预应力管桩的检测方法

1 前言

高强预应力管桩基础是本地区应用最广的基础型式。如何保证管桩的承载力是我们大家都关心的问题。桩的承载力决定于土的承载力和桩身质量两个方面。管桩的检测就是用各种不同的方法从不同的角度来考验这两个方面，以判断其是否满足要求。目前，管桩常见的检测方法有单桩竖向静荷载试验、高应变动力试桩、基桩反射波法等三种。本文就这三种方法进行介绍并讨论它们的适应性和应注意的地方，供同行参考。

2 单桩竖向静荷载试验

2．1单桩竖向静荷载试验的目的

静荷载试验是采用接近桩的实际工作条件的试验方法来考验桩，主要是为了获得桩的极限承载力，作为设计的依据。或者在桩的验收阶段确定桩的承载力是否满足设计要求。

2．2单桩竖向静荷载试验的原理

在桩顶施加了竖向荷载后，桩土间产生相对位移，桩身表面则出现向上的侧阻力；桩身上部产生压应力和压缩变形。随着桩顶荷载的增加，桩土间的位移进一步加大，桩身的应力进一步往下发展，桩下部的侧阻力也逐渐发挥出来；当桩顶荷载足够大时，侧阻力达到最大值，桩端土产生压缩变形和土反力。继续增加荷载，直到桩顶沉降大于期望值或桩端土出现了刺入破坏为止。此时桩顶荷载就是其极限承载力。在试验的过程中，若桩身有质量缺陷可能会出现先期破坏(桩身发生破坏先于土承载力)，这样也就一并对桩身质量作了检验。

通过静载试验获得桩的承载力，可分为按强度控制和按沉降控制两大类：①桩侧、桩底的土承载力均发生破坏，荷载～沉降曲线表现为陡降型，此种情况按强度控制，取荷载～沉降曲线出现陡降段的前一级荷载作为桩的极限承载力。②土的承载力没有发生破坏，随着荷载的增加，虽然沉降量也进一步增大，但桩端土的承载力也进一步增大，荷载～沉降曲线表现为缓变型，此种情况按沉降控制，可依据设计要求或规范要求取某一沉降所对应的荷载作为桩的承载力。

2．3单桩竖向静荷载试验的适应性讨论

静载试验对桩地承载力检测是最适宜的。试验施加的荷载，加载速度极为缓慢，桩的沉平均速度为0.0001m／s，加速度接近于零，静载试验测到的承载力，被认为是最接近于工程实际。因此，静载试验也用作检验动力试桩的准确与否。

静载试验对桩身质量检测的适应性是不充分的，表现为以下四点：①如果试验中出现桩身上部的先期破坏，无法判明破坏的位置：②如果桩身急剧沉降而通过补加荷载，发现桩所能承受的荷载没有明显降低的时候，难于判明是桩身下部破坏还是土承载力的破坏；③试验对于桩身的水平裂缝无法检测；④无法对桩身强度进行充分检验。

3 高应变动力试桩

3．1高应变动力试桩的目的

检测土的承载力和桩身的质量。还可进行打桩监测，确定桩锤效率、桩身应力等。

3．2高应变动力试桩的原理和作法介绍

用重锤(柴油锤或自由落锤)锤击桩顶，使桩产生一定的永久贯入度。重锤引起的冲击力在桩头附近造成应力，应力以波的形式往桩底方向传播，冲击应力波过处引起该处桩的速度和位移，从而激发起土阻力。土阻力也以波的形式在桩身内往上及往下传播。冲击应力波和土阻力波在传播过程中如果遇到阻抗(ρcA)变化，就会在界面(如桩顶、桩底、桩身截面积的变化处等)处发生透射和反射。试桩过程所激发起的土阻力由与速度相关的动阻力和与位移相关的静阻力组成，而静阻力正是我们所希望得到的土承载力；而应力波传播过程中出现的反射和透射则可以告知人们桩身质量的完整性情况。

作法是，在管桩桩头附近的某一截面上对称安装应变传感器和加速度传感器各一对，用以得到此截面的力和速度变化曲线。由于冲击应力波和土阻力波均经过此截面，因而这两条力和速度变化曲线中含有土阻力和桩身质量情况的信息。设定桩的模型，通过应力波理论进行分析，便可得出土的参数，从而把动阻力、静阻力分离开来，得到土的承载力并模拟出静力作用下的荷载～沉降曲线；分析力、速度曲线的变化情况，并在曲线反映存在缺陷的地方相应程度地调整桩的模型，这样，桩的模型就反映了桩身的质量情况，通过计算可得到桩身质量情况的定量值。这些分析计算过程都是通过计算机程序以人机对话的方式，不断地进行叠代、修正，以达最佳的结果。

3．3高应变动力试桩的适应性讨论

就管桩来说，一般情况下，高应变动力试桩对土承载力检测是适应的。理由如下：①此试桩方法用几十kN的重锤进行锤击，可使桩产生2．5～10mm的位移，因而能充分调动土的承载能力；②此试桩法理论严密、可靠，有较长的工程实践经验，国际上有三十年的发展历史，我国也有近十年的时间。美国1989年颁布了ASTM标准，我国1997年颁布了行业标淮。③为了得到土承载力，在进行分析时，准确设定桩身模型是极重要的一环，而相对于灌注桩来说，管桩桩身情况简单、明了，因而其结果要准确、可靠得多。

高应变动力试桩法也有不适应的情况：①薄持力层下有软弱夹层的情况不宜应用，因为此法动力作用明显(力持续时间为0．01s)，在快速的加载速度下，薄持力层来不及充分变形，可能能够承受较高的荷载，而在静荷载或长期力作用下，却承受不了较高的荷载；②桩身存在严重缺陷或断桩的情况下，无法准确给出土承载力，因为此时土阻力波无法顺利传递到桩顶传感器处，力、速度曲线中没有足够的土阻力信息，因此无法得出土承载力。③管桩的坚向裂缝无法检测。

4 基桩反射波法

4．I基桩反射波法的目的

检测桩身质量的完整性。

4．2基桩反射波法的原理

通过在桩顶制造一个向下传播的应力波，应力波遇到桩阻抗(ρcA)发生变化的界面便会发生反射与透射。当桩身某处阻抗变大(扩颈等)，便会产生与入射波反相的反射；当桩身某处阻抗变小(缩颈、离析、裂缝等)，便会产生与入射波同相的反射。比较反射波与入射波的相位、幅度大小，便可大致判断桩身的完整性程度。

4．3基桩反射波法的适应性讨论

基桩反射波法产生的加速度在几g左右，应变在10με左右，不可能调动土的阻力，因此不能检测土的承载力。

此法能检测桩质量的完整性情况，而且方便、迅速、费用低廉，对突变性的缺陷很敏感。对于管桩来说，在以下局限性：①垂直裂缝无法检测，其原因与高应变动力试桩一样；浅部缺陷由于反射波与入射波波形叠加，较难检测并不能判定缺陷位置：②桩底附近的缺陷无法作出正确判断。一是小锤产生的能量较小，应力波经不住土阻力、桩身微细裂缝的能量消耗，难于到达桩底并返回桩顶，因而难于把桩底附近的完整性信息带上来；二是难于把桩底附近的缺陷反射与桩底界面的反射相区别。③桩身弯曲，此法也无法检测。桩身弯曲将会造成一个逐渐变化的阻抗情况，而这种渐变的情况正是此法的一大局限性。考虑到不少在桩底附近均有程度不一的弯曲，笔者认为弯曲是许多管桩检测不到桩底回波的主要原因。

5 结语

我们进行管桩质量检测，就是要检验土的承载力和桩身质量能否满足设计、规范的要求，有足够的安全储备，以保证建筑物的安全使用。检测工作，笔者认为需注意以下几点：

(1)各种检测手段有不同的费用、试验时间、场地要求、试桩数量、检测角度，因而应综合使用各种检测手段，互相配合，发挥各自优势，使综合检测效果达到最优。

(2)对于经高应变动力试桩或基桩反射波法检测被判定存在明显缺陷的管桩，虽然后来经静载试验合格，仍需进行桩身处理，以保证桩身的质量。

(3)对于经基桩反射波法检测判定为桩身存在疑问的管桩，可进行高应变动力试桩，以便定量缺陷的大小，或进行静荷载试验，对缺陷进行进一步的检验。

(4)对于打烂桩或收不了锤的管桩，可应用高应变动力试桩进行检测，以便于找出原因或确定收锤标准。

(5)对于薄持力层下有软弱夹层的情况，应用高应变动力试桩检测土承载力需慎重，最好用静荷载试验来确定其土承载力。

参考文献

[1]JGJ94－94，建筑桩基技术规范

[2]《桩基工程手册》编写委员会，桩基工程手册

[3]吴世明等，土动力学

[4]庄崖屏等，钢筋混凝土基本构件设