcu——混凝土芯样试件抗压强度（MPa），精确至0.1 MPa；
P ——芯样试件抗压试验测得的破坏荷载（N ）；
d ——芯样试件的平均直径（mm）；
ξ——混凝土芯样试件抗压强度折算系数，应考虑芯样尺寸效应、钻芯机械对芯样扰动和混凝土成型条件的影响，通过试验统计确定；当无试验统计资料时，宜取为1.0 。
5 桩底岩芯单轴抗压强度试验可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007 —2002 附录J 执行。
（三）检测数据的分析与判定
1 混凝土芯样试件抗压强度代表值应按一组三块试件强度值的平均值确定。同一受检桩同一深度部位有两组或两组以上混凝土芯样试件抗压强度代表值时，取其平均值为该桩该深度处混凝土芯样试件抗压强度代表值。
2 受检桩中不同深度位置的混凝土芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩混凝土芯样试件抗压强度代表值。
3 桩端持力层性状应根据芯样特征、岩石芯样单轴抗压强度试验、动力触探或标准贯入试验结果、综合判定桩端持力层岩土性状。
4 桩身完整性类别应结合钻芯孔数、现场混凝土芯样特征、芯样单轴抗压强度试验结果，按本细则ZCTC/D-36的第11.2条规定和下表的特征进行综合判定。
桩身完整性判定
类别
特征
Ⅰ
混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔
Ⅱ
混凝土芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，芯样侧面局部见蜂窝麻面、沟槽
Ⅲ
大部分混凝土芯样胶结较好，无松散、夹泥或分层现象，但有下列情况之一：
芯样局部被破碎且破碎长度不大于10cm；
芯样骨料分布不均匀；
芯样多呈短柱状或块状；
芯样侧面蜂窝麻面、沟槽连续
Ⅳ
钻进很困难；
芯样任意断送三、夹泥或分层；
芯样局部破碎且破碎长度大于10cm
5 成桩质量评价应按单桩进行。当出现下列情况之一时，应判定该受检桩不满足设计要求：
5.1 桩身完整性类别为Ⅳ类的桩。
5.2 受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级的桩。
5.3 桩长、桩底沉渣厚度不满足设计或规范要求的桩。
5.4 桩端持力层岩土性状（强度）或厚度未达到设计或规范要求的桩。
6 钻芯孔偏出桩外时，仅对钻取芯样部分进行评价。
3.5声波透射法
本方法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。超声波测试技术是近年来发展非常迅速的一项技术。1964 年，同济大学研制成功CTS一10型超声检测仪，经过大量试验研究，于1965年提出“声时一振幅一波型”三个参数综合评定混凝土的检测方法；1979～1980年，交通部和水电部已分别把超声检测技术列人部颁试验方法和技术规程中；1978年，提出超声技术检测混凝土质量的“概率统计法”；1984年，提出PSD判别法”。实践证明，超声波透射法能检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性。由于超声波测试方法轻便、灵活，而且具有测试结果精度高，有效探测距离大，可在大范围测试，比钻芯法检测费用低等优点，使得该技术在水利、矿业、交通、市政等桩基工程中得到广泛应用。
（一）声波透射检测技术原理
声波是弹性波的一种，若视混凝土介质为弹性体，则声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律。由发射探头发射的声波经水的耦合传到测管，再在桩身混凝土介质中传播后，到接收端的测管，再经水耦合，最后到达接收探头。由于液体或气体没有剪切弹性，只能传播纵波，因此超声波测桩技术采用的是纵波分量。探头发射的声波会在发射点和接收点之问形成复杂的声场，声波将分别沿不同的路径传播，最终到达接收点，其走时都不尽相同。但在所有的传播路径中，总有一条路径，声波走时最短，接收探头接收到该声波时，形成信号波形的初始起跳，一般称为“初至”，当桩身完好时，可认为这条路径就是发射探头和接收探头的直线距离，是已知量；而初至对应的声时扣去声波在测管、水之问的传播时间以及仪器系统延迟时间，可得声波在两测管问混凝土介质中传播的实际声时，并由此可计算出所对应的声速。当桩身存在断裂、离析等缺陷时，破坏了混凝土介质的连续性，使声波的传播路径复杂化，声波将透过或绕过缺陷传播，其传播路径大于直线距离，引起声时的延长，而由此算出的波速将降低。另外，由于空气和水的声阻抗远小于混凝土的声阻抗，声波在混凝土中传播过程中，遇着蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时，在缺陷界面发生反射和散射，声能衰减，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小。再者，透过或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之问存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。综上所述，当桩身某一段存在缺陷时，接收到的声波信号会出现波速降低、振幅减少、波形畸变、接收信号主频发生变化等特征(也可能只出现其中的一种情况)。
超声波透射法桩基检测就是根据混凝土声学参数测量值和相对变化，分析、判别其缺陷的位置和范围，评定桩基混凝土质量类别。
（二）声波透射的现场检测
桩基进行超声波检测前，必须在施工时预埋声测管。声测管内径一般在50～60mm，测管的埋设数量应视桩径的大小而定，沿桩截面外侧呈对称形状埋设；应采取适宜的办法固定，且应尽量使之位置平正，成桩后能相互平行；声测管的连接应光滑过渡，确保不发生探头移动受阻；各测管管口高度宜一致，管口应高出桩顶100mm以上；测管中应注满清水作为耦合剂，下端封闭，以防漏水，也可将各声测管下端连通(当有异物进人测管内时，用高压水来疏通，这比测管各自下端封闭要好)，上端加盖，防止异物落人管中造成阻塞。检测前，并用稍大于探头的钢筋条或铁棒疏通声测管，保证换能器在全程范围内升降顺畅；测定从声波发射时刻到声波接收时刻之间存在的系统延迟时问；计算测管及水耦合剂所对应的声时修正值，以便在计算实际声时时，消除误差；计算声波在桩身传播的直线距离，应按照设计值或测管固定时的外壁问净距离来计算。施工后的桩顶声测管易发生偏斜，因此JGJ106—2003(建筑桩基检测技术规范》(下面简称《规范》)10．3．2．3：“在桩顶测量相应声测管外壁问净间距，是不合适的。”检测时，一般采用跨孔平测法检测，将发射与接收探头分别置于不同声测管的相同标高的测点处，同步升降，测点距不宜大于250mm。检测完成所有检测剖面。当发现或怀疑桩身有异常时，在质量可疑的测点周围，应加密测点距进行细测，或采用高差同步测试(斜测)或扇形扫测，进一步确定桩身缺陷的位置，通过数学处理能把桩身内混凝土的缺陷尺寸及空问分布显示出来。
（三）检测数据的分析与判定
超声脉冲穿过混凝土后，被接收换能器所接收，该接收信号带有混凝土内部的许多信息，如何把这些信息分析出来，予以定量化，并建立这些物理量与混凝土内部缺陷的定量关系，是当前采用超声脉冲法检测的关键问题。目前，已被用于灌注桩混凝土内部缺陷判断的物理参量有声速、波幅、主频和波形等。由超声脉冲穿过混凝土所需的初至时间计算得到声速。如果两声测管基本平行，当混凝土质量均匀，没有内部缺陷时，各横截面所测得的声时值基本相同；当有缺陷时，由于缺陷区的泥、水、空气等内合物的声速远小于完好混凝土的声速，所以穿越时间明显增大。当缺陷中的物质与混凝土的声阻抗不同时，界面透过率很小，声波将根据惠更斯原理绕过缺陷继续传播，波线呈波折状。由于绕行声程比直达声程长，因此，声时值也相应增大，由此计算得到的声速将减少。实测经验表明：声速的变化规律性很强，在一定程度上反映了桩身混凝土的质量，所以，声速值是缺陷的重要判断参数。声速异常时的临界判据为：
Vi≦Vc (1)
式中： Vi为第i测点声速(km／s)；
Vc为声速的异常判断临界值(km／s)。
当式(1)成立时，该点声速可判为异常。
当检测剖面所有的测点声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据：
Vi≦VL (2)
式中： Vi为第i测点声速(km／s)；
VL为声速低限值(km／s)。
由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。当式(2)成立时，可直接判定该点为声速低与低限值异常。
波幅是超声脉冲穿过混凝土后衰减程度的指标之一。波幅值越低，混凝土对超声脉冲的衰减越大。根据混凝土中超声波衰减的原因可知，当混凝土中存在低强度区、离析区以及夹泥、蜂窝等缺陷时，将产生吸收衰减和散射衰减，使接收波幅明显下降。幅值可直接在接收波上观察。衰减与混凝土质量具有相关性，它对缺陷区的反映比声速值更为敏感。所以，它也是缺陷判断的重要参数之一。
对于由声时、波幅衰减确定的异常区，结合PSD曲线进行综合分析。由PSD公式判定，缺陷区PSD值较声时反映明显，而且运用PSD判据基本上消除了声测管不平行或混凝土不均匀等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响。但如果声时读数有错误，那么PSD会将错误数据进行放大，造成误判。另外，频率和波形也可用来判定混凝土质量，但由于影响波形畸变的因素很多，目前尚无定量指标，只是经验性的。目前国内判断缺陷的数据分析除上述方法外，还有概率法、斜率法、NEP法等。
桩身完整性判定与分类，还跟很多复杂的因素有关，判定时，应结合施工工艺和施工记录等有关资料具体分析，也可结合钻芯法将其结果对比，结合桩身混凝土各声学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值以及桩身质量可疑点加密测试后确定的缺陷范围，按桩身完整性分类的规定(《规范》表3．5．1)和检测剖面的声学参数的特征(《规范》表

桩身完整性判定
类别
特征
Ⅰ
各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常
Ⅱ
某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常
Ⅲ
某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常；
局部混凝土声速出现低于低限值异常
Ⅳ
某个检测剖面连续多个测点的升序参数出现明显异常；
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的升序参数出现明显异常；
桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变

第四章 结论及展望
桩基础容易发生看不见的问题，使整个结构不稳定（包括断桩、空心桩和设计承载为大道）并导致结构损坏，在桩基础上建造建筑物，必须做到切实可行的技术措施，保证建筑的安全性能和使用性能，其中换单桩静载实验是常用的处理方式；桩基础检测实验方法必须与相对应的桩基础采取合理检测措施，使桩基础与基础和上部结构之间做到整体的协调统一。
在进入21世纪之际，桩基础技术发展中至少有以下一些动向值得我们关注。基于各方面的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。但是建筑的需要我们不光单纯的考虑技术的发展，更多的我们应该关注环境与建筑的和谐。人们的生活质量越来越高，对生活的环境也要求越来越高。未来任何建筑的设计必将离不开环保与自然和谐相处的大主题。因此未来桩基础能够因地制宜，合理利用自然环境，保护好生态环境，做到绿色建筑的宗旨必将是未来发展的主题。而桩基础又是对环境影响很大的因素，特别是对地下环境的改变是很彻底的。所以未来桩基础必将向着安全、绿色、和谐的主题、与时俱进为人们提供更好的生活。

参考文献
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[2].《建筑地基设计与施工》/侍倩.化学工业出版社2011年第一版
[3].《基础工程400例》/彭安宁.地震出版社1999年第一版
[4].《土力学》/卢廷浩.河海大学出版社 2002
[5].《桩基础的设计方法与施工技术》/高大钊.机械工业出版社
[6].《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）
[7].《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）
[8].《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）
[9].《建筑桩基技术规范》(JGJ106—2003)
[10].《规范》JGJ106
[11].《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081 —2002
[12].《建筑地基基础设计规范》GB50007 —2002

后 记
我国目前应用的桩型具有以下特点: 大中小直径并存, 就地灌筑与预制并存, 机械成孔与人工开挖并存, 锤击、振动与静压并存, 以及接近90年代国际水平的工艺与传统工艺并存, 等等。这既是由于地域大、地质条件复杂、工程性质不同等客观实际需要, 也是由于我们特别重视桩型经济性所致, 它们既符合我国当前的国情, 也是发展中国家应采取的技术政策和社会主义市场经济规律的具体反映。经验证明, 对于各种打入桩, 尤其是沉管桩, 施工须慎之又慎,才能杜绝隐患; 另一方面, 可以预料桩型的发展还将会因各地日益严格的环保要求而兴衰。如果以桩型体系中存在的诸多先进因素,或以桩所支承的建筑物的最大高度和桥梁的最大跨度及其技术复杂程度等, 作为衡量一国一地桩基施工水平的主要指标, 那么, 根据我国现状偏保守地说, 我国的桩基施工技术水平至少已具有发达国家80年代中期或末期的水平, 因此我们可以欣喜地说, 我们只用了20年时间就走了发达国家发展桩基经历的百年历程。我国现在与发达国家在桩基施工技术上的差距主要是: 施工事故频繁, 巫应加大整治力度; 现场文明程度和施工对环境造成的危害, 还需进一步分别改善和控制; 一批新桩型, 包括能承受超量竖向和横向荷载的巨型灌注桩(矩形或条形,或称Barre tte),以及硬土地基的大深度灌注桩等都有待研究开发, 否则会与国外的差距将会拉大。