第四大讲钻挖孔灌注桩检测

第四大讲钻挖孔灌注桩检测第一页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻孔灌注桩的概论钻孔灌注桩是目前最常用的桥梁基础形式,常用于桥梁的桥墩与桥台下地质不好(用扩大基础无法满足要求;或地基处理成本较高的地段)作为承载力的基础。受力形式:(1)靠桩周磨阻力承载的磨擦桩;(2))靠桩底支承力承载的端承桩特点：将荷载传递到较深的持力层，减少结构物基础沉降和不均匀沉降。缺点：地面下或水下作业，施工工序多，质量控制难，易出现断桩、夹层、混凝土离析等质量问题。第二页，共五十五页，编辑于2023年，星期五桩的基本知识桩的分类：

按成桩对地基土影响程度分：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩

按桩的功能分：抗压桩、抗拔桩、水平受荷桩

按成桩方法分：打（压）入桩、灌注桩，而灌注桩又分沉管灌注桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔桩等。第三页，共五十五页，编辑于2023年，星期五桩的承载机理：

单桩竖向抗压极限承载力由以下二个因素决定：一是桩身材料强度；二是地基土对桩的极限支承能力。一般由第二因素决定。

在竖向受压荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承担在初始受荷阶段，桩顶位移小，荷载由桩上侧表面的土阻力承担，以剪应力形式传递给桩周土体，桩身应力和应变随深度递减。随着荷载的增大，桩顶位移加大，桩侧摩阻力由上而下逐步被发挥出来，在达到极限值后，继续增加的荷载则全部由桩端上阻力承担，随着桩端持力层的压缩和塑性挤出，桩顶位移增长速度加大，在桩端阻力达到极限值后，位移迅速增大而破坏，此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。第四页，共五十五页，编辑于2023年，星期五桩的选型误区：

（1）凡嵌岩桩必为端承桩（╳）导致嵌岩深度加大，工期延长，造价提高（2）将挤土沉管灌注桩用于高层建筑（╳）由于挤土效应造成断桩、缩颈、上浮，事故频发且严重（3）预制桩质量稳定性高于灌注桩（╳）

优于沉管灌注桩是肯定的。但有以下三点应特别注意：

沉桩挤土效应；

无法穿透硬夹层，桩长受限制；

单桩承载力可调范围小，难于实现变刚度调平设计。第五页，共五十五页，编辑于2023年，星期五桩的选型误区：（4）人工挖孔桩质量可靠（╳）地下水位以上人工挖孔桩可实现彻底清孔、直观检查持力层，且无断桩缩颈现象。存在隐患：

边挖孔边抽水，细颗粒流失，地面下沉，乃至护壁整体脱落

临近新灌注混凝土桩抽水，带走水泥，造成离析

在流动性淤泥中挖孔，引起淤泥侧向流动，导致土体失稳滑移，桩体倾斜断桩（5）灌注桩不适当扩底（╳）岩石fr＞混凝土fc情况下扩底，不必要；桩侧土层较好、桩长较大情况下扩底，既损失扩底端以上部分侧阻力，又增加扩底费用，可能得失相当或失大于得；将扩底端置于有软弱下卧层的薄硬层上，增大沉降。第六页，共五十五页，编辑于2023年，星期五桩的质量通病冲钻孔灌注桩：通常存在以下两方面问题：一是属于桩身完整性，常见的缺陷为夹泥、断裂、缩径、扩径、混凝土离析及桩顶混凝土密实度较差等；二是嵌岩桩，影响桩底支承条件的质量问题，主要是灌注混凝土前清孔不彻底，桩底沉渣厚度超标，影响承载力。人工挖孔桩：混凝土浇筑不当造成离析，如未采用串筒或串筒距离过大；孔底地下水未抽干就灌注混凝土，造成桩底混凝土离析；边抽水边挖孔，造成地下水位下降，对护壁造成不利影响，影响桩侧阻力发挥。第七页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻孔灌注桩的施工过程1.确定桩位置2.钻孔(在山区旱桥也有改为人工挖孔的)3.制备泥浆(保持孔内的水压及孔臂的成型)4.检孔(孔深及孔径看是否达到设计要求)5.放下钢筋笼,浇灌水下混凝土6.超声波检测桩身的完整性7.必要时对桩体钻芯取样及作承载力试验第八页，共五十五页，编辑于2023年，星期五第九页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻孔灌注桩检测内容：（1）钻孔过程质量检测(防止坍孔)。泥浆指标、土质检查（2）成孔质量检测(保证成孔几何质量)。桩位、孔径、倾斜度、孔底沉淀层厚度（3）成桩质量检测(保证成孔承载质量)完整性检测第十页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

一、泥浆指标及成孔质量检测

泥浆作用（1）护壁；（2）增大孔内静水压力；（3）隔离孔内外水流通道；（4）悬浮钻渣。配置：水、粘土（膨润土）和添加剂。指标：相对密度、粘度、含砂率、胶体率、失水率、泥皮厚、静切力。配置原则:（1）地下水位高或流速大，指标取高限，反之取低限（2）地质状态好,孔径或孔深较小取低限，反之取高限（3）不易塌孔土层可用清水提高水头（4）直径大于2.5m宜采用优质泥浆.第十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期五泥浆用粘质土原料的性能要求一般可选用塑性指数大于25，0.074mm通过率大于50%的粘质土调制泥浆。当缺少上述性能的粘质土时，可用性能略差的粘质土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘质土。当采用性质较差的粘质土调制的泥浆其性能不符合要求时，可在泥浆中掺入碳酸钠、氢氧化钠或膨润土粉末，以提高泥浆性能指标。掺入量与原泥浆的性能有关，宜经过试验决定，一般碳酸钠的掺入量约为孔中泥浆土量的0.1%-0.4%。第十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期五2、泥浆指标检测方法

使用仪器：泥浆测试箱（套装）

1）相对密度

简易检测方法：用一口杯秤其质量m1，装满清水秤其质量m2，倒掉清水后装满泥浆秤其质量m3，则泥浆相对密度为：（2）粘度标准漏斗粘度计用两端开口的量杯分别量取200ml和500ml泥浆，通过滤网去掉大砂粒后，将700ml泥浆注入漏斗，然后测定从漏斗中流满500ml量杯所需时间（s），即为泥浆粘度。第十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期五2、泥浆指标检测方法（3）静切力将500ml泥浆搅匀后立即倒入切力计，将切力筒沿刻度尺垂直向下移至与泥浆接触，轻轻放下，当其自由下沉到静止不动时，即静切力与浮筒重力平衡时，浮筒泥浆面所对应的刻度即为泥浆的静切力。（4）含砂率

将调治好的泥浆50ml倒进含砂率计，然后再倒进清水，将仪器口塞紧摇动1min，使泥浆与水充分混合。再将仪器垂直静放3min，仪器下端沉淀物的体积乘2即为含砂率。（大型内装900ml含砂率计不乘2）第十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期五2、泥浆指标检测方法5）胶体率反映泥浆中土颗粒保持悬浮状态性能将100ml泥浆倒入量杯，玻璃片盖上，静置24h，量杯上部泥浆澄清为水，测量其体积如5ml，则胶体率为95％6）失水率滤纸将滤纸置于水平玻璃上，中央画一直径3cm的圆，将2mL泥浆滴入圆圈内，30min后，测量湿圆圈的平均直径，减去泥浆摊平的直径，即为失水率。滤纸上泥浆厚度即为泥皮厚度。泥皮愈平坦，泥浆质量愈高。一般不宜厚于2~3mm。第十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期五2、泥浆指标检测时间:（1）清孔后泥浆指标应从孔底提出进行性能指标检测（2）下放钢筋骨架后，灌注水下混凝土前应再次检测泥浆指标和孔底沉淀层厚度，超过规定应二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。第十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻、挖孔桩成孔质量标准质量检验及质量标准钻、挖孔在终孔和清孔后，应进行孔位、孔深检验。孔径、孔形和倾斜度宜采用专用仪器测定，当缺乏专用仪器时，可采用外径为钻孔桩钢筋笼直径加100mm(不得大于钻头直径)，长度为4～6倍外径的钢筋检孔器吊入钻孔内检测。钻、挖孔成孔的质量标准见后表。注：清孔后的泥浆指标，是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值。本项指标的测定，限指大直径桩或有特定要求的钻孔桩。第十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻、挖孔桩成孔质量标准第十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期五钻孔桩清孔要求清孔要求1、钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径进行检查，符合前表要求后方可清孔。2、清孔方法应根据设计要求、钻孔方法、机具设备条件和地层情况决定。3、在吊人钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。第十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期五清孔时应注意事项

1、清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射、砂浆置换等，可根据具体情况选择使用。2、不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。3、无论采用何种方法清孔，清孔后应从孔底提出泥浆试样，进行性能指标试验，试验结果应符合前表的规定。灌注水下混凝土前，孔底沉淀土厚度应符合前表的规定。4、不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。第二十页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（二）钻孔灌注桩成孔质量检测

包括:桩位、孔径、倾斜度、孔底沉淀层厚度。1、桩位偏差施工前在护筒纵横轴标注方向控制钻进方向；施工完毕进行桩位中心测量以确定偏差。误差范围：单排桩≤50mm；多排桩≤100mm2、孔径检查保证桩基承载力的关键。要求桩径不小于设计值。检测方法：专用球形孔径仪、伞形孔径仪、声波孔壁测定仪、简易检孔器等。

第二十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期五（二）钻孔灌注桩成孔质量检测3、倾斜度检测要求：竖直桩偏差不超过1％；斜桩偏差不超过±2.5％。检测方法：（1）简易测孔器方法（钢筋笼直径+100mm，长度4~6倍桩径）；（2）陀螺测斜仪（3）井斜仪（4）声波孔壁测定仪4、孔底沉淀层厚度检测孔底沉淀层厚度将极大影响桩底支承反力，应严格控制厚度规定：（1）摩擦桩：满足设计要求；无设计要求时，对于直径≤1.5m的桩，厚度≤300mm；对于桩直径＞1.5m或桩长大于40m或土质较差的桩，厚度≤500mm。（2）支承桩：不大于设计规定值。测定方法：（1）锤球法（2）电阻率法（3）电容法第二十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

二、灌注桩完整性检测

灌注桩质量问题：（1）桩身完整性方面，包括夹泥、断裂（断桩）、缩径、扩径、混凝土离析、桩顶混凝土密实性差等。（2）嵌岩桩（支承桩）影响桩底支承反力。包括灌注前清孔不彻底、孔底沉淀层厚度超标影响承载力。

桩身质量检测方法：1.钻芯检验法、2.振动检验法、3.超声脉冲检验法、4.射线法

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（1）钻芯检验法

通过钻取桩身混凝土芯样，观测和测试桩身质量。缺点：只能反映桩身小部分混凝土质量，且设备庞大，费工费时，价格高。检测频率：抽检2~3％；或作为无破损检测验证手段。第二十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（2）振动检测法（动测法）在桩顶用各种方法（锤击、敲击、电磁激振期、电水花）施加一个激振力，使桩体乃至桩土体系产生振动或在桩内产生应力波，通过对波动及振动参数的分析，推定桩体混凝土质量及桩身承载力。敲击法和锤击法用力棒或锤子打击桩顶，在桩内激励振动，用加速度传感器接受桩头响应信号，通过对信号的时域及频域进行分析，可确定桩尖或缺陷的反射信号，拒次判断桩身是否存在缺陷。

锤击引起桩土体系振动时，根据测得振动参数，计算桩的动刚度和承载力。第二十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期五3、超声脉冲检验法

灌注混凝土前沿桩身埋设声测管（四周平行布置），作为发射和接受换能器的通道。混凝土浇注完毕后，将两个探头分别放在两个平行的声测管内平行移动，沿不同深度测出横断面超声脉冲穿过混凝土的各种参数，根据次参数判定各断面混凝土质量。第二十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期五4、射线法

以放射性同位素辐射线在混凝土中的衰减、吸收、散射等现象为基础，根据所接受射线的强弱变化判断桩身质量。由于射线的穿透力有限，一般用于单孔测量，了解孔碧附近混凝土的质量，扩大钻芯法检测有效半径第二十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期五（一）反射波法

特点：设备轻便灵活、现场检测工作量小、检测效率高、检测费用低。1.基本原理应力波理论。在桩顶进行竖向激振，弹性波向下传播，当遇到明显阻抗界面（如桩底、断桩、混凝土严重离析等）或桩身截面发生显著变化（扩径或缩径）的部位，将产生反射。根据接受到的反射信号，计算桩身波速、判断桩身完整性。第二十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期五（一）反射波法2.适用范围（1）检测桩身完整性、判定桩身缺陷位置及影响程度，判断桩底嵌固程度。（2）适用于灌注桩和预制桩等刚性材料的桩身完整性（3）桩端信号必须能有效识别。第二十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

3.检测仪器和设备

传感器、激振锤、一体化检测仪、打印机等

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4、现场检测技术（1）测试前准备工作①收集有关技术资料（如灌注记录等）②检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用，确定最佳激振方式和接收条件。③被测桩应凿去浮浆，桩头平整，安装传感器的部位应适当打磨。④测量并记录桩顶截面尺寸。⑤检测时间宜14天以上。⑥打入或静压桩宜在相邻桩施工完毕后进行。

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（2）传感器安装要求

①传感器安装采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，粘结牢固，与桩顶面垂直。②混凝土灌注桩宜将传感器安装在距桩中心1/2~2/3半径处，距钢筋不宜小于50mm。当桩径不大于1000mm时不宜少于2个测点；当桩径大于1000mm时不宜少于4个测点；③混凝土预制桩，当边长不大于600mm时不宜少于2个测点；当边长大于600mm时不宜少于3个测点。④对预应力混凝土管柱不应少于2个测点。第三十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（3）激振要求

①混凝土灌注桩、预制桩激振点宜在桩顶中心部位；预应力混凝土管柱激振点和传感器安装点与桩中心线的交角不应小于45°。②激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定。

短桩或浅部缺陷桩宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷桩宜采用重锤宽脉冲激振。，也可采用不同锤垫调整激振脉冲宽度。③采用力棒激振时，应自由下落；采用力锤敲击时，其作用力应与桩顶面垂直。第三十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（4）检测工作的规定

①采样频率和采样长度应根据桩长和波形分析确定②各测点重复检测次数不少于3次，且检测波形具有良好的一致行。③当随机干扰较大时，可采用信号增强方式，进行多次重复激振与接收。当信号一致性较差时，排除人为因素和仪器设备干扰。④对存在缺陷的桩应改变检测条件重复检测，相互验证。第三十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（7）桩身完整性类别划分原则

Ⅰ类—桩端反射明显，无缺陷反射波，振幅谱线分布正常，混凝土波速处于正常范围。Ⅱ类—桩端反射较明显，但有局部缺陷产生的反射信号，混凝土波速处于正常范围。

Ⅲ类—桩端反射不明显，可见缺陷二次反射信号，或有桩端反射但混凝土波速明显偏低。Ⅳ—无桩端反射信号，可见因缺陷引起的多次强反射信号，或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长。第三十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

工程实例图

为某工程基桩反射波法的实测波形，由波形可以看出应力波在桩身内传播的过程中未出现明显的缺陷反射，实测波速也较高，表明桩身基本完整，桩身混凝土密实。第三十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期五(二)超声波法

适用范围:桩径大于0.8m以上混凝土灌注桩第三十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

(二)超声波法1.检测原理

通过超声波在混凝土中的传播特征判定桩身混凝土缺陷基本物理量有4个（声时值、波幅、接受信号频率变化、接受波形畸变）（1）声时值由于钻孔桩的混凝土缺陷主要是由于灌注时混入泥浆或混入自孔壁坍落的泥、砂所造成的，缺陷区的夹杂物声速较低。因此，超声脉冲穿过缺陷或绕过缺陷时，声时值增大。增大的数值与缺陷尺度大小有关，所以声时值是判断缺陷有无和计算缺陷大小的基本物理量。

第三十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期五1第三十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

（2）波幅当波束穿过缺陷区时，部分声能被缺陷内含物所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反射和散射，到达接收探头的声能明显减少，反映为波幅降低。实践证明，波幅对缺陷的存在非常敏感，是在桩内判断缺陷有无的重要参数（3）接收信号的频率变化

当超声脉冲穿过缺陷区时，声脉冲中的高频部分首先被衰减，导致接收信号主频下降，即所谓频漂，其下降百分率与缺陷的严重程度有关。接收频率的变化实质上是缺陷区声能衰减作用的反映，它对缺陷也较敏感，而且测量值比较稳定，因此，也可作为桩内缺陷判断的重要依据。（4）接收波形的畸变一般只能将波形畸变作为缺陷定性分析依据以及判断缺陷的参考指标。第四十页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

2.检测方法

（1）基本检测方法在桩内预埋2根以上的声测管，将发射探头和接受探头分别置于2根管道中，检测超声脉冲穿过管道间混凝土时所扫国混凝土质量。

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4、测前准备和要求（1）预埋声测管要求

①桩径D≤1500mm时应埋设3根；桩径D＞1500mm时应不少于4根。②声测管宜采用金属管，其内径应比换能器外径大15mm。钢管宜用螺纹连接不漏水。③声测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应相互平行，定位准确，并埋设至桩底，上端应高出桩顶300mm。④声测管应封闭，并加盖以防止异物掉入管内⑤按顺时针旋转方向进行编号和分组，每2根为1组。

第四十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期五（2）检测前准备工作

①混凝土龄期大于14天；②声测管内注满清水并保持畅通；③标定发射至接受系统迟延时间；④准确测量声测管内、外径和两声测管外壁间距；⑤取芯孔检测法垂直度误差不应大于0.5％,检测前应清孔。

第四十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期五第四十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期五（4）桩身完整性评价

Ⅰ类—各声测剖面的声时、波幅均大于临界值，波形正常。Ⅱ类—某一声测剖面个别测点的声时、波幅略小于临界值，但波形基本正常。

Ⅲ类—某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声时、波幅小于临界值，PSD值变大，波形畸变。Ⅳ—某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声时、波幅明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。7、检测报告内容包括被检桩各剖面声速—深度、波幅—深度曲线及各自的临界值，声速、波幅的平均值，桩身缺陷位置及程度的分析说明。第四十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

3-3桩基承载力检测

确定桩基承载力的方法有两种：

一种是静荷载试验，另一种是各种桩的动测方法。静荷载试验是确定基桩承载力方法中最基本、最可靠的方法，桩的动测方法，要在与桩静载试验结果大量对比的基础上，找出相关关系，才能推广应用。

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（二）静压试验

1.试验目的确定单桩承载力及荷载与位移的关系，对于预制桩也可用来校核动力公式的准确性。2.试验方法通常采用慢速维持荷载法，若设计无特殊要求时，用单循环加载试验。3.试验时间预制桩静压试验应在冲击试验后立即进行。对于钻（挖）孔灌注桩，须待混凝土能承受设计要求荷载后，才可进行试验第四十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

4.加载装置一般采用油压千斤顶加载。千斤顶的反力装置可根据现场情况选用下列三种形式之一。（1）锚桩承载梁反力装置：锚桩承载梁反力装置能提供的反力，应不小于预估最大试验荷载的1.3~1.5倍。（2）压重平台反力装置：压重不得小于预估最大试验荷载的1.2倍，压重应在试验开始前一次加上。（3）锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在承载梁上置或悬挂一定重物，由锚桩和重物共同承受千斤顶反力。第四十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期五

6.加载方法。（1）加载重心应与试桩轴线相一致。加载时应分级进行，使荷载传递均匀，无冲击。加载过程中，不使荷载超过每级的规定值。（2）加载分级：每级加载量为预估最大荷载的1/10~1/15。当桩的下端埋入巨粒土、粗粒土以及坚硬的粘质土时，第一级可按2倍的分级荷载加载。（3）预估最大荷载：对施工检验性试验，一般可采用设计荷载的2.0倍。

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8.稳定标准：每级加载下沉量，在下列时间内如不大于0.lmm即可认为稳定。（1）桩端下为巨粒土、砂类土、坚硬粘质土，最后30min