樁基檢測(cè)技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用探討
關(guān)鍵詞：基樁 檢測(cè)技術(shù) 應(yīng)用 探討
樁基為地下隱蔽工程，是結(jié)構(gòu)物的主要承重部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的使用安全性和耐久性。建筑物或構(gòu)筑物樁基一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，加固處理難度較大，經(jīng)濟(jì)損失較高，一般會(huì)造成比較嚴(yán)重的社會(huì)影響。隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的增加，樁基工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)在工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域不斷完善，檢測(cè)方法由上世紀(jì)八十年代末的聲波透射法抽檢發(fā)展到目前的靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變、低應(yīng)變、鉆孔取芯等多種檢測(cè)方法，聲波透射法檢測(cè)理論方法也得到了不斷完善，與其他檢測(cè)方法相結(jié)合，得到了日益廣泛的應(yīng)用。
1.樁基
樁基是指由設(shè)置于巖土中的樁和與樁頂連接的承臺(tái)共同組成的基礎(chǔ)或由柱與樁直接連接的單樁基礎(chǔ)。樁基按承載力分為端承樁、摩擦端承樁、摩擦樁和端承摩擦樁;按樁的使用功能分為豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平受荷樁、復(fù)合受荷樁;按樁的成型方法分為預(yù)制樁和灌注樁，預(yù)制樁還可分為打入樁與靜力壓入樁等;按樁身材料分為混凝土樁、鋼樁、木樁、粉噴樁、砂樁、碎石樁和組合材料樁等;按成樁方法分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁;按樁的外型尺寸分為長(zhǎng)樁、短樁、中長(zhǎng)樁、變截面樁;按樁的橫截面形狀又可分為實(shí)心樁和空心樁，圓形樁和方形樁、異形樁;按樁的施工方法有鋼板角鋼焊接，法蘭盤加螺栓聯(lián)結(jié)，硫磺膠泥錨固以及機(jī)械聯(lián)結(jié)等。樁基種類繁多，在檢測(cè)技術(shù)方面根據(jù)所測(cè)樁基周圍地質(zhì)情況及樁的類別，選擇適應(yīng)的檢測(cè)方法是非常重要的。
2.樁基檢測(cè)技術(shù)
目前，國(guó)內(nèi)外常用的樁基檢測(cè)方法可分為靜力測(cè)樁和動(dòng)力測(cè)樁兩大類，此外還有靜力觸探、動(dòng)力觸探以及埋設(shè)傳感器法等輔助類方法。
靜力測(cè)樁法有靜荷載試驗(yàn)法和鉆樁取芯試驗(yàn)法。靜力測(cè)樁法可靠、直觀，是樁基承載力檢測(cè)的常用方法，但是由于費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)用高、場(chǎng)地要求高等因素而受到限制。
動(dòng)力試樁法以振動(dòng)理論、應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的微電子儀器及信號(hào)處理技術(shù)，具有設(shè)備輕便、快速、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力試樁法有高應(yīng)變動(dòng)力試樁法(簡(jiǎn)稱HST法)和低應(yīng)變動(dòng)力試樁法(簡(jiǎn)稱LST法)。高應(yīng)變動(dòng)力試樁法又分為CASE法和波形擬合法;低應(yīng)變動(dòng)力試樁法有反射波法和振動(dòng)法。樁基檢測(cè)內(nèi)容一般指對(duì)樁身的完整性和單樁的承載力兩方面的檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)樁基工程進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定。
2.1靜載試驗(yàn)
樁基靜載試驗(yàn)是目前國(guó)內(nèi)最常用的一種檢測(cè)方法，是驗(yàn)證和檢驗(yàn)樁基承載力最基本、準(zhǔn)確率最高的方法之一。靜載試驗(yàn)用于檢測(cè)單樁極限承載力，包括單樁豎向抗壓、抗拔和水平承載力檢測(cè)。自平衡試樁法是將荷載箱安置在樁身下部，當(dāng)施加垂直荷載時(shí)，地面上的油泵通過(guò)油管向荷載箱內(nèi)腔加壓，荷載箱在此處上頂下壓，將使樁同時(shí)向上、向下發(fā)生位移，使上、下段樁的側(cè)阻力和端阻力得到發(fā)揮。根據(jù)加載過(guò)程中荷載箱上、下蓋板的位移與加載的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可繪制出向上、向下的P-S曲線。該法利用下段的樁端阻力和小部分樁側(cè)阻力與上段樁的側(cè)負(fù)阻力和樁自重來(lái)平衡，該法裝置較簡(jiǎn)單、試驗(yàn)方便，不占用場(chǎng)地，試驗(yàn)后的樁仍可作為工程樁使用，免去堆載和錨樁上千噸荷載的運(yùn)輸，因而費(fèi)用低、省時(shí)間、操作安全。靜載試驗(yàn)顯著的優(yōu)點(diǎn)是其受力條件比較接近基樁的實(shí)際受力狀態(tài)。靜載試驗(yàn)主要適用于工程試樁的承載力檢測(cè)，對(duì)于工程樁檢測(cè)不能做破壞性試驗(yàn)。其檢測(cè)精度較高，相對(duì)誤差在10%范圍內(nèi)。
2.2鉆樁取芯法
鉆樁取芯法采用液壓鉆機(jī)，金剛石單動(dòng)雙管鉆進(jìn)在穩(wěn)妥安裝和精心施工下，可確保鉆孔垂直度偏差<1%，混凝土采樣率達(dá)95%以上，使芯樣的可靠性得到保證。根據(jù)鉆取的芯樣可以判定樁身混凝土膠結(jié)狀況，樁身是否存在夾泥、離析、蜂窩、斷樁等質(zhì)量問(wèn)題。鉆樁取芯法可檢驗(yàn)樁長(zhǎng)和樁底沉渣是否滿足設(shè)計(jì)要求，鑒別樁底持力層的巖石性狀和進(jìn)入基巖深度是否符合設(shè)計(jì)要求，芯樣還可檢驗(yàn)樁身混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)樁身存在缺陷時(shí)，還可利用鉆孔進(jìn)行壓漿補(bǔ)強(qiáng)處理。鉆芯法雖然具有直觀、可靠、精確度高的優(yōu)點(diǎn)，是檢測(cè)大直徑混凝土灌注樁成樁質(zhì)量的有效手段。但其不足之處，鉆探取芯和芯樣加工比較笨重，操作不便、成本也高，使用受到限制;取芯對(duì)樁身整個(gè)斷面來(lái)說(shuō)，代表的范圍有限，取芯后的鉆孔、樁身結(jié)構(gòu)局部受到損壞，孔洞需進(jìn)行修補(bǔ)。
2.3高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法
高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法是利用重錘對(duì)樁頂進(jìn)行瞬態(tài)沖擊，使樁周土產(chǎn)生塑性變形，在樁頭實(shí)測(cè)力和速度的時(shí)程曲線，通過(guò)應(yīng)力波理論分析得到樁土體系的工作性能，分析樁身質(zhì)量，確定樁的極限承載力。目前工程上應(yīng)用廣泛的有CASE法和波形擬合法。
CASE法是通過(guò)一維波動(dòng)方程計(jì)算而獲得巖土對(duì)樁的支撐阻力的方法。它有3個(gè)基本假定：①樁身是等阻抗的;②樁周與樁尖對(duì)樁的阻力分為動(dòng)阻力和靜阻力兩部分，動(dòng)阻力集中在樁尖，忽略樁側(cè)土阻力;③靜阻力模型為理想剛塑性體，忽略應(yīng)力波在傳播過(guò)程中的能量損耗，包括樁身內(nèi)阻尼損耗和向樁周土的逸散�；谝陨�3個(gè)基本假定，由波動(dòng)方程推導(dǎo)出CASE法單樁極限承載力公式。CASE法的假定條件與部分樁基的實(shí)際施工條件差別較大。首先，如灌注樁等現(xiàn)場(chǎng)成樁，各截面阻抗有較大的差異;其次，隨著樁的相對(duì)位移加大，樁側(cè)必然產(chǎn)生動(dòng)阻力，因此動(dòng)阻力并沒(méi)有集中于樁尖;第三，樁一旦被打動(dòng)，靜阻力馬上達(dá)到極限值，與假設(shè)的靜阻力模型為剛塑體不符。所以，CASE法僅適用于鋼樁、預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁的測(cè)試。
波形擬合法目前被認(rèn)為是確定單樁承載力較為準(zhǔn)確的方法之一。它是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)把實(shí)測(cè)力波和速度波輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代計(jì)算，假定各單元樁土參數(shù)，以實(shí)測(cè)的樁頂速度波(或力波)作為邊界條件，用特征線法求解波動(dòng)方程，反算樁頂波(或波速)，使計(jì)算的波形和實(shí)測(cè)波型擬合。若二者不吻合，則調(diào)整樁土參數(shù)，再次計(jì)算直至吻合，然后再計(jì)算最終承載力。波形擬合法沒(méi)有CASE法那樣嚴(yán)格要求貫入度、側(cè)面光滑性及截面的一致性，因此，當(dāng)樁間土變形不夠充分，承載力計(jì)算值偏于保守，而且它假定樁周土體內(nèi)無(wú)變形存在也不合理。樁土間的理想彈塑性模型和牛頓黏性體模型與灌注樁、預(yù)制樁等樁型存在較大偏差。
2.4低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法
低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法是通過(guò)在樁頂施加低能量的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，引起樁身及周圍土體的微幅振動(dòng)，應(yīng)力波沿樁身傳播過(guò)程中，遇到不連續(xù)界面(如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷)和樁底面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間，幅值和波形特征，利用波動(dòng)理論或機(jī)械阻抗理論對(duì)記錄結(jié)果加以分析，可以判斷樁的完整性。樁身完整性的判斷在分析波形前，應(yīng)了解樁位的地質(zhì)、持力層情況，樁基的施工方法、樁頂是否有護(hù)筒等，在全面了解相關(guān)情況后，根據(jù)樁底反射信號(hào)對(duì)樁身完整性進(jìn)行分析判斷。
我國(guó)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法常見(jiàn)的有應(yīng)力波反射法和振動(dòng)法，反射波在樁身質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用最廣。低應(yīng)變反射波法把樁視為一維彈性均質(zhì)桿件，當(dāng)樁頭受到激勵(lì)時(shí)，應(yīng)力波沿樁身往下傳播，當(dāng)遇到樁身截面波阻抗發(fā)生變化時(shí)，將產(chǎn)生反射波和透射波，由樁頭的傳感器接收，經(jīng)基樁動(dòng)測(cè)儀采集處理后，可記錄顯示反射信號(hào)。根據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)波形的幅值變化與相位特征可判別樁底及樁身中是否存在缺陷及計(jì)算樁身缺陷位置。
2.5聲波透射法
聲波透射法用于已預(yù)埋聲測(cè)管的混凝土灌注樁樁身完整性檢測(cè)，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。聲波透射法是一種無(wú)損樁基檢測(cè)方法，通過(guò)在樁身內(nèi)預(yù)埋聲測(cè)管之間激發(fā)并接收高頻彈性脈沖波，檢測(cè)該脈沖波在混凝土內(nèi)反射、透射、散射或繞射過(guò)程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征，根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得樁身各橫截面混凝土的聲學(xué)參數(shù)和波形的變化，通過(guò)專用處理軟件進(jìn)行波速、聲幅、SPD計(jì)算，繪制出參數(shù)隨深度變化的曲線圖，以分析樁身缺陷程度及其位置，判定樁身完整性類別。聲波透射法適用性較強(qiáng)，聲測(cè)管管底、管口及接頭必須密封，保證聲測(cè)管暢通，管壁完好。聲測(cè)管在樁中位置應(yīng)等分樁的圓周，聲測(cè)管之間應(yīng)保持平行，間距應(yīng)基本保持均勻。聲波透射法具有輕便、快速、效果好等優(yōu)點(diǎn)，在灌注樁完整性檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。
3.樁基檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用探討
3.1靜載試驗(yàn)法是目前公認(rèn)的檢測(cè)基樁豎向抗壓承載力最直接、最可靠的試驗(yàn)方法。但在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)樁的問(wèn)題有時(shí)會(huì)被檢測(cè)人員所忽視，容易出現(xiàn)基準(zhǔn)樁打入深度不足，試驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生位移的問(wèn)題。
3.2鉆樁取芯法具有科學(xué)、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，在檢測(cè)混凝土灌注樁方面應(yīng)用較廣。一次完整、成功的鉆芯檢測(cè)，可以得到樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度和樁身完整性的情況，并判定或鑒別樁端持力層的巖土性狀。鉆芯技術(shù)對(duì)檢測(cè)判斷的影響很大，《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)對(duì)鉆機(jī)和鉆頭作了相應(yīng)的規(guī)定，就是為了避免鉆芯驗(yàn)樁的誤判。
3.3高應(yīng)變檢測(cè)主要是判定樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。高應(yīng)變法在判定樁身水平整合型縫隙，預(yù)制樁接頭等缺陷，能夠在查明這些缺陷是否影響豎向抗壓承載力的基礎(chǔ)上，合理判定缺陷程度，可作為低應(yīng)變法的補(bǔ)充驗(yàn)證手段。
3.4低應(yīng)變檢測(cè)法測(cè)試過(guò)程是獲得好的信號(hào)的關(guān)鍵，測(cè)試中應(yīng)注意：①測(cè)試點(diǎn)的選擇。測(cè)試點(diǎn)數(shù)依樁徑不同，測(cè)試信號(hào)情況不同而不同，一般要求樁徑在120cm以上，測(cè)試3～4點(diǎn)。②錘擊點(diǎn)的選擇。錘擊點(diǎn)宜選擇距傳感器20～30cm處不必考慮樁徑大小。③傳感器安裝。傳感器根據(jù)所選測(cè)試點(diǎn)位置安裝、注意選擇好粘貼方式，一般有石蠟、黃油、橡皮泥在保證樁頭干燥，沒(méi)有積水的情況下。④盡量多采集信號(hào)。一根樁不少于10錘，在不同點(diǎn)，不同激振情況下，觀測(cè)波形的一致性，以保證波形真實(shí)且不漏測(cè)。
3.5聲波透射法與其他完整性檢測(cè)方法相比，聲波透射法能夠進(jìn)行全面、細(xì)致的檢測(cè)，且基本上無(wú)其他限制條件。但由于存在漫射，透射、反射，對(duì)檢測(cè)結(jié)果會(huì)造成影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003
