钻孔灌注桩的检测方法及常见缺陷和原因

　　摘要：钻孔混凝土灌注桩基础是交通桥梁、工民建高层建（构）筑物等工程的较普遍采用的基础型式，它的质量好坏直接影响到整个工程的质量。在钻孔混凝土灌注桩的施工中，不仅要依靠先进的科学技术进行施工，还要根据丰富的施工经验对在施工中出现的问题进行及时处理，避免工程质量事故的发生。另外灌注桩的质量检测也显得格外重要，下面主要对钻孔灌注桩的特点、常规质量检测方法、经常发现的缺陷及施工原因进行分析探讨。
　　关键词：钻孔灌注桩，检测方法，缺陷，原因
　　
　　1、钻孔灌注桩的特点
　　钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候,以桩顶位置所受的压力最大,下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反,往往是上部混凝土的强度低,中下段混凝土的强度高,还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷,造成桩基承载力的下降,影响到工程结构的安全。
　　优点：①可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层（如各类粘性土、砂土、碎砾石土、风化岩及多夹层的岩层），对施工场地要求不大，噪音小，适用于狭小场地和人口密集场地。②桩竖向抗压承载力较高、抗拔、抗剪、抗震性能好，桩长和桩径根据设计承载力及地质情况变化灵活。
　　缺点：钻孔灌注桩施工工艺相对比打入桩复杂，容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题。由于钻孔桩质量不够稳定，要抽检更多数量的桩进行检验，增加检测费用。灌注桩的质量问题与其成桩工艺密切相关，属于桩身完整性的常见质量缺陷有夹泥、断裂、缩颈、扩颈、空洞、混凝土离析等。
　　2、钻孔灌注桩质量检测方法及常见问题
　　2.1、应力反射波法
　　应力反射波无损检测的理论依据是弹性波理论。嵌入土（岩）中的基桩，可视为在阻尼介质中的一维弹性杆件，当桩顶受一冲击力F(t)作用时，桩顶质点因受迫而振动，产生的应力波沿桩身向下传播，根据弹性波动理论，弹性波在桩体中传播时，桩身的某些缺陷而造成ρ（密度）、S（面积）、V（波速）中任意变化必然引起波阻抗差异，在此波阻抗差异面将发生反射，并沿反方向传播至桩顶。检测过程中，在桩顶安置高灵敏度检测器，接受桩顶质点的振动信息，通过分析反射波的相位、振幅及频率等参数，取得反射波的旅行时间，综合判别桩的完整性、质量及缺陷（断裂、缩径、离析夹泥等）的部位及程度，对桩结构完整性及质量作出综合评价。
　　2.2、声波透射法
　　混凝土灌注桩声波透射法检测的工作原理是：在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂，由仪器发射换能器发射超声脉冲，穿过待测的桩体混凝土，并经接收换能器被仪器所接收，判读出超声波穿过混凝土的声时、接收波首波的波幅以及接收波主频等参数。超声脉冲信号在混凝土的传播过程中因发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接收信号在混凝土中传播的时间、振动幅度、波形及主频等发生变化，这样接收信号就携带了有关传播介质（即被测桩身混凝土）的密实缺陷情况、完整程度等信息。由仪器的数据处理与判断分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析，即可对桩身混凝土的完整性、内部缺陷性质、位置以及桩混凝土总体均匀性等级等做出判断。
　　2.3、钻芯检测法
　　钻芯法适用检测混凝土灌注桩的桩长、桩身砼强度、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。
　　钻芯检测法优点是取出芯样较直观，桩身强度可通过试件作无侧限试压确定，对桩长、桩底沉渣及持力层情况（包括嵌岩深度等）均直接清楚，还可以利用取芯孔作井下电视、孔内超声波检测（一发双收）以及钢筋笼长度检测等。但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，而且设备庞大、费工费时、价格昂贵，对桩身有一定的损害，对长桩或本身有倾斜的桩容易偏出桩外，甚至导至取芯失败，故不宜作为大面积检测方法，而只能用于抽样检查，一般抽检总桩量的3～5%，或作为无损检测结果的校核手段。
　　2.4、静载荷试验
　　竖向抗压试验加载反力架装置一般采用堆载压重平台或锚桩横梁反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置，试验方法分为慢速维持荷载法和快速维持荷载法。竖向抗拔试验加载采用反力桩（或工程桩）提供支座反力，当荷载不大时也可根据现场情况采用天然地基提供支座反力，试验方法分为慢速维持荷载法或多循环加、卸载方法。水平静载试验可采用单向多循环加载法或慢速维持荷载法方法。静载荷试验是传统的试验方法，所得的结论准确直观，误差较小，缺点是试验首先要有一定试验场地，另对钻孔桩桩身混凝土强度要求达到设计强度(或养护期28天)，试验时间长，费用较高。
　　3、钻孔灌注桩易出现的问题及检测实例
　　3.1、坍孔和扩孔
　　钻进时坍孔的特征是孔内水位突然下降又回升，孔口冒出细密的水泡，出渣量明显增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。坍孔的原因大多数是由于泥浆性能不符合要求、孔内水头未能保证、机具碰撞孔壁等原因造成的。清孔时造成塌孔的原因是由于换浆过快、较快地降低泥浆相对密度造成的。灌注时大坍孔的坍孔特征与钻孔期间比较相似，可用测探仪或测锤探测，如探头达不到混凝土面高程时即可证实发生坍孔。发生灌注坍孔有以下几种原因：护筒脚漏水；潮汐区未保持所需的水头；地下水压超过孔内水压；孔内泥浆相对密度、粘度过低；孔口周围堆放重物或机械振动，发生灌注坍塌时，如坍塌数量不大，可采用吸泥机吸出混凝土表面坍塌的泥土，如不继续坍孔，可恢复正常灌注。如坍孔仍在继续且有扩大之势，应将导管及钢筋骨架一起拔出，用粘土或掺入5%～8%的水泥将孔填满，待孔位周围地层稳定后再重新钻孔施工。扩孔大多数是由于孔壁坍塌或钻杆摆动过大造成的。
　　
　　（图1）该桩Φ1500h=42m钻孔灌注桩桩测试后发现在2.5m左右扩径,二次反射在5m左右,将曲线取18m分析更明显,经开挖验记在2m处扩至1900到3.5m处缩回到1500。
　　该桩径1400mm，桩长26m钻孔桩，桩身完整，23m处为砂卵石层，孔壁坍塌，造成扩径，呈反向反射，但未见桩低反射，下图曲线在23m呈反相扩径，並可见26m处桩底反射。Ⅰ类桩。
　　
　　（图2）该桩径1200mm，桩长18.3m，桩强度C25。在灌注桩成桩过程中由于孔口偏位校正而使桩浅部扩大造成扩径。实际灌入混凝土33m3。（设计仅22m3）。充盈系数为1.5。从测试波形可见2-5m严重扩径。并出现多次反射。取芯验证桩身完整．砼强度滿足设计要求。
　　
　　（图3）该工程为桩径Ф1000、桩长14.3米的钻孔灌注桩，地表下为淤泥质粘土，5.5~6.5米左右为砂卵石层，下面又为软塑状土，测试所有的曲线在6米左右处均有明显反向反射，施工充盈系数正常，不存在扩孔，故此反向为地层反应，（Ⅰ类桩）。
　　该桩径1000mm，桩长26m，混凝土强度C25,R3-2桩：波形规则,可见桩底反射,为I类桩,但对R3-1桩测试,发现在17m左右严重扩径,约20m处有同相反射(似桩底)，见不到桩底反射,经了解查实,钻孔至18m时，因发现塌孔无法钻进，施工单位把测绳剪去6m通过验深，使验孔深时末发现，被动测查出,定为III类.
　　3.2、桩顶空心及浅部离析
　　产生桩顶空心的因素有：导管插入混凝土中的深度较大，混凝土坍落度小，桩顶空心呈不规则漏斗形，其深度、位置与导管拔出时的位置、桩顶混凝土状态有关。导管埋得太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后砼不能及时冲填，造成泥浆填入。防止桩顶空心灌注结束前导管插入混凝土中深度不超过6.0m；灌注结束后，导管拔出混凝土之前，导管上下活动几次，幅度不超过50cm，或者用机械、人工振捣桩顶混凝土，时间不超过20s.尽可能缩短灌注时间，避免使桩顶混凝土产生假凝现象、降低桩顶混凝土的流动性
　　
　　（图4）该桩径800mm，桩长33m钻孔桩。设计强度C25，通长钢筋笼，初测在60-90公分处有较强同相反射，经开挖在60-80cm处细粉砂夹泥，范围占桩径1/2，开凿后再复测，波形正常，桩身基本完整。
　　
　　（图5）该桩径1200mm，桩长45m，桩设计混凝土强度等级为C25,经测试发现曲线呈低频振荡，其应力波在桩头开始无按一维杆件的传播特征,判为桩头浅部强度低或局部离柝，经取芯验证，0～1m岩芯松散，1～2.7m岩芯有气孔，强度低，2.7m以后岩芯强度达到要求，芯样完整。
　　3.3断桩
　　钻孔桩断桩主要由二次浇灌或受较大外力作用等原因，缺陷相当严重，检测时发现它却较为容易。
　　该钻孔灌注桩桩径700mm,桩长54.9m,砼强度C25，由于地下室开挖，造成部分桩断裂，桩头倾斜，经测试曲线呈等距多次同向反射，经开挖在1.6m处断裂，曲线呈多次同相等距反射。
　　4、结论
　　通过介绍钻孔灌注桩常见的检测方法及常见的缺陷，并探讨发生常见的缺陷的原因，得到有以下几点检测经验：①检测时必须了解工程的地质性况、施工情况及设计资料，根据钻孔灌注桩施工工艺的特点及测试原始记录，正确分析缺陷类型及其程度；②各种检测方法均有其局限性，不能要求包医百病，宜通过同种方法复测、其它检测方法验测，综合进行计算与分析，力求做到科学、公正、客观；③只要掌握了这些容易出现问题的原因之所在，才能在桩基施工过程中有针对性地做到事先预防和控制、才能做到发生了其中的某种故障后能从容地进行处理，才能确保桩基的工程质量，确保工程进度。

《钻孔灌注桩的检测方法及常见缺陷和原因》

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