桩基检测技术的应用和发展
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桩基检测技术的应用和发展
铁道科学研究院铁道建筑研究所
2006年1月16日
目
录
第一部分
基本知识
第一章
第二章
第三章
第二部分
概论
桩的基本知识
基桩质量检测基本规定
桩的静载试验
第四章
第五章
第六章
单桩竖向抗压静载试验
单桩竖向抗拔静载试验
基桩水平静载试验
目
录
第三部分
桩基低应变检测技术
第七章
第八章
第九章
第十章
第十一章
概述
基本原理
仪器设备及现场检测技术
检测数据分析与判定
低应变方法的适用范围
第四部分 桩基高应变检测技术
第十二章 概述
第十三章 基本原理
第十四章 仪器设备及现场检测技术
第十五章 检测数据分析
目
录
第五部分
声波透射法
第十六章
第十七章
第十八章
第十九章
第六部分
基本理论
仪器设备
现场检测
数据分析与结果判定
钻芯法检测
第二十章
第二十一章
第二十二章
第二十三章
概述
钻芯设备及技术
芯样试件制作与抗压试验
数据分析与评价
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 1 桩的应用历史
桩基础是历史悠久、应用广泛的一种基础形式，在距今12000年历史的智利古
文化遗址就发现了桩的雏形。我国考古学家在陕西半坡村遗址和浙江河姆渡
遗址出土的大量木结构遗址，证实了先人在7000年前就开始采用木桩插入土
中支承房屋。
木桩的使用经历了漫长的历史时期，19世纪后期，随着钢、水泥、混凝土和
钢筋混凝土的相继问世和大量使用，制桩材料发生了根本变化，就地灌注混
凝土桩、沉管灌注桩的相继被使用在基础工程中。
随着桩基工程施工机械设备和技术不断得到改进和发展，产生了各种新桩型
和新工法，桩基除作为房屋建筑、桥梁、码头、海上石油平台等的基础，并
被拓展到基础工程的其他领域，如基坑支护、软基处理等施工中，为桩基在
复杂地质条件和环境条件下的应用注入了勃勃生机。
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
基桩质量检测的重要内容是基桩的承载力和完整性检测。
按照设计和施工质量验收规范规定的检测项目，基本可以分成三种检测方法。
1.2.1 直接法
定义：通过现场原型试验直接获得检测项目结果或为施工验收提供依据的检
测方法。
桩身完整性检测→钻孔取芯法，直接从混凝土桩身中钻取芯样，以测定桩身
混凝土的质量和强度，同时可以检查桩底沉渣和持力层情况，并可以直接测
定实际桩长。
承载力检测包括单桩竖向抗压（拔）静载试验和单桩水平静载试验。前者用
来确定单桩竖向抗压（拔）极限承载力，判定工程桩竖向抗压（拔）承载力
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
是否满足设计要求，同时可以在桩身或桩底埋设测量应力（应变）传感器，
以测定桩侧、桩端阻力，也可以通过埋设位移测量杆，测定桩身各截面位移
量；后者除用来确定单桩水平临界和极限承载力、判定工程桩水平承载力是
否满足设计要求外，当桩身埋设应变测量传感器时，可以测量相应荷载作用
下的桩身内力，由此计算桩身弯矩。
1.2.2 半直接法
定义：在现场原型试验基础上，基于一些理论假设和工程实践经验并加以综
合分析最终获得检测结果的检测方法。
主要包括三种方法：
（1）低应变法
在桩顶面实施低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内左弹性振动，并
由此产生沿桩身的应力波纵向传播，利用波动和振动理论对桩身完整性作出
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
评价的一种检测方法。
主要包括：反射波法、机械阻抗法、水电效应法等等，其中反射波法物理意
义明确、测试设备轻便简单、检测速度快、成本低，是桩基低应变检测的主
要方法。
（2）高应变法
通过在桩顶实施重锤冲击，使桩产生动位移量级接近常规静载试桩的沉降量
级，以便使桩周岩土阻力充分发挥，通过测量和计算判定单桩竖向抗压承载
力是否满足设计要求及对桩身完整性做出评价的一种检测方法。
主要包括锤击贯入试桩法、波动方程法和静动法等，其中波动方程法是我国
目前常用的高应变检测方法。
高应变动力试桩物理意义比较明确，检测准确度相对较高，相对静载试验，
成本低、抽检数量较大，而且可用于预制桩的打入过程实时监控和桩身完整
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
性检查。
但由于受测试人员水平和对桩－土相互作用模型等问题的影响，高应变检测
方法在某些方面仍有较大的局限性，不能代替静载试验作为确定单桩抗压极
限承载力的设计依据。
（3）声波透射法
通过在桩身埋设声测管（钢管或PVC塑料管），将声波发射和接收超声波换
能器分别放入2根测管内，管内注满清水作为耦合剂，换能器可置于同一水平
面或保持一定高差，进行声波发射和接收，使声波在混凝土桩身中传播，通
过对声波传播时间、波幅及主频等声学参数的测试和分析，对桩身完整性做
出评价的一种检测方法。
该方法一般不受场地限制，测试精度高，在缺陷判断上较其他方法全面、直
接，检测范围可以覆盖整个桩长截面，是桥梁、房建等长大桩基的首选检测
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
方法。
由于需要在桩基施工过程中预埋声测管，检测成本相对较高，抽样随机性差，
对桩身直径有一定要求。
1.2.3 间接法
定义：依据直接法取得的试验结果，结合土的物理力学试验或原位测试数据，
通过统计分析，以一定的计算模式给出经验公式或半理论、半经验公式的估
算方法。
由于地质条件和环境条件的复杂性，施工工艺、施工水平和人员素质的差异
性，该方法对设计参数的判断有很大的不确定性，只适用于工程初步设计估
算。
如根据地质勘察资料进行单桩承载力与变形估算，在国家《建筑桩基技术
规范》（JGJ94-94）、《港口桩基规范》 （JJJ254-98）、 《铁路
第一章
概论
第一部分
识
基本知
1. 2 桩身完整性检测和承载力检测方法的分类
桥涵设计规范》 （TBJ2-96）等相应规范中有明确规定；在《建筑基桩检测
技术规范》 （JGJ106-2003）中没有涉及此类方法，一般是设计人员在实际
过程中采用的。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 1 桩的分类
2.1.1 按制桩材料分类
木桩：适用于地下水位以下，可以抗真菌腐蚀保持耐久性，承载力、刚度及
耐久性均较差，而且木材资源匮乏，目前已较少使用。
混凝土桩：分为预制混凝土桩和就地灌注混凝土桩。承载力高、刚度大、耐
久性好，几何尺寸可根据设计要求进行变化，桩长不受限制，取材方便，是
目前各国广泛使用的桩型。
钢桩：主要分为钢管桩、型钢桩、钢板桩。
组合桩：两种材料组合而成的桩，如钢管桩内灌注混凝土等等，充分发挥两
种组合材料的性能，目前使用较少，仍处于研究探索阶段。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 1 桩的分类
2.1.2 按成桩时对地基土的影响程度分类
非挤土桩：也称置换桩，包括干作业挖孔桩、泥浆护壁钻（冲）孔桩、套管
护壁灌注桩、抓掘成孔桩和预钻孔埋桩等。这类桩在成桩过程中，会把与桩
体积相同的土体排出，桩周土仅受轻微扰动。
部分挤土桩：包括开口钢管桩、型钢桩、钢板桩、预钻孔打入桩和螺旋成孔
桩等。在这类桩成桩过程中，桩周土仅受到轻微扰动，原始结构和工程性质
变化不明显。
挤土桩：包括各种打入、压入和振入桩，如预制方桩、预应力管桩、封底钢
管桩、沉管式就地灌注桩。这类桩在成桩过程中，桩周围的土被压密或挤开，
土层受到严重扰动，土的原始结构遭到破坏而影响其工程性质。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 1 桩的分类
2.1.3 按桩的功能分类
抗压桩：承受的荷载为上部结构传来的竖向荷载。
按桩的承载性状可以分为：
摩擦桩：桩顶荷载全部或主要由桩侧摩阻力承担。根据侧摩阻力分担外荷载
的比例，又可分为纯摩擦桩和端承摩擦桩。
端承桩：桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承担。根据端阻力发挥的程度和分
担外荷载的比例，又可分为纯端承桩和摩擦端承桩。
抗拔桩：承受竖向向上拔的荷载，如抗浮力的桩基、送电线路塔桩基等，上
拔荷载主要由桩侧摩阻力承担。
水平受荷桩：承受来自水平方向的外部荷载，如基坑支护的护坡桩、滑坡桩
等，桩身刚度是抵抗弯矩的重要保证。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 1 桩的分类
2.1.4 按成桩方法分类
打（压）入桩：主要指预制桩。成桩方法是按照预定的沉桩标准，以锤击、
振动或静压方式将桩沉至地层设计标高。
就地灌注桩：直接在地基土上用钻、冲、挖等方式成孔，就地浇筑混凝土而
成的桩。按成桩工艺可以分为：
沉管灌注桩
钻（冲）孔灌注桩
人工挖孔灌注桩
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
桩是埋入土中的柱形杆件,其作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压
缩性小的土层或岩层。总体上按照竖向和水平两种工况考虑桩的承载性状。
2.2.1竖向受压荷载作用下的单桩
单桩竖向抗压极限承载力由两个因素决定：
桩本身的材料强度：桩在轴向受压、偏心受压或在桩身压曲的情况下，结构
强度的破坏；
地基土强度：地基土对桩的极限支撑能力。通常情况下，地基土强度是决定
单桩极限抗压承载力的主要因素。
桩土体系荷载传递机理
在竖向荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承担，侧阻和端阻的
发挥是不同步的，桩侧阻力先发挥，达到极限后，端阻开始起作用，然后端
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
阻达到极限。
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激发出来，达到极限后，继续增加的
荷载全部由桩端土阻力承担。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。由此可以看出，桩的承载力大小主要是
由桩侧土和桩端土的物理力学性质决定的，而桩的几何特征如长径比、侧表
面积大小、桩的成桩效应也会影响承载力的发挥。
桩是埋入土中的柱形杆件,其作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压
缩性小的土层或岩层。总体上按照竖向和水平两种工况考虑桩的承载性状。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
侧阻影响分析
桩土间相对位移
从桩的承载机理分析，桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必要条件，不同
类型的土，发挥其最大摩阻力所需的位移是不一样的，如粘性土5-10mm，砂
类土10-20mm，大量试验结果表明，发挥侧阻力所需相对位移并非定植，桩径
大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。
成桩效应
不同的施工工艺都会改变桩周土体内应力应变场的原始分布，如挤土桩对桩
周土的挤密和重塑作用，非挤土桩因孔壁侧向应力解除出现的应力松弛等等，
这些因素不同程度提高或降低侧摩阻力的大小，而这种改变又和桩周土的性
质、类别，特别是土的灵敏度、密实度和饱和度密切相关。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
侧摩阻力的临界深度
随着桩入土深度的增加，作用在桩身的水平有效应力成比例增大。按照土力
学理论，桩的侧摩阻力也应逐渐增大，但试验表明，在均质土中，当桩的入
土超过一定深度后，桩侧摩阻力不再随深度的增加而变大，而是趋于定值，
此时的深度就是桩侧摩阻力的临界深度。
时间效应对土阻力的影响
对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，必须考虑时间效应对土阻力的影响。桩
在施工过程中对桩周土的扰动会产生超孔隙水压力，使桩侧有效应力降低，
导致在桩形成的初期侧摩阻力偏小，随时间的增长，超孔隙水压力逐渐径向
消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻力得到提高。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
端阻影响分析
位移量问题
桩端阻力的发挥也需要一定的位移量。一般工程桩在桩容许沉降范围内就可
发挥桩的极限侧摩阻力，但桩端土阻力的发挥就需要更大的位移量，二者的
安全度是不一样的。
持力层的选择
桩端持力层的选择对提高承载力、减少沉降量至关重要。桩端进入持力层的
深度超过一定深度后，端阻力基本恒定。
端阻力的破坏模式
端阻力的破坏模式分为三种：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲入剪切破坏。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
单桩荷载－位移（Q-s）曲线
缓变型Q-s曲线
桩端持力层为密实度和强度均较高的土层，
如（密实砂层、卵石层等），桩周土层相
对软弱，端阻所占比例大，Q-s曲线呈缓变
型，极限荷载下桩端呈整体剪切破坏或局
部剪切破坏。这种情况下，常以某一极限
位移Su确定极限荷载，一般可取Su=40-60mm。
对于缓变型Q-s曲线也可采用其他曲线判定极限荷载，如s-lgt曲线尾部明显
弯曲的前一级荷载为极限荷载，△s-Q曲线第二拐点为极限荷载等。
第二章
桩的基本知识
2. 2 桩的承载机理
单桩荷载－位移（Q-s）曲线
陡降型Q-s曲线
桩端与桩身为同类型的一般土层，端阻力
不大，Q-s曲线呈陡降型，桩端呈刺入（冲
剪）破坏，如软土层中的摩擦桩或者端承桩
在极限荷载下出现桩身材料强度的破坏或桩
身压曲破坏。
第一部分
识
基本知
第二章
桩的基本知识
2. 2 桩的承载机理
单桩荷载－位移（Q-s）曲线
台阶状Q-s曲线
桩端有虚土或沉渣，初始强度低，压缩性高，
当桩顶荷载达一定值后，桩底部土被压密，强
度提高，导致Q-s曲线呈台阶状。
第一部分
识
基本知
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
2.2.2 竖向拉拔荷载作用下的单桩
破坏模式
抗拔桩常见的破坏模式是桩-土界面间的剪切破坏，桩被拔出或者复合剪切面
破坏，即桩的下部沿桩-土界面破坏，上部靠近地面附近出现锥形剪切破坏，
且锥形土体与下部土体脱离而与桩身一起向上位移。
当桩身强度不足时，也可能出现桩身被拉断现象。
抗拔承载力
桩的抗拔承载力由桩侧阻力和桩身重力组成。桩周阻力大小和竖向抗压桩一
样，受桩土界面的几何特征、土层物理力学特性等较多因素的影响，需要注
意的是，粘性土中的抗拔桩在长期荷载作用下，随上拔量的增大，会出现应
变软化现象。设计抗拔桩时，必须考虑抗拔荷载的长期和短期效应的差别。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 2 桩的承载机理
2.2.3 水平荷载作用下的单桩
破坏机理和模式
按照桩土相对刚度的不同，桩土体系的破坏机理及工作状态分为两类。
刚性短桩：桩径比大，桩入土深度小，桩的抗弯刚度比比地基土刚度大很多，
在水平力作用下，桩身像刚体一样绕桩上某点转动或平移而破坏。
此类桩的水平承载力由桩周土的强度控制。
弹性长桩：桩径比小，桩入土深度达，桩的抗弯刚度与土刚度相比较具柔性，
在水平力作用下，桩身发生挠曲变形，桩下段嵌固于土中不能转动。
此类桩的水平承载力由桩身材料的抗弯刚度和桩周土抗力控制。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 3 桩的常见质量通病
2.3.1 灌注桩质量通病
钻（冲）孔灌注桩
对于泥浆护壁的灌注桩，桩底沉渣及孔壁泥皮过厚是导致承载力大幅降低的
主要原因。
水下浇筑混凝土时，施工不当如导管口离开混凝土面、混凝土浇筑不连续，
桩身均可能出现断桩现象，而混凝土搅拌不均匀、水灰比过大或导管漏水均
会产生混凝土离析。
泥浆相对密度配置不当，地层松散或呈流塑状，或遇承压水层时，导致孔壁
不能直立而出现塌孔时，桩身就会不同程度的出现扩径、缩径或断桩现象。
钢筋笼错位（上浮、偏靠孔壁）也是这类桩经常出现的问题。
干作业钻孔灌注桩，桩底虚土过厚是导致承载力下降的主要因素，而当地层
稳定性差出现塌孔时，桩身也会出现夹泥或断桩现象。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 3 桩的常见质量通病
沉管灌注桩
拔管速度快是导致沉管桩出现缩径、夹泥或断桩等质量问题的主要原因，特
别是在饱和淤泥或流塑状淤泥质软土层中成桩时，控制拔管速度尤为重要。
桩间距过小时，邻桩施工易引起地表隆起和土体挤压，产生的振动力、上拔
力和水平力会使初凝的桩被振断或拉断，或因挤压而缩径。
在地层存在承压水砂层，砂层上又覆盖有透水性差的粘土层，孔中浇筑混凝
土后，由于动水压力作用，沿桩身至桩顶出现冒水现象，凡冒水桩一般都形
成断桩。
当预制桩尖强度不足，沉管过程中被击碎后塞入管内，当拔管至一定高度后
下落，又被硬土层卡住未落到孔底，形成桩身下段无混凝土的吊脚桩。对采
用活瓣桩尖的振动沉管桩，当活瓣张开不灵活，混凝土下落不畅，也会产生
这种现象。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 3 桩的常见质量通病
人工挖孔桩
混凝土浇筑时，施工方法不当造成混凝土离析，如将混凝土从孔口直接倒入
孔内或串筒口到混凝土面的距离过大（大于2.0m）等等。
当桩孔内有水，未完全抽干就浇筑混凝土，造成混凝土离析，进而影响桩端
承载力。
干浇法施工时，如果护壁漏水，将造成混凝土面积水，使混凝土胶结不良，
强度降低。
地下水渗流严重的土层，易使护壁坍塌，土体失稳塌落。
在地下水丰富的地区，采用边挖边抽水的方法进行挖孔桩施工，致使地下水
位下降，下沉土层对护壁产生负摩擦力作用，易使护壁产生环形裂缝；当护
壁周围土压力分布不均匀时，易产生弯矩和剪力作用，使护壁产生垂直裂缝。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 3 桩的常见质量通病
2.3.2 预制桩质量通病
钢桩
锤击应力过高时，易造成钢管局部损坏，引起桩身失稳。
H型钢桩因桩本身的形状和受力差异，当桩入土较深而两翼缘间的土存在差异
时，易发生朝土体弱的方向扭转。
焊接质量差，锤击次数过多或第一节桩不垂直时，桩身易断裂。
混凝土预制桩
桩锤选用不合理，轻则桩难以打到设计标高，无法满足承载力要求，且锤击
次数过多，造成桩疲劳损坏；重则易击碎桩头，增加打桩破损率。
锤垫或桩垫过软时，锤击能量损失大，桩难以打到设计标高；过硬则锤击应
力大，易击碎桩头。
第二章
桩的基本知识
第一部分
识
基本知
2. 3 桩的常见质量通病
锤击拉应力是引起桩身开裂的主要原因。锤击产生的下行压力波反射后成为
沿桩身上行的拉伸波，其产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，一般会在桩
身中上部出现环状裂缝。
焊接质量差或焊接后冷却时间不足，锤击时易造成在焊口处开裂。
桩锤、桩帽和桩身不能保持一条直线，造成锤击偏心，不仅使锤击能量损失
大，桩无法沉到设计标高，锤击偏心还会造成桩身开裂、折断。
桩间距过小，打桩引起的挤土效应使后打的桩难于打入或使地面隆起，导致
桩上浮，影响桩的端承力。
在较厚的粘土、粉质粘土层中打桩，如果停歇时间过长，或在砂层中短时间
停歇，土体固结、强度恢复后桩不易打入，此时如果强行锤击，将击碎桩头。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 1 概述
桩基用量大，施工质量影响因素多，质量检测工作非常重要
我国每年的用桩量超过500万根，涉及桩基工程质量问题而直接影响建筑物
结构正常使用与安全的事故很多；另外，桩基是隐蔽工程，而影响桩基工程
施工的因素很多，如：岩土工程条件、桩土的相互作用、施工技术水平等等，
桩的施工质量具有很多不确定性因素。因此，加强桩基施工过程的质量管理
和施工后的质量检测，对确保整个桩基工程质量与安全就具有非常重要的意
义。
基桩检测技术发展迅速，经验和理论需要进一步积累和完善
20世纪80年代以来，我国的基桩检测技术特别是基桩动测技术得到了飞速的
发展，但与常规的直接法（静载法、钻芯法）相比，动测法对检测人员的经
验和理论水平要求高，且动测法在国内推广应用才十几年，其经验和理论有
待进一步积累和完善。
第三章
第一部分
识
基桩质量检测基本规定
基本知
3. 1 概述
桩基检测方法及其适用范围
检测方法
适用范围
单桩竖向抗压静载试验
确定单桩竖向抗压极限承载力
判定竖向抗压承载力是否满足设计要求
通过桩身内力及变形测试，测定桩侧、桩端阻力
验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果
单桩竖向抗拔静载试验
确定单桩竖向抗拔极限承载力
判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求
通过桩身内力和变形测试，测定桩抗拔摩阻力
单桩水平静载试验
确定单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力系数
判定水平承载力是否满足设计要求
通过桩身内力和变形测试，测定桩身弯矩和挠曲
钻芯法
检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩底持力层岩土
性状，判定桩身完整性类别
声波透射法
检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别
低应变法
检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别
高应变法
判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求
检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别
分析桩侧和桩端土阻力
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
3. 2 检测程序和相关技术内容
遵循必要的检测工作程序，有利于检测工作开展的有序性和严谨性。
3.2.1 接受委托
了解工程概况，明确委托方意图，以免发生不必要的纠纷。
3.2.2 调查、收集资料
尽可能收集相关技术资料，必要时到现场勘察，主要收集的内容包括：
岩土工程勘察资料
受检桩设计施工资料
桩位平面图
现场辅助条件情况（水、电、交通）
施工工艺等
基本知
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
3.2.3 制定检测方案与前期准备
方案的主要内容包括：工程概况、抽样方案、所需的机械人工配合、桩头的
加固处理、试验周期等。
检测开始时间的确定
混凝土强度与龄期有关，初期强度增长快，随后逐渐变缓，而混凝土的物理
力学特性和声学参数的变化趋势也大体如此。一般来说，桩基检测应在混凝
土28d龄期强度后进行，但受季节、气候、周边环境和工期等因素的影响，基
本上无法满足时间要求。
桩身完整性检测对混凝土强度的要求较松，如低应变法和声波透射法，检测
可以适当提前，但需保证检测时混凝土强度不能太低，否则会造成应力波或
声波在混凝土中传播衰减过快，无法对桩身完整性作出准确判断；而同一场
地桩的龄期差异过大，将导致波速或声速变异性增大，影响检测结果分析。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
规范规定，混凝土强度大于设计强度的70%且不低于15MPa时，即可检测。
钻芯法取样时，受检桩应达到28d龄期或同条件养护试块达到设计强度。
静载试验和高应变检测在桩身产生的应力水平较高，此类检测应在混凝土强
度达到28d龄期或设计强度时进行。
承载力检测必须考虑桩周土的时间效应
成桩过程中，桩周土受到的扰动和施工工艺、土性及土的类别有关，如非挤
土桩与挤土桩的差别、高灵敏度饱和粘性土与砂土的差别等等。一般，随休
止时间的增长，受扰动的土体会重新固结，强度逐渐恢复提高，桩的承载力
也相应增加，在软土地区，这种时间效应比较明显。
桩基检测对地基土的休止时间有明确的规定，如下表所示：
第三章
第一部分
基桩质量检测基本规定
基本知识
3. 2 检测程序和相关技术内容
粘性土
土 的 类 别
休 止 时 间（d）
砂 土
粉 土
7
10
非饱和
15
饱
25
和
对于工期紧而无法满足休止时间的检测项目，应在检测报告中注明，承载力
检测值只能代表检测的承载力。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
抽样规则与抽检数量
按照规范规定和委托方、设计、监理确定的方案进行现场检测。
仪器设备
应根据不同的检测目的组织配套、合理的试验设备，如承载力检测中的千斤
顶、压力表、压力（荷重）传感器、位移计，完整性检测中的加速度（速度）
传感器和数据采集系统等。
检测前，应对使用的仪器进行系统调试，所有计量器具必须在计量检定的有
效期内，如有条件，应进行标定。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
3.2.4 现场检测、数据分析与验证扩大检测
不论完整性检测还是承载力检测，必须严格按照规范的要求进行，以保证检
测数据可靠、减少试验误差，如静载试验中基准桩与试桩的间距、百分表的
安装位置及稳定标准判断标准，高应变法对锤重的要求，低应变法中传感器
的安装，声波透射法中对测点间距的要求等等。
异常数据的处理
当测试数据因外界环境干扰、人员操作失误或仪器设备故障影响发生异常时，
应及时查明原因并加以排除，组织重新检测。如低应变法检测时，邻近大型
机器运转所产生的低频振动使测试信号出现畸变；声波透射法检测时，因人
员操作失误，使声波发射和接收换能器不能同步，造成声时或声速变得异常；
钻芯法检测时，因钻孔偏斜，不能钻到桩底等等情况。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
验证检测
针对检测中出现的缺乏依据、无法或难以定论的情况进行同类或不同类方法
检验，保证检测结果准确可靠。
扩大检测
针对初次抽检中发现的基桩承载力不能满足设计要求或完整性检测中Ⅲ、Ⅳ
类桩比例较大时所进行的同类方法的再次抽样检测。
3.2.5 检测结果评价和检测报告
基桩检测结果评价包括承载力和完整性两个相对独立的评价内容。
桩身完整性检测
对于桩身完整性检测，规范给出了完整性类别的划分标准，如下表：
第三章
第一部分
基桩质量检测基本规定
基本知识
3. 2 检测程序和相关技术内容
桩身完整性类别
Ⅰ类桩
Ⅱ类桩
Ⅲ类桩
Ⅳ类桩
分
类
原
则
桩身完整
桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥
桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响
桩身存在严重缺陷
过去，对划分依据有的是根据测试信号反映的桩的缺陷程度和整桩平均波速，
有的是根据波速推断的混凝土强度，统一的划分标准有利于完整性检测结果
客观的判定。在进行结果分析时，也要考虑桩的设计条件、承载性状及施工
等多方面因素，不能只机械地按测试信号进行评判。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
完整性检测结果与承载力分析
基桩整体施工质量可由桩身完整性普测发现，如果不能提供完整性检测结果
估计对桩基承载力的影响程度，进而分析是否危及上部结构安全，那么在很
大程度就减少了桩身完整性检测的实际意义。但由于这种估计对测试技术和
人员的要求非常高，将是桩基完整性检测今后主要发展的一个方向，毕竟我
们关心的实质问题还是桩的承载力问题。
承载力检测
对于单桩承载力检测结果的评价，规范强调了以承载力特征值是否满足设计
要求作为结论。承载力特征值是根据一个单位工程内同条件下的单桩承载力
检测值统计、考虑一定的安全储备而得到的数值结果，不是严格建立在概率
统计学基础上的统计结果。因此，特征值满足设计要求并不意味着所有基桩
的承载力均满足设计要求。
第三章
基桩质量检测基本规定
第一部分
识
基本知
3. 2 检测程序和相关技术内容
检测结果评价原则
完整性检测与承载力检测相互配合，多种检测方法相互验证与补充，
在充分考虑受检桩数量和代表性基础上，结合设计条件（基础与上部结构形
式、地质条件、桩的承载性状和沉降控制要求）与施工质量可靠性，作出检
测结论。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.1 概述
4.1.1 静载试验目的
为设计提供依据
在工程桩正式施工前，在地质条件具有代表性的区域，先施工几根桩，进行
静载试验，以确定设计参数的合理性和施工工艺的可行性。
为工程验收提供依据
目前，绝大多数静载试验是为工程验收提供依据，可按设计要求确定最大加
荷量，不进行破坏试验，一般要求最大加荷量为单桩承载力特征值的2.0倍。
验证检测
对其他检测方法（钻芯法、声波透射法）发现桩身存在质量问题，或对高应
变承载力试验结果有疑问，需要采用静载试验进行验证检测，判定桩的竖向
抗压承载力是否满足设计要求。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.1 概述
4.1.2 试验方法
维持荷载法
慢速维持荷载法
快速维持荷载法
4.1.3 桩侧和桩端阻力测试
在大型、重点工程指导设计和进行科研试验时，在桩身埋设有应力、应变、
桩底反力的传感器或位移杆，可以测定桩周土的分层侧阻力和桩端土阻力或
桩身截面的位移量。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.2 桩的极限状态和破坏模式
4.2.1 桩的极限状态
桩的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。
承载能力极限状态对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继
续承载的变形。
正常使用极限状态对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到
耐久性要求的某项限值。
桩基承载能力极限状态
桩基承载能力极限状态由下述三种状态之一确定：
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.2 桩的极限状态和破坏模式
1. 桩基达到最大承载力，超出该最大承载力
即发生破坏，其荷载－沉降曲线大体表现为
陡降型（A）和缓变型（B）两类。
Q-s曲线是破坏模式与破坏特征的宏观反应，
属于“急进破坏型”，缓变型属“渐进破坏
性”。前者破坏特征点明显，一旦荷载超过
极限承载力（图中Qu对应的前一级荷载），
沉降急剧增大，发生破坏。后者破坏特征点不明显，通过多种分析方法判定
极限承载力，且判定的极限承载力并非真正的最大承载力，大直径桩、群桩
基础渐进破坏特征明显。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
4.2 桩的极限状态和破坏模式
2. 桩基出现不适于继续承载的变形。
对于渐进性破坏，判定其极限承载力比较困
难，可以按照建（构）筑物所能承受的桩顶
最大变形Su确定极限承载力。如图所示，对
Su的荷载即为极限承载力Qu，承载能力极限
状态由变形控制。
3. 桩基发生整体失稳。
位于岸边、浅埋桩基、存在软弱下卧层桩基，
有发生整体失稳的可能性。
第二部分
验
桩的静载试
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.2 桩的极限状态和破坏模式
桩基正常使用极限状态
桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。
具体指：
桩基的变形
桩身和承台的耐久性
单桩竖向抗压极限承载力
单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出现不适于继续承载变形时所对应
的最大荷载。取决于土对桩的支承阻力和桩身结构强度。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.2 桩的极限状态和破坏模式
4.2.2 破坏模式
静载试验桩的破坏模式包括桩身结构强度破坏和地基土的强度破坏。
桩身结构强度破坏：桩身缩径、离析、松散、夹泥，混凝土强度低等都会造
成桩身强度破坏；灌注桩桩底沉渣太厚，预制桩接头脱节等会导致承载力偏
低。桩身结构强度破坏的Q-s曲线为“陡降型”。
地基土强度破坏：土对桩的抗力分为桩侧阻力和桩端阻力。对于摩擦桩型，
地基土破坏特征明显，Q-s曲线呈“陡降型”；对于端承型桩，一般Q-s曲线
呈“缓变型”，地基土破坏特征不是很明显。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.3 仪器设备
静载设备主要由主梁、次梁、锚桩或压重等反力装置，千斤顶、油泵加载装
置，压力表、压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置，百分表或位移传感
器等位移测量装置组成。
4.3.1 反力装置
静载试验加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反
力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置、岩锚反力装置、静力压桩
机等。加载反力装置能提供不小于最大加载量的1.2倍。
锚桩横梁反力装置
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.3 仪器设备
锚桩横梁反力装置是大直径灌注桩静载试验最常用的加载反力系统，由试桩、
锚桩、主梁、次梁、拉杆、锚笼、千斤顶组成。具体锚桩数量需要通过验算
各锚桩的抗拔力确定。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.3 仪器设备
压重平台反力装置（堆载法）由重物、工字钢（次梁）、主梁、千斤顶等组
成。堆载物可以采用砂包、钢筋混凝土构件、钢（铁）块等。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.3 仪器设备
地锚反力装置适用于较小桩的试验加载，由地锚、立柱、拉杆、千斤顶等组
成。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.3 仪器设备
4.3.2 荷载测量
静载试验均采用千斤顶与油泵相连的形式，由千斤顶施加荷载。荷载测量采
用两种方式：
通过放置在千斤顶上的荷重传感器直接测量
通过并联与千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲
线换算荷载。
4.3.3 沉降测量
沉降测量采用位移传感器或大量程百分表，在桩周设置基准梁和基准桩，测
量试桩沉降。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.4 检测技术
4.4.1 维持荷载法
我国静载试验传统做法是采用慢速维持荷载法，在工程桩验收检测中，也允
许采用快速维持荷载法，其每一级荷载维持时间为1h。
试验加荷方式
加载分级进行，逐级等量加载，分级荷载一般为预估极限承载力的1／10。
卸载也应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。
慢速维持荷载法试验
每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔
30min测读一次。
试桩沉降相对稳定标准：每级荷载作用下，桩顶沉降量连续两次在每小时内
不超过0.1mm。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.4 检测技术
桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。
卸载时，每级荷载维持1h，按15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下
一级荷载；卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间3h，测读时间为
第15、30min，以后每隔30min测读一次。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.5 检测数据分析
确定单桩竖向抗压承载力时，应绘制竖向荷载-沉降(Q-s)、沉降-时间对数
(s-lgt)曲线，必要时还应绘制s-lgQ、lgs-lgQ等其他辅助分析所需的曲线，
通过综合分析确定。
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.6 静载试验中的若干问题
4.6.1 静载试验本身对基桩承载力的影响
经过静载试验后，桩的承载力提高了，如桩底有沉渣，静载试验将沉渣压实，
桩端阻力能正常发挥；预制桩沉桩时因挤土效应而使桩上浮，静载试验消除
了上浮现象等。
经过静载试验后，桩的承载力明显降低了，原本承载力略低于设计要求，静
载试验最后几级加载发生桩身破坏或持力层夹层破坏。
4.6.2 主梁压实千斤顶
压重平台反力装置，试验前压重全部由支承墩承受，若承力不足，支承墩可
能产生较大下沉，造成试验前主梁即以压实千斤顶，桩以承受了荷载。
4.6.3 边堆载边试验
为避免主梁压实千斤顶，或避免支承墩下地基土可能破坏而导致安全事故等，
采用边堆载边试验，实际操作中应注意：试验过程中继续吊装的荷载一
第四章
单桩竖向抗压静载试验
第二部分
验
桩的静载试
4.5 静载试验中的若干问题
部分由支承墩承担，一部分由受检桩承担，桩顶实际荷载可能大于本级要求
的维持荷载值。
4.6.4 最大试验荷载的确定
应注意两个问题：一是注意重视“临界状态”的判断；二是最大试验荷载的
维持时间。
4.6.5 偏心问题
试验过程中应观察和分析偏心状态，尽可能消除偏心加载对测试结果的影响。
4.6.6安全问题
在静载试验过程中，仪器设备、人员的安全必须高度重视，并在试验前制定
预案。
第五章
单桩竖向抗拔静载试验
5.1 概述
基础承受上拔力的建（构）筑物主要有：
高压送电线路塔、电视塔等高耸建筑；
承受浮托力为主的地下工程和人防工程；
膨胀土地基上的建筑物；
海上石油钻井平台；
悬索桥和斜拉桥中所用的锚桩基础。
国内外抗拔试验常用的是慢速维持荷载法。
第二部分
验
桩的静载试
第五章 单桩竖向抗拔静载试验
第二部分
验
桩的静载试
5.2 破坏模式
在上拔荷载作用下，桩身首先将荷载以摩阻力形式传递到土中，其规律与承
受竖向下压荷载一样，只不过方向相反。
当桩端位移量超过某一数值（通常6-10mm）时，就可以认为整个桩身的土层
抗拔阻力达到极限，其后抗拔力就会下降。
影响单桩竖向抗拔力的因素主要有：
桩周土体的影响
桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖
向抗拔承载力产生一定影响。
桩自身因素的影响
桩侧表面的粗糙程度越大，桩的抗拔承载力越大。
另外，还有施工因素及休止时间的影响。
第五章
单桩竖向抗拔静载试验
第二部分
验
桩的静载试
5.3 仪器设备
单桩竖向抗拔静载试验设备主要由主梁、次梁、反力桩或反力支承墩等反力
装置，千斤顶、油泵加载装置，压力表、压力传感器或荷重传感器等荷载测
量装置，百分表或位移传感器等位移测量装置组成。
第五章
单桩竖向抗拔静载试验
第二部分
验
桩的静载试
5.4 检测数据分析
确定单桩竖向抗拔极限承载力时，应绘制上拔荷载U与桩顶上拔量δ 之间的关
系曲线和、桩顶上拔量沉降δ与时间对数之间的曲线(δ-lgt曲线）。
当上述两种曲线难以判别时，可辅以δ-lgU曲线lgU-lgδ曲线，以确定拐点位
置。
第六章
单桩水平静载试验
第二部分
验
桩的静载试
6.1 概述
桩受水平荷载有多种形式，如风力、制动力、地震力、船舶撞击力及波浪力
等等，一般我们常见的治理滑坡的抗滑桩、基坑支护的护坡桩等均是水平受
力的桩基。
水平承载桩的工作性能主要体现在桩与土的相互作用上，利用桩周土的抗力
承担水平荷载。
水平静载试验一般按照设计要求的水平位移允许值控制加载，为设计提供依
据的试验桩可以加载到桩顶出现较大的水平位移或桩身结构破坏。
第六章
单桩水平静载试验
第二部分
验
桩的静载试
6.2 仪器设备
单桩水平静载试验设备主要由反力桩或反力结构物等反力装置，千斤顶、油
泵加载装置、球铰、垫块，压力表、压力传感器或荷重传感器等荷载测量装
置，百分表或位移传感器等位移测量装置组成。
第六章
单桩水平静载试验
第二部分
验
桩的静载试
6.3 检测数据分析
单桩水平静载试验宜根据工程桩实际受力特性，选用单向多循环加载法或与
单桩竖向抗压静载试验相同的慢速维持荷载法。
采用单向多循环加载法，应绘制水平力－时间－力作用点位移（H-t-Y0）关
系曲线和水平力－位移梯度（H-△ Y0/△ H）关系曲线。
采用慢速维持荷载法，应绘制水平力－时间－力作用点位移（H-t-Y0）关系
曲线、水平力－位移梯度（H-△ Y0/△ H）关系曲线、力作用点位移－时间对
数（Y0－lgt）关系曲线和水平力－力作用点位移双对数（lgH-lgY0）关系曲
线。
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.1 动力测桩技术回顾
动力打桩公式在打入预制桩施工中的应用已有近百年的历史，动力试桩技术
的发展始于动力打桩公式，依据牛顿刚体碰撞理论、能量和动量守恒原理；
1931年，人们开始意识到打桩问题是波的传播问题。
1960年，美国Smith提出了桩锤-桩-土系统的集中质量法差分求解模型，提
供了一套较为完整的桩-锤-土系统打桩波动问题的处理方法，建立了目前高
应变动力检测数值方法的雏形，为应力波理论的在桩基工程中的应用奠定了
基础。
20世纪80年代，以波动方程为基础的高应变法进入了快速发展期，形成了实
用的高应变现场测试和室内波动方程分析方法。
我国的桩动力检测理论研究与实践始于20世纪70年代，其一是具有我国特色
的方法，如动力参数法、锤击贯入试桩法、水电效应法、机械阻抗法、共振
法等等，其二是对国外的高应变动测技术进行尝试，通过引进瑞典、美国的
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.1 动力测桩技术回顾
打桩分析仪PDA和波形拟合分析软件CAPWAP，开展了高应变法可靠性、适用
性研究，动测设备的软硬件研制取得了长足进展，获得了大量的动静对比资
料，获得了灌注桩承载力检测的经验。
随着检测技术的推广应用，20世纪90年代中期，建工行业标准-低应变动力
检测规程和高应变动力检测规程相继颁布，地方标准也陆续出台，基桩动测
技术发展进入相对成熟期。
动测技术是一项多学科的综合技术，涉及波动理论、振动理论、动态力学测
试、信号处理、电子及计算机和桩基、岩土工程等方面的多学科知识。对从
事桩基检测工作的人员提出比较高的技术要求，需要通过不断的学习、实践
摸索，总结经验，才能推动动测技术的发展。
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.2 高应变和低应变的划分
按位移大小划分
高应变动力试桩利用几十甚至几百千牛的重锤冲击桩顶，使桩产生的动位移
接近常规静载试验的沉降量级，以充分击发桩侧、桩端岩土阻力，桩周土产
生塑性变形，产生永久沉降。
低应变动力试桩采用几牛至几百牛重的手锤、力棒锤击桩顶，桩-土系统处于
弹性范围，桩顶位移比高应变低2-3个量级。
按桩身应变量级划分
高应变桩身应变量级通常在0.1‰ -1.0‰范围内，低应变桩身应变量一般小于
0.01‰ 。
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.3 动测法在分部分项工程验收中的作用
按照《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001），地基与基础工
程属于单位工程的分部工程，桩基工程属于子分部工程。
在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）中，桩的质量
验收标准分为主控项目和一般项目，桩的承载力和完整性均列为主控项目。
在《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）中，对于承载力检测和完整
性检测没有要求作出是否合格的结论，承载力检测只给出是否满足设计要求
的结论，桩身完整性检测，只进行分类描述。
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.4 低应变动测法应用
低应变动力检测目前基本上以低应变反射波法检测桩身完整性为主，适用于
检测混凝土桩身的完整性，判定桩身缺陷的程度和位置。
在规范中，桩身完整性定义为：反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实
性和连续性的综合定性指标；桩身缺陷定义为：使桩身完整性恶化，在一定
程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、夹泥（杂物）、
空洞、蜂窝、松散等现象的统称。
需要注意的是，桩身完整性判定不是严格的定量指标，而是一个定性的分类
描述，统一划分为四类，具体内容见第三章。
桩身缺陷有三个指标，位置、缺陷类型（性质）和程度。缺陷程度对桩身完
整性检测是首先必须明确的。不论缺陷类型如何，在低应变测试信号中，主
要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质较难区分。因此，对于缺陷类型的
判定，必须结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射法等其他
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.4 低应变动测法应用
手段。
对于灌注桩扩径而表现出的阻抗变大，应在分析判定时说明，扩径对承载力
有利，不应作为缺陷考虑。
第七章
概述
第三部分
术
桩基低应变检测技
7.5 低应变动测法的局限性
低应变动测法通过测试桩身阻抗的变化来反映桩身完整性情况，既不能判断
缺陷的具体类型，也无法对桩身缺陷程度作定量判定，这就是目前动测方法
的技术水平，也是今后在不断实践中，需要研究解决主要问题。
低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型，一维理论要求应力波在桩身中
传播符合平截面假定，所以对薄壁钢管桩和H型钢桩的异型桩，低应变法不适
用。
受桩型、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料阻尼等因素的影响，
桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变化幅度较大将引起应力波
多次反射，往往测不到桩底反射或正确判断桩底反射位置，从而无法评价整
根桩的完整性。此外，检测结果分析判定的准确性与操作人员的技术水平和
实践经验有很大关系。对该方法寄予过高的期望是不适宜的，在规范中，没
有规定检测桩的有效长度、推定混凝土强度等级和区分缺陷类型。
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.1 一维波动方程
8.1.1 桩的简化和假定
视桩为一维的弹性直杆
假定桩基为均质材料构成，其物理参数如弹性模量E、质量密度ρ为常数，且
横截面在受力时保持平衡。
8.1.2 一维波动方程
考虑一材质均匀、截面恒定的弹性杆，长度L，截面积A，弹性模量E，质量
密度ρ。取杆轴为x轴，假定杆变形时平截面假定成立，受轴向力F作用，沿
杆轴向产生位移u，质点运动速度 V u 和应变 ε u ，根据虎克定律，应
t
x
力与应变之比等于弹性模量E，可以得出：
u σ F ，两边对x微分，得 AE 2 u F
x E AE
x2 x
第八章
第三部分
术
基本原理
桩基低应变检测技
8.1 一维波动方程
利用牛顿定律，考虑该单元的不平衡力（惯性力）列出平衡方程
F dx ρAdx 2 u
x
t2
2 u ( E ) 2 u
t2 ρ x 2
播速度，得到一维波动方程：
合并两式，得
E
，定义 c ρ
2 u c2 2 u 0
t2
x 2
为应力波在杆中的纵向传
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.2 应力波传播规律
当桩顶受到一个冲击力f(t)时，激起纵向弹性应力波，在桩身内产生纵向应
力波并沿桩身传播，该应力波具有波的特性，遵循波的传播规律。
当应力波沿杆件轴线垂直于界面从一种介质进入另一种介质或同一介质的不
同阻抗界面（界面波阻抗Z＝ρcA，其中ρ为材料质量密度，c为弹性应力波波
速，A为界面的截面积）时，应力波将在两种介质的分界面（或不同阻抗的分
界面）上产生反射、透射和折射，桩头部分声场复杂，如果激振力只引起单
一的压缩振动，可将其简化为半球面波，远离桩头后可近似为平面波，将产
生折射，应力波由桩身折射扩散到桩周地层，产生能量的折射损失，使入射
应力波发生能量衰减，经试验证实，折射损失主要在桩头附近发生。
此外，在桩身中传播的应力波随桩身介质的致密性及其连续性的差异，其高
频成分会不同程度的衰减损失。
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.3 应力波在不同阻抗界面处的反射和透射
8.3.1 反射和透射的概念
桩身内出现缺陷的部位和桩底均存在波阻抗界面（ρ1c1A1≠ ρ2c2A2 ），将会在
界面处产生应力波的反射和透射。
按平面波考虑，应力波垂直入射时，两种反射系数的表达式分别为：
振速反射系数 R ρ1c1A1 ρ2c2A2 声压反射系数
v ρ1c1A1 ρ2c2A2
R p ρ2c2A2 -ρ1c1A1
ρ1c1A1 ρ2c2A2
它们表明的是同一个物理现象，当ρ1c1A1>ρ2c2A2时 ，反射波与入射波的初始
相位同相， 而当ρ1c1A1<ρ2c2A2时 ，则反相。用振速反射系数判断反射波的相
位要直接一些，而声压反射系数判断应力波作用下产生的应力状况是拉应力
还是压应力，在概念上是很清楚的。
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.3 应力波在不同阻抗界面处的反射和透射
8.3.2 反射和透射能量关系
应力波在桩身中发生反射时，自反射界面向桩身下传播的能量要损失一部分，
损失的多少取决于ρ1c1A1和 ρ2c2A2的差值，两种介质的波阻抗相差越大反射能
量就越大，透射能量越小；而两种介质的波阻抗相差越小，透射能量就越大，
反射能量减小。
透过波阻抗界面继续传播的透射波由应力波的透过系数决定，透过系数
2ρ2c2A2
T
ρ1c1A1ρ2c2A2
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.3 应力波在不同阻抗界面处的反射和透射
透射波继续沿桩身向下传播，可对第二个缺陷或桩底作出反应。 经过模型桩
试验，缺陷反射波能量的大小或者直观地说反射波波幅的大小与缺陷的严重
程度有关，同时也反映了桩身内缺陷反射和桩底反射在应力波能量上的分配
关系，这些研究可以为我们进一步研究缺陷的半定量和定量分析提供解决思
路和启发，推动低应变动测技术的发展。
第八章
第三部分
术
基本原理
桩基低应变检测技
8.4 应力波传播规律在桩基检测中的应用
8.4.1 应力波在不同阻抗界面处的反射和透射
桩身阻抗变化与桩身截面尺寸、质量密度、波速、弹性模量等因素或某一因
素变化有关，假设两种不同阻抗材料，应力波从波阻抗Z1的介质入射到阻抗
Z2的介质时，在界面上将产生反射波和透射波。
应力波传播示意图
第八章
第三部分
术
基本原理
桩基低应变检测技
8.4 应力波传播规律在桩基检测中的应用
8.4.2 不同阻抗界面处的反射波与桩身缺陷
桩身阻抗变化与桩身截面尺寸、质量密度、波速、弹性模量等因素或某一因
素变化有关，假设两种不同阻抗材料，应力波从波阻抗Z1的介质入射到阻抗
Z2的介质时，在界面上将产生反射波和透射波。
根据声压反射系数 R ρ2c2A2 -ρ1c1A1
p
ρ1c1A1 ρ2c2A2
令 ρ2c2A2 ，则反射系数 R -1
p 1
ρ 1c 1A 1
2ρ2c2A2
ρ1c1A1 ρ2c2A2
和透射系数 T
，透射系数
T 2
1
通过分析，我们可以得出以下结论：
1.透射系数T始终大于零，所以透射波与入射波同相位。
2.β＝1，Z1=Z2，反射系数Rp=0，透射系数T＝1，入射波不受任何障碍沿
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.4 应力波传播规律在桩基检测中的应用
桩身传播。
3.β>1，Z1<Z2，应力波从小阻抗介质传入大阻抗介质，相当于应力波从软
材料向硬材料传播（截面不变）或应力波由小截面向大截面传播（材料性质
不变），类似于桩身扩径处或嵌岩桩桩底反射的情况。
因反射系数Rp>0，反射波与入射波反相位。
4.β<1，Z1>Z2，应力波从大阻抗介质传入小阻抗介质，相当于应力波从硬
材料向软材料传播（截面不变）或应力波由大截面向小截面传播（材料性质
不变），类似于桩身断桩、混凝土离析、缩径、夹泥（空洞）、裂缝或摩擦
桩桩底反射的情况。
因反射系数Rp<0，反射波与入射波同相位。
第八章
基本原理
8.4 应力波传播规律在桩基检测中的应用
β＝1，Z1=Z2，反射系数Rp=0，桩身完整
β>1，Z1<Z2，应力波由小截面向大截面传播，反射系数Rp>0，反射波与入射波反相位
β<1，Z1>Z2，应力波由大截面向小截面传播，反射系数Rp<0，反射波与入射波同相位
第三部分
术
桩基低应变检测技
第八章
基本原理
第三部分
术
桩基低应变检测技
8.5 频域分析
桩基检测所获得的加速度或速度信号均是时域信号，从波动理论来看，频率
是结构动态特性的一个很重要的
指标，利用快速傅里叶变换和现
代计算机技术，我们可以将时域
信号变换到频率域进行分析，如
信号的频率分析、幅值分析、相
位分析以及能量分析等等，实际
上，时域信号是由许多具有不同
频率（周期或波长）、相位、幅
值的谐波组成。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
低应变检测仪器设备包括激振设备、接收传感器、一体化动测仪（包括信号
放大、采集设备，信号存储与处理和显示设备）等几部分组成。
9.1.1 激振设备
低应变激振设备分为瞬态和稳态两种，现场测试一般使用瞬态激振设备。
瞬态激振设备
检测中最常用的瞬态激振设备是手锤和力棒，锤体质量一般为几百克至几十
千克不等。
激振锤（棒）的质量与桩径相比很小，按两弹性杆碰撞理论，在对桩锤击时
更接近刚壁碰撞条件，施加于桩顶的力脉冲持续时间主要受锤重、锤头材料
软硬程度或锤垫材料软硬程度及其厚度的影响。
锤越重，锤头或锤垫材料越软，力脉冲作用时间越长，反之则越短。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
锤头材料根据软硬程度依次为：钢、铝、尼龙、硬塑料、聚四氟乙烯、硬橡
胶等；锤垫一般用1-2mm厚薄层加筋或不加筋橡胶带，试验时根据脉冲宽度增
减，比较灵活。调整脉冲宽度即可以通过更换软硬不同的锤头来实现，也可
通过调整锤垫的厚度来实现。
稳态激振设备
稳态激振设备主要由电磁式激振器、信号发生器、功率放大器和悬挂装置等
组成。激振器出力在5-1500Hz频率范围内恒定，常用的电磁激振器出力在
100N或200N。
与瞬态激振相比，稳态激振的突出优点是测试精度高，其每条谱线上的力值
是不变的，而瞬态激振力的离散谱上，每条谱线上的力值随频率增加而减小。
恒力幅稳态激振的缺点是频率范围较窄，设备笨重，现场测试效率低。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
9.1.2 传感器
低应变动测传感器一般有速度传感器和加速度传感器，动测桩普遍采用高灵
敏度剪切型压电加速度传感器，其压电晶体刚度非常高，制成的传感器固有
频率少则几十千赫，高则上百千赫。压电加速度传感器具有体积小、重量轻、
结构坚固、频带宽、稳定性好、适用范围大等优点。
动测传感器的冲击响应特性
瞬态激振是低应变检测的主要方式，瞬态冲击对桩基检测系统提出了较高的
要求。衡量加速度传感器的两个重要指标：灵敏度和频响范围，固有频率越
高，频响范围越宽，灵敏度就越低。
冲击信号的一般特点
桩受冲击荷载作用产生的冲击力和加速度大小与冲击荷载强度（撞击初速度、
锤重）、桩垫（锤垫）的软硬薄厚、桩的抵抗能力（广义阻抗）等有
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
关。激励与响应的量值变化范围很大，其中加速度最大值出现在速度波形的
陡升沿段。低应变检测的冲击力范围由几千牛至几百千牛不等，加速度范围
由零点几个g到几十个g，激励脉冲的频宽直接影响响应信号的频宽，低应变
冲击力波形一般为钟形脉冲（又称正矢或高斯脉冲）。
第九章
仪器设备及现场检测技术
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桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
加速度测量系统的有限低频和高频响应
测量系统的有限低频响应可引起波形畸变，为保证冲击响应波形测量不失真，
对于持续时间1ms的脉冲，低频响应限应小于10Hz，而对于10ms的脉冲，低
频响应限不应高于2Hz。压电加速度传感器理论上低频响应可以低至零，其测
量系统一般不会因低频响应下限不足而引起冲击测试波形的畸变。
动测桩系统有限高频响应不足引起波形畸变不容忽视，通过提高传感器的固
有频率或减少固有周期，适当提高阻尼比，可以提高冲击响应测量的准确度。
压电加速度传感器由于阻尼比很小，一般采用提高固有频率的方式提高冲击
测量准确度。
传感器的安装谐振频率
传感器的安装谐振频率是真正控制测试系统频率特性的关键，对传感器的在
桩头处安装提出了严格要求。
第九章
仪器设备及现场检测技术
9.1 仪器设备
如图所示，加速度传感器在六种不同
安装条件下的幅频特性曲线，安装谐
振频率由高到低对应的安装条件分别
为：
1.传感器与被测物体用螺栓直接连接（
刚性连接）；
2.传感器与被测物体用薄层胶、石蜡
等直接连接；
第三部分
术
桩基低应变检测技
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
3.传感器用螺栓安装在垫座上；
4.传感器吸附在磁性垫座上；
5.传感器吸附在厚磁性垫座上，垫座用钉子与被测物体悬浮固定；
6.传感器通过触针与被测物体接触。
显然，瞬态低应变测试时，采用具有一定粘结强度的薄层粘贴方式安装加速
度传感器基本能够获得较好的幅频曲线。
现场测试时，采用触针式安装加速度传感器是绝对禁止的，通常都采用薄层
胶（黄油）、石蜡直接粘贴的方式安装传感器，但因其质量和与被测物体接
触面过大，往往不可能获得较高的安装谐振频率。
低应变测试采用薄层粘贴方法安装传感器时，粘结层越薄越好。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
9.1.3 一体化动测仪
经过十几年的发展，低应变动测仪从“组合型”（独立的放大滤波器、采集
器、记录指示器等电子仪器通过电缆线连接而成，设备笨重，体积庞大）、
“分离式”（放大滤波器、采集器集成一体，以笔记本计算机作主控）发展
到目前的“一体化”动测仪（由小尺寸、低功耗、高可靠性的工业级微机主
板和液晶屏，与内置显卡、外存、外部接口、采集模块、放大滤波模块、交
直流电源等构成动测仪硬件部分，使用操作和分析功能全部由内嵌的软件完
成）。
模拟信号数字化
模拟信号数字化由采集模块完成，传感器初始采集的电压信号为模拟量，不
能被计算机识别，必须经过模拟／数字转换（A/D转换，简称模／数转换）变
成计算机可以识别的二进制数。A/D转换器有两个重要指标：一是采样频率；
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
二是转换精度。目前国内外桩基动测仪普遍采用高速A/D转换器，单通道采
样频率不小于20kHz。A/D转换精度用二进制转换位数来衡量，目前均不低于
12位，甚至有16位再加8位浮点放大，达到24位的。
在实际工程桩动测时，对动测信号动态范围起控制作用的并非A/D转换精度，
二是信噪比（S/N）。如果噪声电平有效值超过了A/D转换器的最小分辨值，
更高的转换精度也就毫无意义了。实测中，测试系统的噪声不仅来源于仪器
内部，也要受到外部的传感器、连接电缆、周围环境电磁干扰、电应力和温
度应力等因素的影响。
模拟信号的放大滤波
传感器接收到的微弱动态信号必须经过归一放大，并对动态信号中无助于分
析的高频和低频漂移分量进行滤波处理，以得到我们需要的动态信号波形。
传感器接收的信号非常微弱，必须经过上千倍乃至几十万倍的放大，滤波的
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
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桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
作用是降低信号中的干扰成分，突出有用的部分。
低应变测试频率范围较宽，要求高频响应线性段的截止频率不低于2-3kHz，
需要注意的是，低通滤波器不可能将超过截止频率的阻带范围的高频分量完
成滤除，同时还对低于截止频率的通带范围内的有用高频分量产生衰减，所
以低通滤波器截止频率应定的高一些。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
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桩基低应变检测技
9.1 仪器设备
9.1.4 动测仪器及传感器的校准
桩基动测所采用的速度传感器、加速度传感器属于我国依法管理的工作计量
器具，但不属于依法强制检定的工作计量器具。根据产品标准《基桩动测仪》
（JG/T3055-1999）,基桩动测仪按主要技术性能和环境性能划分为三级，由
于地域的原因，国内真正有能力对基桩动测仪进行全面检定的机构比较少，
检测机构建立自较方法并经常展开自较对提高测量准确度及提高检测机构整
体技术水平非常有益。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
9.2.1 仪器设备选择
测量响应系统
低应变检测应使用压电式加速度传感器，传感器的可用上限频率在安装谐振
频率的1／5以下时，可保证较高的冲击测量精度，应尽量选用自振频率较高
的加速度传感器。
在实际测试中，对于桩顶瞬态响应测量，习惯上将加速度实测信号积分成速
度信号，并据此进行判读。
实测表明，除采用小锤硬碰硬敲击外，速度信号中的有效高频成分一般在
2000Hz以内，但不能就此认为加速度信号频响线性段达到2000Hz就够了，因
为加速度原始信号比积分后的速度波形中包含更多的和更尖的毛刺，对加速
度信号积分相当于低通滤波，滤波作用对尖峰毛刺特别明显。因此，在± 10
％幅频误差范围内，加速度传感器的幅频线性段的上限不应小于5000Hz，同
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
时也应避免在桩顶敲击处表面凸凹不平时使用硬质材料的锤（或不加锤垫）
直接敲击。
激振设备
瞬态激振设备应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉
冲或高频窄脉冲。
除大直径桩外，冲击脉冲中的有效高频分量可以选择不超过2000Hz，桩直径
小时脉冲可稍窄一些。
瞬态激振设备使用力锤或力棒均可，锤头的软硬或锤垫的厚薄和锤的质量均
能控制脉冲宽窄，通常前者起主要作用，后者（包括手锤轻敲或加力锤击）
主要是控制力脉冲幅值。
不同的测量系统的灵敏度和增益设置不同，灵敏度和增益均较低时，加速度
或速度响应弱，相对降低了测量系统的信噪比或动态范围；两者均较高时又
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
容易产生过载和削波。
锤头和锤体的质量选择以及锤头的材料选择并不限于某一种固定形式，满足
下述两点才是激振设备选择的关键：
1.控制激励脉冲的宽窄（一般称为
高频激振和低频激振）以获得清
晰的桩身阻抗变化的反射或桩底
反射，同时不产生明显的波形失
真或高频干扰。
2.可以获得较大的信号动态范围而
不超载。
第九章
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9.2 现场检测技术
9.2.2 桩头的处理
桩顶条件和桩头的处理好坏直接影响测试信号的质量。
低应变方法判断桩身阻抗相对变化的基准是桩头部位的阻抗，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一致。
灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损的部分，直至露出坚硬的混凝土表面；
桩顶表面应平整干净、无积水；应将敲击点和传感器安装点磨平。
多次锤击信号重复性差时，多是因为敲击或安装部位不平整。
9.2.3 测试参数的设定
从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅确定了桩底反射的时间，根据
△T=2L/c，只有已知桩长L才能计算波速c，或已知波速c计算桩长L。因此桩
长参数应以实际的施工桩长为依据，桩身波速可根据本地区同类型桩的测试
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
值初步设定，然后再根据现场测试的若干根桩的真实波速平均值，对初步设
定的波速进行调整。
时域信号的采样频率越高，所采集的数字信号就越接近模拟信号，越有利于
缺陷位置的准确判断。一般应在保证测得完整信号（时段2L/c+5ms，1024个
采样点）的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。需要注意
的是，如果需要兼顾频域分辨率，则应按采样定律适当降低采样频率或增加
采样点数。
9.2.4 传感器安装和激振操作
1.传感器用耦合剂粘结时，粘结层尽可能薄，必要时，可采用冲击钻打孔安
装方式，传感器底面应与桩顶面紧密接触。激振和传感器的安装均应沿桩的
轴线方向。
2.激振点与传感器安装点尽量远离钢筋笼主筋，安装在距中心2／3处。
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
2.激振点与传感器安装点尽量远离钢筋笼主筋，安装在距中心2／3处。
3.瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可以调整冲击入射波的脉冲宽度
及频率成分。检测桩身浅部缺陷易用高频激振，检测桩身深部缺陷或桩底反
射信号时采用低频激振。
锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击
力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或
第九章
仪器设备及现场检测技术
第三部分
术
桩基低应变检测技
9.2 现场检测技术
深部缺陷的识别（如右图a,b）。锤
头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉
冲较窄，含高频成分较多；冲击力大
小相同时，虽其能量较小但较适宜于
桩身浅部缺陷的识别和定位（如右图
c）。
4.桩径增大时，桩截面各部位的运动
不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变
化往往表现出明显的方向性，应增加检测点数量，通过各测点波形差异，大
致判断浅部缺陷是否存在方向性。每个检测点有效信号数量不宜少于3个，而
且应有良好的重复性，通过叠加平均提高信噪比。
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.1 通过统计确定桩身波速平均值
根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）和《铁路工程基桩无损检
测规程》（TB10218-99）的有关规定，进行检测数据的分析和判定。
10.1.1 桩身波速计算公式
为分析不同时段或频段信号所反映的桩身阻抗信息、检验桩底信号并确定桩
身缺陷位置，需要确定桩身波速及其平均值。
L-----测点下桩长；
△T---入射波波峰与桩底反射波
波峰间的时间差；
c-----桩身波速值
桩身波速计算公式： c＝2L/ △T
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.1 通过统计确定桩身波速平均值
10.1.2 桩身波速统计要求
当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同
的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩（即完整桩）的桩身波速值，按下式计算其
平均值。
n
1
cm n c
i1 i
cm是桩身波速的算术平均值，ci是第i根受检桩的桩身波速值。
规范要求，ci取值的离散性不能太大，即｜ci－cm｜／cm≤5％。
10.1.3 特殊情况下的桩身波速确定
当无法按上述方法确定时（如没有桩底反射信号），波速平均值可根据本地
区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.1 通过统计确定桩身波速平均值
种和强度等级综合确定。
虽然波速与混凝土强度二者没有明确的一一对应关系，但考虑到二者整体趋
势上呈正相关关系，对于超长桩或无法明确找出桩底反射信号的桩，可以根
据本地区经验并结合混凝土强度等级，综合确定波速平均值，或利用成桩工
艺、桩型相同、桩长相对较短并已找出桩底反射信号的桩确定波速，作为波
速平均值。
当某根桩露出地面有一定高度时，沿桩长方向间隔一段距离安置两个传感器，
通过测量两个传感器的响应时差，也可计算该段桩的波速值，以该值代表整
根桩的波速值。
第十章
检测数据分析与判定
10.2 桩身缺陷位置计算
10.2.1 桩身缺陷位置计算公式
L-----测点下桩长；
△T---入射波波峰与桩底反射
波波峰间的时间差；
△f’---频域信号曲线上缺陷相
邻谐振峰间的频差；
c-----桩身波速值。
x-----桩身缺陷至传感器安装点
的距离；
△tx---入射波波峰与缺陷反射波
波峰间的时间差。
缺陷位置计算公式：
x 1tx c
2
c
1
x
2 f '
第三部分
术
桩基低应变检测技
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.2 桩身缺陷位置计算
10.2.2 计算方法误差问题
上述计算方法确定桩身缺陷位置存在一定误差，主要是因为：
1.缺陷位置处△tx和△f’存在读数误差；采样点数不变，提高时域采样频率降低了频
域分辨率；波速确定方式方法本身的误差；用抽样所得波速平均值代替了具体某根桩
的波速所带来的计算误差。
2.横向尺寸效应和纵向尺寸效应
横向尺寸效应表现为传感器接收点测得的入射波峰总比锤击点处滞后，由于表面波或
剪切波的传播速度比纵波低得多，特别是大直径桩，从锤击点起由近及远的时间线性
滞后明显增加。入射波从缺陷或桩底以一维平面应力波反射回桩顶时，引起的桩顶面
径向各点的质点运动在同一时刻均是相同的，不存在由近及远的时间线性滞后问题。
严格地讲，按入射波波峰-桩底反射波波峰确定的波速将比实际高。可以采取用频域曲
线确定的△f（整根桩的特征频率）来计算波速。
纵向尺寸效应主要影响浅部缺陷的定位准确性上。
第十章
第三部分
术
检测数据分析与判定
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
10.3.1 桩身完整性类别
桩身完整性检测不仅低应变动测法的功能，钻芯法、高应变法和声波透射法均可检测
桩身完整性，国家规范规定了桩身完整性检测分类的划分标准，以便于对检测结果进
行统一描述，显然缺陷类别的判定是定性的。
桩身完整性类别
Ⅰ类桩
Ⅱ类桩
Ⅲ类桩
Ⅳ类桩
分
类
原
则
桩身完整
桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥
桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响
桩身存在严重缺陷
10.3.2 桩身完整性判定
应采用时域和频域波形分析相结合的方法进行桩身完整性判定，当然也可根据单独的
时域或频域波形进行完整性判定，在实际应用中，基本以时域分析为主、频域分析为
辅。
第十章
检测数据分析与判定
10.3 桩身完整性类别判定
完整桩时域频域波形特点
△T---桩底反射波周期（入射波波峰
与桩底反射波波峰间的时间差）；
△f---完整桩的特征频率（频域信号
曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差）。
在时域波形中，有桩底反射信号，反射周
期为△T，波形没有明显的阻抗变化反射，
。在频域波形中，谱峰排列规律，相邻峰
间隔即特征频率△f基本相等，且有
△f＝1／ △T。
第三部分
术
桩基低应变检测技
第十章
检测数据分析与判定
10.3 桩身完整性类别判定
缺陷桩时域频域波形特点
△T---桩底反射波周期（入射波波峰
与桩底反射波波峰间的时间差）；
△f---整桩的特征频率；
△T’---缺陷反射波周期（入射波波峰
与缺陷反射波波峰间的时间差）；
△f’---缺陷的特征频率。
在时域波形中有桩底反射，即有整桩的
△T，也有缺陷的反射并与入射波同相位
，即有缺陷的△T’。在频域波形中，有
整桩的△f，也有缺陷部分的特征频率
△f’。
第三部分
术
桩基低应变检测技
第十章
第三部分
术
检测数据分析与判定
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
10.3.3 桩身完整性判定分类
桩身完整性检测仅依据信号特征进行判定是不够的，必须结合缺陷出现的深度、测试
信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等综合分析判定。
桩身完整性判定
类
别
时域信号特征
频域信号特征
Ⅰ类桩
2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反
射波
桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差△f≈ c/2L
Ⅱ类桩
2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有
桩底反射波
桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差△f≈ c/2L；
轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差
△f’> c/2L
Ⅲ类桩
有明显的缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅲ类之间
Ⅳ类桩
2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周
期性反射波，无桩底反射波；或因桩
身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振
幅衰减振动，无桩底反射波
缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差△f’> c/2L，
无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐
振峰，无桩底谐振峰
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
10.3.4 桩身完整性判定需注意的若干问题
1.在实测中会出现桩身无缺陷或轻微缺陷但无桩底反射信号的情况，低应变法测不到
桩底反射信号受多种因素的影响，
软土地区的超长桩，长径比很大；
桩周土约束很大，应力波衰减很快；
桩身阻抗与桩底持力层阻抗匹配较好；
桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变；
预制桩接头缝隙影响等。
因此，绝对要求同一工程所有Ⅰ、Ⅱ类桩都有清晰的桩底反射不现实。对同一场地、
地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，实测信号无桩底反射时（无缺陷反射信
号），只能按照本场地同条件下有桩底反射的其他桩实测信号判定桩身完整类别。
但也需要注意，低应变动测法的这种局限性，可能会导致误判。
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
图示为人工挖孔桩的实测波形，桩长38.4m，从波形上很难判断桩身是否存在缺陷，但
现场钻芯和声波透射法均测出在28-31m范围内存在缺陷，因为缺陷部位较深，桩侧阻
力较大，信号衰减太大，低应变法已无能为力。
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
2.桩身完整性为Ⅰ类桩的信号从时域或频域曲线特征明显，判定较为简单直观，缺陷
桩信号的分析就复杂多了。
有的实测缺陷信号的是施工质量缺陷产生的，但也有因设计构造或成桩工艺本身局限
性导致的。因此，在分析测试信号时，应仔细分清缺陷波或缺陷谐振峰与桩身构造、
成桩工艺、土层影响所造成的类似缺陷信号特征。
此外，根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷本身的影响外，还受桩周土阻
尼大小及缺陷所处深度的影响。相同程度的缺陷因桩周土性质的不同或埋深不同，在
测试信号中其幅值大小也是不同的。
正确判定缺陷程度，尤其是缺陷特征很明显时，划分Ⅲ类桩还是Ⅳ类桩，应仔细对照
桩型、地质条件、施工情况并结合当地经验分析判断。除此之外，还应结合基础和上
部结构型式对桩的承载安全性要求，判断桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性，
综合分析划分缺陷类别。
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
3.桩身阻抗多变或渐变
低应变法误判的高发区中主要包含了桩身出现阻抗多变或渐变的情况。规范建议对以
下两种情况的桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行。
实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价；
桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。
实测表明,如果能测到明显的桩底或桩深部缺陷反射,则桩身上部的缺陷一般不可能属
于很明显或严重的缺陷。
当桩身存在不止一个阻抗变化界面（包括桩身某一范围阻抗渐变的情况）时，由于各
阻抗变化界面的一次和多次反射波相互叠加，除距桩顶第一阻抗变化界面的一次反射
能辨认外，其后的反射信号将变得十分复杂，难于分析判断。确实无把握且疑问桩对
基础与上部结构的安全或正常使用可能有较大影响时，应提出验证检测的建议。
4.嵌岩桩问题
对于嵌岩桩，桩底沉渣和桩端持力层是否为软弱层、溶洞等是直接关系到能否安全使
用
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
的关键因素。虽然低应变动测法不能确定桩底的情况，理论上可以将嵌岩桩桩端视为
杆件的固定端，并根据桩底反射波的方向判断桩端端承效果。
如时域曲线桩底反射信号为单一反射波
且与入射波同向，表明桩底存在沉渣
（类似于摩擦桩）或桩端嵌固效果较差，
但需注意低应变方法无法解决桩底沉渣
厚度对于桩承载力和沉降性状的影响程
度。
5.关于Ⅲ类桩的判定
过去对于Ⅲ类桩的解释，有两种观点，一是认为“不合格”桩，二是认为有缺陷，能
否继续使用有待进一步验证。根据规范的分类标准， Ⅲ类桩“桩身有明显缺陷，对
第十章
检测数据分析与判定
第三部分
术
桩基低应变检测技
10.3 桩身完整性类别判定
桩身结构承载力有影响”，被确认的Ⅲ类桩属于过去“不合格”类。
从技术能力分析，低应变法在判断桩身缺陷的严重程度方面较为有限，客观地说，有
些情况下，判断带有较大的经验成分，应结合其他可靠、适用的方法进一步验证。
桩基验收合格与否的标准不只是桩身完整性一项，验收时还可采取验证、设计复核、
直接或间接补强等多种手段。
第十一章
低应变方法的适用范围
第三部分
术
桩基低应变检测技
11.1 与波长相关的桩几何尺寸限制
低应变方法的理论基础是一维线弹性杆波动理论，一维理论要求应力
波在桩身中传播时平截面假定成立，因此受检桩的长细比以及瞬态激
励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均应大于5。
一维弹性杆纵波理论的前提是激励脉冲频谱中的有效高频谐波分量波
长λ0与被检桩的半径R之比应足够大（ λ0 ／ R ≥10 ）；但同时激
励脉冲波长与桩长相比又必须比较小，否则桩身运动近似刚体，波动
性状不明显，对准确探测桩身缺陷，特别是浅部缺陷产生不利影响。
第十一章
低应变方法的适用范围
第三部分
术
桩基低应变检测技
11.2 缺陷的定量与类型区分
低应变方法对桩身缺陷程度只能定性描述，由于桩的尺寸效应、测试系统的
幅频相频响应、高频波的弥散、滤波等造成的波形畸变，加上桩侧土阻尼、
土阻力和桩身阻尼的耦合影响，定量分析难度太大。
实际上，多数情况下，有缺陷的灌注桩低应变检测信号主要反映的是桩声阻
抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。比如，混凝土灌注桩出现缩径（截
面变化）与局部松散或低强度区、夹泥、空洞等，只凭测试信号区分缺陷类
型尚缺乏理论依据。
应当客观看待低应变方法的局限性，如指出桩身两个以上的严重缺陷及其各
自对应的深度、某一深部缺陷的准确定位，检测钢筋笼长度、桩底沉渣厚度
等等，实际上已不是低应变方法能够解决的。
第十一章
低应变方法的适用范围
第三部分
术
桩基低应变检测技
11.3 有效检测深度
由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应
力波从桩顶传播至桩底、再从桩底反射回桩顶的传播过程是一个能量和幅值逐渐衰减
的过程，如果桩过长（或长径比较大，桩土刚度比过小）或桩身截面阻抗多变或变化
幅度较大，应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完全耗散或提前反射，
均将导致测不到桩底反射信号，无法判定整根桩的完整性。规范虽未规定有效检测长
度的控制范围，但考虑各地区地质条件的差异，桩的有效检测深度主要受桩土刚度比
大小的限制，各地提出的有效检测范围变化很大，如长径比30-50，桩长30m-50m。
第十一章
低应变方法的适用范围
第三部分
术
桩基低应变检测技
11.4 用一维纵波波速推定桩身混凝土强度等级和校核桩长的问题
用一维纵波波速推定桩身混凝土强度在国内存在了较长时间，其合理性尚值得研究。
实际上，工程桩混凝土强度是否满足设计要求是依据桩身混凝土标养立方体试块或同
条件养护试块强度来评定的，也可以采用钻芯取混凝土试样进行强度试验来判定。
低应变方法通过测试得到是桩的平均纵波波速，所推定的是整个桩长范围内的平均强
度，但桩的结构强度受控于桩身局部的混凝土强度（或缺陷），即由桩身中某个薄弱
截面控制，从保证桩身混凝土抗压承载力的角度分析，用平均波速推定桩身混凝土平
均强度意义不大。
此外，一维纵波波速受尺寸效应等因素的影响，还存在测不准的问题，因此用波速推
定桩长只能是一个估算的结果。
研究表明，波速与桩身混凝土强度整体趋势上呈正相关关系，即强度高波速高，但二
者并非一一对应关系。此外，混凝土骨料品种、粒径级配、密度、水灰比、成桩工艺
等因素均影响波速，在影响混凝土波速的诸多因素中，强度对波速的影响并非首位。
第十一章
低应变方法的适用范围
第三部分
术
桩基低应变检测技
11.5 复合地基中的竖向增强体（CFG桩、搅拌桩等）的检测问题
复合地基竖向增强体分为柔性桩（砂桩、碎石桩）、半刚性桩-水泥土桩（搅拌桩、旋
喷桩、夯实水泥土桩）、刚性桩（水泥粉煤灰碎石桩CFG桩）。
CFG桩实际为素混凝土桩，常见的设计桩体混凝土抗压强度20-25MPa，采用低应变动测
法对CFG桩身完整性检验是《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）和《建筑地基基
础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）明确规定的项目。
对于水泥土桩，桩身施工质量离散性较大，水泥土强度从零点几MPa到几MPa变化范围
大，应用低应变方法的可靠性和成熟性有待进一步研究。
第十一章
低应变方法的适用范围
11.6 桩身浅部严重缺陷“盲区”的问题
由于存在纵向尺寸效应的问题，受激
励脉冲波长的影响，入射波波长与缺
陷上段长度的比值过大，此时测得的
实际上是该桩段（缺陷以上部分）整
体的质量块二阶低频振动。大振幅的
低频宽幅大摆动波形是浅部严重缺陷
桩的典型波形。
在实际检测中，浅部严重缺陷比较容
易判断，只是不能指出确切的深度位
置到底是“0.5m”还是“0.7m”而已。
第三部分
术
桩基低应变检测技
第十二章
概述
第四部分
术
桩基高应变检测技
12.1 高应变动力测桩的历史
高应变动力测桩法是国外伴随打桩工程的兴建发展起来的，一开始主要用于打入桩的
施工监测，其测试仪器被称为“打桩分析仪”。随着电子仪器和计算机技术的发展基
应力波理论在桩基工程中的应用不断得到推广，经过近三十年的发展，打桩分析仪逐
渐发展成为今天的高应变动测仪。
高应变动力测桩法基于应力波波动理论，将锤击桩的过程用一维波动方程来描述，根
据计算模式的假设和方程解法的不同分三种方法：史密斯（E.A.L,Smith）法，凯斯
（Case-Goble）法和凯普维普（Capwap）法（曲线拟合法）。目前，常用的是凯斯法
和凯普维普法。
第十二章
概述
第四部分
术
桩基高应变检测技
12.2 高应变动力测桩的应用
高应变动力测桩法要求使用大能量冲击桩顶进行激振，使桩产生至少1.5mm-2.5mm的位
移量，充分激发桩周岩土对桩的阻力。即用高能量冲击荷载考核桩土体系。一般认为，
冲击下的桩身瞬时动应变峰值与静载试验极限承载力时的静应变值大体相当。在这种
情况下，桩土体系进入充分的非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏
模式，从而相当充分低激发出桩周土对桩的全部阻力作用。因此，可以近似认为，高
应变动测法仍属于载荷试验的范畴，只是利用快速施加的动荷载代替了缓慢加载的静
荷载。
高应变动测法的主要用途：
1.检测工程桩的承载力；
2.检测桩身完整性；
3.预制桩打入过程中的桩身应力、输入能量、确定贯入度、入土深度和承载力之间的
关系，进行施工监测，为预制桩的打桩工艺和收锤标准提供依据，对打桩设备性能作
出评价。
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.1 关于桩身的基本假定
1.桩是一个时不变系统，即桩的基本特性在测试所涉及的时间内可以看作是固定不变
的。
2.桩是一个线性系统。桩在总体上是弹性的，所有的输入和输出可以简单叠加。这个
假定不妨碍我们在桩身的局部环节上采用某些办法来考虑其非弹性性状。
3.桩是一个一维杆件，即桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用平均应力应
变来描述而不研究其在桩身截面上的分布。
4.破坏发生在桩土界面，可以只把桩身取作隔离体进行波动计算，桩周土的影响都以
作用于桩侧和桩端的力来取代而参加计算。这个假定不妨碍我们采用一定的方法去考
虑部分能量向四周土体逸散。
上述假定，实质上就是在原理上，将桩土系统简化为一维的线性波动力学问题。
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
13.2.1 行波理论
当锤击桩顶时，将产生沿桩身向下传播的应力波，在桩身上可以从两个方面观察到它
的作用：
1.杆件的每个截面都将产生轴向运动，产生相应的位移u(x,t)、速度v(x,t)和加速度
a(x,t)；
2.杆件的每个截面都将受到某个轴向力F(x,t)的作用，产生相应的应力σ (x,t)和应变
ε(x,t)。
对于同一个应力波可以从受力和运动两个方面描述它的作用，从受力角度分析，应力
波有受压和受拉之分；从运动方面来说，又有产生向下运动和向上运动之分。按照桩
基动测行业的惯例，我们把桩身受压看作是正，而把桩身受拉看作是负；把向下的运
动看作是正，把向上的运动看作是负。
这样，我们可以将在桩身中运行的各种应力波划分为下行波和上行波两大类。
第十三章
第四部分
术
基本原理
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
2
2
由一维波动方程 u c2 u 0
的行波通解：
t2
x 2
经过简单代换，我们可以得到一维线性波动方程
u(x,t)=f(x-ct)+g(x+ct)，即将杆中质点的位移u视作g和f两部分组成，
其中g为上行力波，f为下行力波。在一般情况下，桩身上任一截面测得的质点运动速
度或力都是上行波与下行波叠加的结果。
应力应变和运动速度是同一个应力波在桩身
中传播的表现，两者之间必然有着内在的联
系。在初始下行波中，压应力σ(down)作用
下桩身将产生运动，其质点运动速度V(down)
取决于应力大小和材料特性：
V (down)
(down)
c
第十三章
第四部分
术
基本原理
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
我们可以推导出应力波作用下桩身内力与运动速度之间的关系：
F (down) (down) A
EA
cA
V (down) V (down)
c
显然，上式右端即为桩身阻抗，计为Z，则有：F(down)=ZV(down)。
对于上行波有： F(up)=-ZV(up)。
在桩的任何位置上量测到的总力和速度均是上行波和下行波叠加的结果：
F=F(down)+F(up)；
V=V(down)+V(up)。
经过联立求解，我们可以得出：
F(down)=(F+ZV)/2；
F(up)=(F-ZV)/2。
根据上述推导过程，如果已知桩身上某点的力F、速度V及该点的阻抗Z，我们就可以分
别求得上行力波F(up)和下行力波F(down)，高应变方法利用波动理论确定桩的承载力
和缺陷就是通过对实测的F和V即上行波F(up)和V(up)分析处理得到的。
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
13.2.2 土阻力的量测
高应变实际检测时，将加速度传感器和应变式力传感器成对对称安装在桩顶附近（一
般距桩顶1-2倍桩径位置处），桩顶实测得到的力和速度曲线包含了桩侧和桩端土阻力
的影响。
假定桩侧x处存在土阻力Rx，下行入射波在经过x界面时，
将在界面处分别产生幅值各为Rx/2的向上反射压力波和
向下传播的拉力波，即t=x/c时刻Rx被激发， Rx/2的上
行压力波影响于2x/c时刻反射回桩顶，它将使桩顶力曲
线上升Rx/2，同时使速度曲线下降Rx/2Z。
将速度曲线以力的单位归一化，即将速度乘以阻抗Z与力
曲线同时显示，这样当Rx对桩顶力和速度曲线的影响将
使两曲线的差值增加为：
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
Rx
Rx
( ) Z Rx
2
2Z
由于x是完全任意的，我们可以得出以下结论：
在桩顶力和速度时程曲线的2x/c时刻，力曲线与速度曲线之间的差值就代表了应力波
从桩顶下行至x深度的过程中所受到的所有土阻力之和，即
Rx=F(0,2x/c)-Z·V(0,2x/c)
显然，打桩过程中的土阻力是直接量测到的。
x界面以上桩段的土阻力越强，则Rx越大。
右图中，R(x1)和R(x2)分别代表锤击时所测
量到的桩顶以下x1和x2桩段的打桩土阻力。
打桩土阻力的大小与桩的竖向承载力高低密
切相关，桩承载力越高，打桩土阻力就越大，
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.2 应力波作用规律
切相关，桩承载力越高，打桩土阻力就越强。虽然土阻力是直接量测得到的，但土阻
力中包含的静阻力的具体量值是未知的，因此，通过实测力与实测速度曲线之差反映
的土阻力大小只是桩的竖向承载力高低的定性表达。
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.3 桩－土相互作用的数值解模型
13.3.1 桩模型
按照特征线差分格式的要求，将桩划分为N个单元，每个桩单元的截面积、弹性模量和
波速均可不等，以模拟桩身阻抗不规则的情况。单元的长度按照等时原则划分，即应
力波通过每个单元所需的时间相等。桩单元的侧壁摩阻力Ri作用在与其相邻桩单元的
界面处，第N+1个土阻力RN+1代表桩端阻力。
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.3 桩－土相互作用的数值解模型
13.3.2 土模型
桩的波动问题求解涉及桩－土相互作用问题，当采用波动理论数值求解时，通常假定
土的阻力分为静阻力和动阻力两个不相关项，静阻力和动阻力分别只与其相邻桩单元
的运动位移和速度有关，可用下式表示土阻力：
RT=Rs+Rd 式中： RT-总的土阻力；Rs-土的静阻力；Rd-土的动阻力。
粘-弹-塑土阻力模型
土的静阻力Rs与桩单元位移u有关，如右图，Ru为土
的极限阻力，Sq和Squ分别为加载和卸载最大弹性变
形值， Ru／Sq和 Ru／Squ分别代表加载和卸载时的
土的弹簧刚度；α为土的加工硬化系数（α>0）和
加工软化系数（α<0），α＝0表示当加载位移超过
Sq后，土阻力不再随位移增加而增加，即所谓的理
第十三章
基本原理
第四部分
术
桩基高应变检测技
13.3 桩－土相互作用的数值解模型
想弹-塑性情况。该模型是目前绝大多数数值分析软件所采用的基本模型。RL为土的残
余强度（ α<0 ）REL为重加载水平，UNL为卸载弹性限。
土的动阻力模型
最基本的土的动阻力模型定义为：土的动阻力与相邻桩单元的质点运动速度成正比。
Rd=JcZV；Jc---凯斯(Case)无量纲阻尼系数。
上式关于动阻力的表达式与高应变凯斯法承载力计算公式对动阻力的定义形式相同。
必须注意的是，一旦凯斯阻尼系数给定，土的动阻力只与桩身的运动速度有关，有时
不尽合理，在有些数值计算程序中，引入了另一种桩端阻尼形式---史密斯（Smith）
阻尼Js，其动阻力计算公式： Rd=JsZV·Rs/Ru，其与凯斯动阻力的不同之处在于前者
使动阻力的发挥产生滞后。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.1 仪器设备
14.1.1 高应变锤击设备
现场高应变锤击设备分为两大类：预制桩打桩机械和自制自由落锤。
预制桩打桩机械
打桩机械有单动或双动筒式柴油锤、导杆式柴油锤、单动或双动蒸汽锤或液压锤、振
动锤、落锤。在国内，单动筒式柴油锤、导杆式柴油锤、振动锤比较普遍。振动锤施
加的是周期振动力，不适合瞬态法的高应变检测。导杆式柴油锤宜使响应信号发生畸
变，一般也不用于高应变检测。
自制锤击设备
一般由锤体（整体或分块组装式）、脱钩装置、导向架及其底盘组成。
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）中，对锤重和锤形选择以强制性条文的形
式作了严格规定，锤击力小不能保证桩土间产生足够的位移，锤击力大又容易击碎桩
头，因此，在选择锤重上应把握“重锤轻击”的原则。
形状扁平的锤打桩时，容易造成锤击偏心，击碎桩头，应避免使用。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.1 仪器设备
规范对锤击设备有两条强制性规定：
1.所用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整、高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁
或铸钢制作。当采用自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸
造。
2.高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限承载力的1.0％-1.5％，混凝土
桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。
14.1.2 传感器
高应变动测采用工具式压电式加速度传感器和工具式应变式力传感器，用螺栓固定的
桩身上。
14.1.3 高应变动测仪
目前国内使用较多的是美国桩基动力公司的PDA打桩分析系统。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.2 现场检测技术
14.2.1 桩头加固处理
在试验前，对不能承受锤击的桩头进行加固处理，可在距桩顶1-2倍桩径范围内用35mm钢板围裹或设置箍筋。桩顶应设置钢筋网片2-3层。桩头混凝土强度等级宜比桩身
混凝土提高1-2级，且不得低于C30。
14.2.2 锤击装置安装
为减少锤击偏心和避免击碎桩头，锤
击装置应垂直，锤应平稳对中。
14.2.3 传感器安装
为减少锤击在桩顶产生的应力集中和
对锤击偏心进行补偿，应在距桩顶规
定的距离下的合适部位对称安装加速
度和力传感器各一对。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.2 现场检测技术
14.2.4 桩垫或锤垫
对于自制落锤装置，桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10-30mm厚的木板或胶合板等材
料。
14.2.5 测试参数设定
1.采样时间间隔宜为50-200μs，信号采样点数不宜少于1024点。采样时间间隔100μs，
常见的桩是合适的。对超长桩，如桩长超过60m，采样时间间隔可以放宽至200μs，也
可通过增加采样点数解决。
2.传感器的设定值应按计量检定结果设定。
3.测点处的桩截面尺寸应按实际测量确定，波速、质量密度和弹性模量应按实际情况
设定。
4.测点以下桩长和截面积可按设计文件或施工记录提供的数据设定。
5.桩身材料质量密度应按下表取值（单位：t/m3）。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.2 现场检测技术
钢桩
混凝土预制桩
离心管桩
混凝土灌注桩
7.85
2.45-2.50
2.55-2.60
2.40
6.桩身波速可结合本地经验或同场地同类型已检桩的平均波速设定，现场检测完成后
再根据实测信号确定的波速调整。
7.普通钢桩桩身波速可以设定为5120m/s，混凝土桩桩身波速3000-4500m/s，混凝土预
制桩可在沉桩前实测完整桩的桩身平均波速作为设定值。
8.设定纵波波速后，可按
E c2
计算或调整桩身材料弹性模量。
14.2.6 重锤轻击
采用自由落锤作为锤击设备时，应重锤轻击，最大锤击落距不宜大于2.5m。
14.2.7 检查采集数据质量
每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移、贯入度以及桩身最大拉、压
应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。
第十四章
仪器设备及现场检测技术
第四部分
术
桩基高应变检测技
14.2 现场检测技术
14.2.8 贯入度的合适范围
高应变承载力检测时，宜实测桩的贯入度，单击贯入度宜在2-6mm之间，这是规范给出
的建议值，比过去提出的2.5-10mm有所减少。
贯入度大小是桩尖刺入或桩端压密塑性变形量相对应，是反映桩端、桩侧土阻力是否
发挥的一个重要指标。
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.1 信号的选取
应选用锤击能量较大的锤击信号，保证有足够的锤击能量使桩周岩土阻力充分发挥。
可靠的信号是得出正确分析结果的基础，应注意传感器安装处混凝土不得开裂或出现
严重塑性变形使力曲线未归零以及严重锤击偏心、四通道测试数据不全等。
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.2 凯斯法（Case）判定单桩承载力
15.2.1 凯斯法承载力计算公式的假定
1.桩身阻抗基本恒定，即除截面不变外，桩身的材质均匀无明显缺陷；
2.动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力集中于桩端；
3.土阻力在时刻t2=t1+2L/c已充分发挥。
规范规定凯斯法只限于中、小直径且桩身材质、截面基本均匀的桩，该方法较适用于
摩擦型的中小直径预制桩和截面均匀的灌注桩。
15.2.2 凯斯法承载力计算公式
根据前面的论述，总阻力RT等于静阻力Rs和动阻力Rd 之和，即RT=Rs+Rd。
总阻力RT 包含了2L/c时段内桩身全部侧阻力和端阻力。
Rd =JcZVtoe，Jc为凯斯系数，静阻力Rs=RT-Rd，规范给出的凯斯法承载力公式：
1
1
2L
2L
Rc (1 Jc) [F (t1) Z V (t1)] (1 Jc) [F (t1 ) Z V (t1 )]
2
2
c
c
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.2 凯斯法（Case）判定单桩承载力
15.2.3 极限承载力
当单击锤击贯入度大于2.5mm时，一般可认为上述凯斯公式可给出桩的极限承载力。阻
尼系数Jc与桩端土层性质有关，可以通过静动对比试验得到，该系数具体应用的某个
地区时应结合地区特点进行调整。
由于有些静动对比试验本身可比性较差，且Jc取值的离散范围较大，《基桩高应变动
力检测规程》（JGJ106-97）就已不再推荐Jc的取值，而是要求用波形拟合法确定。
15.2.4 最大阻力修正法和卸载修正法
对于端承型桩且端阻力发挥所需位移较大时（也称为大Quake值），应采用凯斯法的最
大阻力修正法（RMX法）计算承载力。
长桩的大部分阻力来自桩侧摩阻力而使桩难于打入；或桩虽不很长，但激励能量偏小，
都会使桩上部一小段在2L/c前出现过早回弹，发生回弹段桩身摩阻力卸载，使凯斯法
低估了承载力，此时应进行卸载修正（RSU法）。
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.3 凯斯法（Case）的局限性
凯斯法及其各种子方法（RMX法、RSU法）在使用中或多或少都带有经验性，需要在承
载力的检测判定中高度重视。
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.3 实测曲线拟合法（Capwap）判定单桩承载力
15.3.1 实测曲线拟合法
实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。
其过程为：
1.假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数；
2.利用实测的速度（或力、上行波、下行波）曲线作为输入边界条件，数值求解波动
方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波曲线）；
3.若计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不合理，调整模型及
参数再次运算，直至计算曲线与实测曲线（包括贯入度的计算值和实测值）的吻合程
度良好且不易进一步改善为止
由于桩土以及它们之间的相互作用等力学行为的复杂性，实际运用时还不能对各种桩
型、成桩工艺、地质条件，都达到十分准确地求解桩的动力学和承载力问题的效果。
规范针对实测曲线拟合法判定桩承载力应用中
第十五章
检测数据分析
第四部分
术
桩基高应变检测技
15.3 实测曲线拟合法（Capwap）判定单桩承载力
15.3.2 规范关于实测曲线拟合法关键技术问题的规定
由于桩土以及它们之间的相互作用等力学行为的复杂性，实际运用时还不能对各种桩
型、成桩工艺、地质条件，都达到十分准确地求解桩的动力学和承载力问题的效果。
规范针对实测曲线拟合法判定桩承载力应用中的关键技术问题做了具体阐述和规定：
1.所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学
性状，模型参数的取值范围应能限定；
2.拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内；
3.曲线拟合时段长度在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于20ms；对于柴油锤打桩信号，
在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于30ms；
4.各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值；
5.拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基
本吻合；
6.贯入度的计算值应与实测值接近。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.1 波动与声波
16.1.1 波动
在空间某处发生的扰动，以一定的速度由近及远地传播，这种传播着的扰动称为波动。
如：水波、声波、无线电波、光波、红外线等。
16.1.2 声波
声波是在介质中传播的机械波，根据波动频率不同，声波可以分为次声波（0-2×
10Hz）、可闻声波（2× 10-2× 104Hz）、超声波（ 2× 104-2× 1010Hz ）、特超声
波（ > 1010Hz ） 。
用于桩基混凝土声波透射法所用的为超声波，主频率一般为2× 104-2.5× 105Hz。
16.1.3 弹性介质中波的产生和传播
必须具备两个条件：1.有做机械振动的波源；2.有传播机械振动的介质。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.2 波的类型与形式
16.2.1 波的类型
根据介质中质点振动方向与波的传播方向的差别可以波可以分为：
1.纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向平行，又称P波。
2.横波：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，又称S波。
3.表面波：固体介质表面质点受交替变化的表面张力作用，发生相应的纵向振动和横
向振动，质点做两种振动的合成运动，又称R波。
16.2.2 波的形式
波阵面：介质中振动相位相同的点的轨迹。
1.平面波：波阵面为平面的波。
2.球面波：波阵面为球面的波。
3.柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.3 弹性固体介质中声速的影响因素
16.3.1 声速的影响因素
固体介质中声波的波速取决于波动方程的形式和介质的弹性系数，波动方程的形式取
决于波的类型和介质的边界条件，声波在固体介质中的传播速度主要受三个方面影响：
1.波的类型：不同类型的波的传播机理不同，直接导致了传播速度的差异。
2.固体介质的性质：对于弹性介质主要取决于它的密度、弹性模量、泊松比，这是影
响波速的内在因素，介质的弹性特征越强（E或G越大，ρ 越小），则波速越高。
3.边界条件：实际上就是固体介质的横向尺寸（垂直于波的传播方向上的几何尺寸）
与波长的比值，比值越大，传播速度越快。
16.3.2 弹性固体介质中声波在不同边界条件下的波速
E---介质杨氏弹性模量；μ—介质泊松比；ρ—介质密度。
第十六章
第五部分
法
基本理论
声波透射
16.3 弹性固体介质中声速的影响因素
1.纵波波速（VP）
在无限大固体介质中传播的纵波波速
vp
E
在薄板中纵波波速
在细长杆中纵波波速
2.横波波速（VS）
G为剪切弹性模量
3.表面波波速（VR）
vp
vp
v
S
E
(1 )(1 2 )
1
2
(1 )
E
E
1
v
R
1
2(1 )
0.87 1.12 G
对于混凝土， μ=0.2-0.3，则VR ≈ 0.9VS,VP=(1.81-2.08)VR，在混凝土中有：
VP>VS> VR 。
1
G
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.3 弹性固体介质中声速的影响因素
16.3.3 低应变反射波法测试波速与声波透射法测试波速的比较
两者均采用纵波，波的类型相同，不同之处有：
1.波长和边界条件
低应变试验应力波波长量级为米，其声速v1接近于杆件波速；声波透射法波长量级为
厘米，声速v2接近于体波的波速，因此，v2明显大于v1。
2.声波频率
低应变脉冲主频在几百赫兹，声波脉冲主频高达30-50kHz。在相同介质中，高频声波
波速高与低频声波波速，存在所谓“频散”现象。
3.测距
低应变法以桩底反射信号和桩长计算波速，测距为2倍桩长；声波透射法测距比桩径略
小，明显小于桩长，声波在传播过程中有“频漂”现象，随着传递距离的增加，主频
降低，传播速度减慢，测试波速减小。例如，一批C25混凝土灌注桩，低应变反射波法
平均波速3750m/s，声波透射法平均波速4200m/s，两者相差较大。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.4 声波在固体介质中传播时的能量衰减
16.4.1 声波的衰减
声波在介质中传播过程中质点振幅随与波源距离增大而减小的现象称为衰减，这种衰
减即和介质的粘塑性、内部结构特征有关，也和波源扩散的几何特征有关。
16.4.2 声波衰减的原因
1.吸收衰减
传播中，部分机械能被介质转化为其他形式的能量而散失。
2.散射衰减
传播过程中，声波碰到其他介质组成的障碍物而向不同方向散射，从而导致声波减弱
（即声传播的定向性减弱）。
3.扩散衰减
声波传播过程中，波阵面积扩大，能流密度减弱。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.5 声波在混凝土中的传播特点
16.5.1 声波能量衰减较大
由于混凝土存在广泛的异质界面，声波散射损失十分明显，散射功率与声波频率的平
方成正比。因此，为了使声波在混凝土中传播距离增大，往往采用比金属材料探伤中
所采用的频率低得多的声波进行检测。
16.5.2 指向性差
混凝土中声波指向性差的原因：
1.使用的声波频率较低，波长较长，扩散角大。
2.混凝土内存在众多的声学界面导致出现许多反射波和折射波，彼此相互干涉和叠加，
造成较大的漫射声能。
16.5.3 声传播路径复杂
声波波线经界面反射和折射而曲折，当声波在混凝土中遇到较大缺陷时，无法直线传
播。
第十六章
基本理论
第五部分
法
声波透射
16.5 声波在混凝土中的传播特点
16.5.4 经混凝土介质特性调制后声波的构成复杂
混凝土中，在声场所及的空间内的任何一点，都存在一次声波（入射声波）和二次声
波（反射声波、折射声波和波形转换后的横波），换能器接收的信号是两次信号的叠
加。
直接穿越的一次声波所走的距离较短，首先到达接收换能器，但由于衰减作用往往波
幅较低；二次波经多次反射，所走距离较长，其中横波波速较慢，到达时间比一次波
滞后，由于相互叠加，使接收信号变大，而且使波形畸变。
声波在混凝土中的传播过程是非常复杂的，混凝土内部的缺陷、粗骨料与水泥砂浆构
成的声学界面的数量和空间分布也是随机的、多样性的，很难找到合适的力学模型去
模拟。因此，对声波在混凝土中传播机理的研究，目前只是在定性的水平。
第十七章
仪器设备
第五部分
法
声波透射
17.1 混凝土声波仪
混凝土声波检测设备主要包括声波仪和换能器两大部分，因所用声波频率属超声频段，
也可称为混凝土超声波检测。
目前国内检测机构使用较多的是数字式智能声波仪，一般由计算机、高压发射与控制、
程控放大与衰减、A/D转换与采集四大部分组成。
声波仪在使用期内应进行定期（一年）送计量检定部门进行计量检定或校准。
第十七章
仪器设备
第五部分
法
声波透射
17.2 声波换能器
换能器首先将电能转化为声波能量，向被测桩身混凝土发射声波，当声波经过混凝土
传播后，为了度量声波的各项声学参数，又将声能量转化为最容易量测的量-电量。
换能器根据能量转化的方向不同，分为发射换能器和接收换能器。
第十八章
现场检测
第五部分
法
声波透射
18.1 声测管的埋设
声测管是声波透射法测桩时，径向换能器的通道，其埋设数量决定了检测剖面的个数，
同时也决定了检测精度：声测管埋设数量多，则两两组合形成的检测剖面多，声波对
桩身混凝土的有效检测范围更大、更细致，但增加了检测工作量和成本。
声测管之间应保持平行，其埋设质量直接影响检测结果的可靠性和检测试验的成败。
对D≤800的桩，预埋两根声测管；对于桩径大于2m的桩应预埋四根声测管。
第十八章
现场检测
18.1 声测管的埋设
声测管的材料一般使用钢管、钢质波纹管、塑料管3种。
声测管内径通常比径向换能器直径大10-20mm。
声测管的连接可以采用螺纹连接和套筒连接。
第五部分
法
声波透射
第十八章
现场检测
18.2 检测步骤
现场检测分两个步骤进行，
1.平测普查；
2.对可疑点的细测（加密平测、斜测、扇形扫测）。
第五部分
法
声波透射
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
19.1 测试数据整理
19.1.1 声学参数的计算
1.波速
tci=ti-t0-t’，vi=l’/tci
tci,ti----分别为第i测点的声时和声时测量值（μs） ；
t0--------测试系统延时（μs）；
t’-------几何因素声时修正值，t’=tw+tp;
l’-------每个检测剖面相应两声测管外壁间的净距离(mm)；
vi -------第i测点声速（km/s）。
2.波幅
这里的波幅是测点的首波波幅，数字式声波仪一般用分贝（dB）表示。
3.频率
测点声波接收信号的主频。周期法或频域分析法。
声波透射
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
声波透射
19.1 测试数据整理
4.波形记录与观察
实测波形的形态能综合反映发、收换能器之间声波能量在混凝土中各种传播路径上的
总的衰减情况，应记录有代表性的混凝土质量正常的测点的波形曲线，和异常测点的
波形曲线，可作为对桩身缺陷的辅助判断。
19.1.2 绘制声参数-深度曲线
根据各测点声参数的计算值和测点标高，绘制声速-深度曲线，声幅-深度曲线、主频
－深度曲线，将三条曲线对应起来进行异常测点的判断，进行综合分析。
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
声波透射
19.2 数据分析和判断
19.2.1 声速判据
声速是分析桩身混凝土质量的一个重要参数，规范对声速的分析判断有两种方法：概
率法和声速低限值法。
1. 概率法
由于混凝土质量的随机波动不可避免，其质量波动符合正态分布，那么反映正常混
凝土质量的指标如强度（或声速）是服从正态分布的随机变量。
描述正态分布的特征量：平均值、标准差和变异系数。
判别随机变量的异常的临界值的确定原则和方法：确定随机变量临界值，也就是确定
区分随机波动与过失误差的一个判断标准，凡低于这个标准的取值就认为偏离了正态
分布规律，是异常值。临界值的确定分两种情况：单个测点临界值和相邻测点的临界
值。
规范中只给出了单测点的临界值判据。灌注桩混凝土质量的离散性显然高于上部结构
混凝土，加上声测管平行度的影响，因此，灌注桩混凝土声参数（声速）离散性较大
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
声波透射
19.2 数据分析和判断
（包括可能出现异常的高值），除非检测剖面所有测点的声速值都非常均匀，否则，采用相邻点的
临界值判据可能过严。
2.声速低限值法
概率法从本质上讲是一种相对比较法，其考察的只是某测点声速与所有测点声速平均值的偏离程度，
在使用时，没有与声速的绝对值相联系，可能会导致误判或漏判。
（1）如果一根混凝土灌注桩实测声速普遍偏低（低于混凝土声速的正常取值），但离散度小，采用
概率法是无法找到异常测点的，将导致误判。
（2）有的工程，为了抢进度，采用比桩身混凝土设计强度高1-2个等级的混凝土进行灌注，虽然桩
身混凝土声速有较大的离散性，可能出现异常测点，但即使是声速最低的测点也在混凝土声速的正
常取值范围，不应判为桩身缺陷。而用概率法判据，可能就会视其为桩身缺陷，造成误判。
鉴于上述原因，规范中增加了低限值异常判踞。一方面，当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且
离散性很小时，宜采用声速低限值判据。
采用声速低限值判据应注意：当桩身混凝土龄期未够，提前检测时，应注意低限值的合理取值。
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
声波透射
19.2 数据分析和判断
19.2.2 PSD判据（斜率法判据）
1.PSD判据的计算
Ki=（tci-tci-1）2/(zi-zi-1)
Ki为第I测点的PSD判据；
tci、tci-1分别为第i测点和第i-1测点声时；
Zi, Zi-1分别是第测点和第测点深度。
2.根据实测声时计算某一剖面各测点的PSD判据，绘制“判据值-深度”曲线，然后根
据PSD 值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，进行异常点判定。
采用PSD法突出了声时的变化，对缺陷比较敏感，同时也减小了因声测管不平行或混凝
土不均匀等非缺陷因素造成的测试误差对数据分析判断的影响。
第十九章
数据分析与结果判定
第五部分
法
声波透射
19.2 数据分析和判断
19.2.3 波幅判据
接收首波波幅是判定混凝土灌注桩桩身缺陷的另一个重要参数。
首波波幅对缺陷反映比声时更敏感，但波幅的测试值受仪器设备、测距、耦合状态等许多非缺陷因
素的影响，波幅测试值没有声速稳定。
规范采用的波幅临界值判据：波幅异常的临界值判据为同一剖面各测点波幅平均值的一半。
19.2.4 主频判据
声波接收信号主频漂移程度反映了声波在桩身混凝土中传播时的衰减程度，通过衰减程度可以体现
混凝土质量的好坏。
规范中只是把主频作为桩身缺陷的辅助判据。
19.2.5 实测声波波形
实测波形可以作为判断桩身混凝土缺陷的一个参考，在检测过程中，注意对测点实测波形的观察，
选择混凝土质量正常测点的有代表性的波形记录，对比声参数异常的测点的实测波形，重点观察其
后续波的强弱变化情况。
第二十章
概述
第六部分
测
钻芯法检
20.1 钻芯法的应用范围
1.钻芯法是一种微破损或局部破损的检测方法，具有科学、直观、实用等特点，不仅
可以检测混凝土灌注桩，也可以检测地下连续墙施工质量以及混凝土结构质量检测；
同时，钻芯法不仅可以检测混凝土质量及强度，而且可以检测沉渣厚度、混凝土与持
力层的接触情况，以及持力层的岩土性状、是否存在夹层等，这一点是目前其他检测
方法无法比拟的。
2.钻芯法借鉴了地质勘探技术，在混凝土中钻取芯样，通过芯样表观质量和芯样试件
抗压强度试验结果，综合评价混凝土的质量是否满足设计要求。
3.钻芯法检测混凝土灌注桩受桩长径比大的影响，成孔的垂直度和钻芯孔的垂直度很
难控制，钻芯孔容易偏离桩身，如果要求对全桩长进行检测，一般要求受检桩桩径不
小于800mm、长径比不大于30；有些工程为了验收的需要，对中小直径的灌注桩的上部
混凝土也进行钻芯法检测。
4.钻芯法特别适用于大直径混凝土灌注桩的成桩质量的检测。
第二十章
概述
第六部分
测
钻芯法检
20.2 钻芯法检测的主要目的
1.检测桩身混凝土质量情况，如桩身混凝土胶结状况、有无气孔、蜂窝麻面、松散或
断桩等，桩身混凝土强度是否符合设计要求，判定桩身完整性类别。
2.桩底沉渣是否满足设计或规范要求。
3.桩底持力层的岩土性状（强度）和厚度是否符合设计或规范要求。
4.测定桩长是否与施工记录桩长一致。
第二十章
概述
第六部分
测
钻芯法检
20.3 关于水泥搅拌桩等钻芯法检测
1.钻芯法检测水泥土搅拌桩，《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202-2002）
要求对高压喷射注浆地基的桩体强度或完整性进行检验、对水泥土搅拌桩、水泥粉煤
灰碎石桩（CFG桩）的桩身强度进行检查。
2.《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）要求，经触探和载荷试验后对水泥土搅
拌桩桩身质量有怀疑时，应在成桩28天后，采用钻芯法钻取芯样进行强度试验。
3.在实际检测中，有时也采用钻芯法检测深层搅拌桩等低强度的桩身质量，这些增强
体的质量不仅与施工工艺密切相关，而且也与土层性质密切相关，如深层搅拌桩在砂
层中的桩身强度可以达到10MPa，而在淤泥中则可能不到1MPa，对于上述这些类型的桩，
如何准确描述芯样、评价桩身强度是很困难的。
第二十一章
钻芯设备及技术
第六部分
测
钻芯法检
21.1 钻芯设备
21.1.1 钻机设备
钻机钻进方法分为：回转钻进、冲击钻进、螺旋钻进、振动钻进等。
使用较多的是回转钻进。灌注桩宜采用液压操纵的钻机，并配有相应的钻塔和牢固的
底座。
21.1.2 钻头
回转钻进的钻头可以分为：金刚石钻头、硬质合金钻头、牙轮钻头、钢粒钻头等。为
保证钻芯质量应采用金刚石钻头。
第二十一章
钻芯设备及技术
第六部分
测
钻芯法检
21.2 钻芯技术
21.2.1 桩身钻芯技术
桩身混凝土钻芯每回次进尺应控制在1.5m内；钻进过程中，尤其是前几米的钻进过程
中，应经常对钻机立轴垂直度进行校正；同时注意钻机塔座的稳定性，确保钻芯过程
不发生倾斜、移位。
注意区分松散混凝土和破碎混凝土芯样，松散混凝土芯样完全是施工质量不佳所致，
而破碎混凝土仍处于胶结状态，但施工造成其强度较低，钻机机械扰动使其破碎，不
完整。
21.2.2 桩底钻芯技术
钻至桩底时，应采取适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣并测定沉渣厚度。一般情况下，
钻至桩底时，为检测桩底沉渣或虚土厚度，应采用减压、慢速钻进，若钻具突降，应
立即停钻，及时测量机上余尺，准确记录孔深及有关情况。
持力层为中、微风化岩石时，可将桩底0.5m左右的混凝土芯样、0.5m左右的持力层以
及沉渣纳入同一回次。当持力层为强风化岩层或土层时，钻至桩底时，立即改用合金
钢钻头干钻反循环吸取法等适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣并测定沉渣厚度。
第二十一章
钻芯设备及技术
第六部分
测
钻芯法检
21.2 钻芯技术
21.2.3 钻孔处理
钻芯完毕，如检测结果满足要求，应对钻芯后留下的孔洞回灌封闭，以保证基桩工作性能。一般可
以采用0.5-1.0MPa压力，从钻芯孔孔底往上用水泥浆回灌封闭，水泥浆水灰比可为0.5-0.7。
钻芯孔也可作为桩身桩底高压灌浆加固补强孔。
21.2.4 检测要求
1.抽样方法和检测数量
一般来说，钻芯法检测不应简单地采用随机抽样的方法进行，应结合设计要求、施工现场成桩记录
以及其他检测方法的检测结果，经过综合分析后对质量确有怀疑或质量较差的、有代表性的桩进行
抽检。
钻芯法检测混凝土龄期不得少于28天。
抽检数量应符合以下规定：
（1）检验抽取数量不应少于总桩数的5%，且不少于5根；当总桩数不大于50根时，钻芯检验桩数不
得少于3根。
（2）对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用
钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层。抽检数量不应少于总桩数的
第二十一章
钻芯设备及技术
第六部分
测
钻芯法检
21.2 钻芯技术
10%，且不应少于10根。
2.钻孔数量及位置
钻孔数量应根据桩径D大小确定。
（1）桩径小于1.2m，每桩钻一个孔。
（2）桩径在1.2-1.6m之间时，每桩宜钻两个孔。
（3）桩径大于1.6m时，每桩宜钻三个孔。
当钻芯孔为一个时，宜在距桩中心100-150mm的位置开孔，这主要是考虑到导管附近的
混凝土质量相对较差；当钻芯孔为两个或两个以上时，宜在距桩中心（0.15-0.25）D
内均匀对称布孔。
3.钻孔孔深
桩端持力层岩土性状的准确判断直接关系到受检桩的使用安全，应对桩底持力层进行
足够深度的钻探。每桩应至少有一孔钻至设计要求的深度，如设计没有明确的要求时，
宜钻入持力层3倍桩径且不应少于3m。
第二十二章
芯样试件制作及抗压试验
第六部分
测
钻芯法检
22.1 芯样试件制作
22.1.1 混凝土芯样截取
综合多种因素考虑，规范采用了按上、中、下截取芯样试件的原则，同时对
缺陷部位和一桩多孔取样作了规定。
同时，规范也明确规定了芯样的截取要求，包括部位、数量等具体要求。
22.1.2 芯样制作
规范对芯样试件的制作也有明确要求，主要是尺寸、外观等方面的规定。
第二十二章
芯样试件制作及抗压试验
第六部分
测
钻芯法检
22.2 抗压强度试验
22.2.1 强度试验
规范规定，芯样试件制作完毕即可进行抗压强度试验，试验按照普通混凝土
力学性能试验的有关规范执行。
22.2.2 强度计算
混凝土芯样试件抗压强度应按照规范规定的公式计算。
22.2.3 岩石芯样试验
桩底岩芯单轴抗压强度试验可参照建筑地基与基础设计规范的有关规定执行。
第二十三章
数据分析与评价
第六部分
测
钻芯法检
23.1 混凝土芯样强度代表值
混凝土芯样试件的强度值不等于在施工现场取样、成型、同条件养护试块的
抗压强度，也不等于标准养护28d的试块抗压强度。
规范规定，取一组三块试件强度值的平均值为该组混凝土芯样试件抗压强度
代表值。单桩混凝土芯样试件抗压强度代表值为该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。
第二十三章
数据分析与评价
第六部分
测
钻芯法检
23.2 持力层评价
桩底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，综合判定桩底持力层岩土性状。
桩底持力层岩土性状的描述、判定应有工程地质专业人员参与，且符合岩土
工程勘察规范的有关规定。
第二十三章
数据分析与评价
第六部分
测
钻芯法检
23.3 成桩质量评价
1.应按单桩进行桩身完整性和混凝土强度评价，不应只根据几根桩的钻芯结
果对整个工程桩基础进行评价。
2.应根据桩身完整性、芯样试件混凝土抗压强度代表值以及桩底沉渣、持力
层岩土性状等内容，进行综合评价。
3.虽然根据芯样特征可对桩身完整性进行分类描述，有比其他检测方法更直
观的一面，但需要注意的是，一孔之见的代表性是较差的，必要时仍需结合
其他检测方法进行验证。