樁基檢測(cè)技術(shù)在高層建筑工程中的應(yīng)用

張秩碩

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 樁基檢測(cè)的現(xiàn)狀及重要性

1.1 樁基檢測(cè)的現(xiàn)狀

建筑行業(yè)在近些年無論是建設(shè)規(guī)模還是建設(shè)數(shù)量都呈現(xiàn)出擴(kuò)大的趨勢(shì)，同時(shí)中國(guó)也在日漸健全深化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以期能夠保障建筑行業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展。樁基施工作為十分常見的建筑基礎(chǔ)施工技術(shù)，其施工質(zhì)量關(guān)系著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全，為此，從20世紀(jì)70年代就研究并且應(yīng)用了一些樁基質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，經(jīng)過了多年的發(fā)展，樁基檢測(cè)技術(shù)得到進(jìn)一步的豐富和優(yōu)化，目前很多高新技術(shù)、高新檢測(cè)技術(shù)被應(yīng)用于樁基施工質(zhì)量控制方面，這對(duì)于推動(dòng)建筑行業(yè)良好的發(fā)展有著積極意義。

目前工作人員的素質(zhì)水平隨著樁基檢測(cè)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展得到了進(jìn)一步的提升，在樁基檢測(cè)領(lǐng)域日漸增加了大批量的先進(jìn)人才，推動(dòng)者樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。在實(shí)際開展檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員需要嚴(yán)格以國(guó)家檢測(cè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計(jì)說明為基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)工地的實(shí)際情況加強(qiáng)考慮分析，做好樁基檢測(cè)技術(shù)的合理選擇，同時(shí)要嚴(yán)格把控樁基檢測(cè)的每一道工序。

但是近些年有的工程項(xiàng)目中仍然存在不同程度的樁基質(zhì)量問題，這和部分工作人員單純地依靠工作經(jīng)驗(yàn)判斷樁基施工質(zhì)量，沒有進(jìn)行科學(xué)客觀的質(zhì)量檢測(cè)有著很大的關(guān)系。為此，在未來發(fā)展中，相關(guān)單位需要提高對(duì)樁基檢測(cè)工作的重視度，嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范落實(shí)樁基檢測(cè)個(gè)工作，嚴(yán)格把控每一步檢測(cè)工序，將樁基檢測(cè)的準(zhǔn)確性提高，切實(shí)保證樁基施工效果。

1.2 樁基檢測(cè)的不足

作為建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，樁基對(duì)建筑物整體質(zhì)量和安全有著直接影響。如果樁基出現(xiàn)問題那么很可能引發(fā)不同程度的質(zhì)量安全隱患。為此，工作人員需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)樁基設(shè)計(jì)和施工過程，將樁基的承載力、安全性盡可能地提高。樁基檢測(cè)可客觀地評(píng)價(jià)樁基質(zhì)量情況。當(dāng)前樁基檢測(cè)行業(yè)雖然人員和設(shè)備較多，但是檢測(cè)人員技術(shù)能力高低不一，加上工作責(zé)任心、工作態(tài)度等方面各不相同，操作現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備和軟件的能力不同，導(dǎo)致從不同程度上影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至無法發(fā)揮出樁基檢測(cè)的價(jià)值。此外，當(dāng)前樁基檢測(cè)中還存在另一個(gè)制約樁基檢測(cè)質(zhì)量的因素，即環(huán)境因素，如果環(huán)境較為惡劣，可能導(dǎo)致無法正常使用機(jī)械設(shè)備，或者檢測(cè)工作受阻，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度不高，無法客觀地評(píng)價(jià)樁基質(zhì)量。可見，需要提高檢測(cè)人員對(duì)于樁基檢測(cè)的認(rèn)識(shí)，并且加強(qiáng)應(yīng)用現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備，合理選用檢測(cè)技術(shù)，提高樁基檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，切實(shí)發(fā)揮檢測(cè)結(jié)果的價(jià)值。

2 高層建筑樁基檢測(cè)內(nèi)容

樁基礎(chǔ)處于建筑的底部，工作人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，加上樁基礎(chǔ)施工有著較為復(fù)雜的過程，如果質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會(huì)對(duì)后續(xù)的一系列施工作業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。為了避免發(fā)生質(zhì)量問題，要加強(qiáng)檢測(cè)樁基質(zhì)量情況。

2.1 成孔檢測(cè)

高層建筑施工中混凝土澆筑后成樁質(zhì)量的好壞直接受到成孔質(zhì)量的影響。在樁基施工中，可能會(huì)受到操作技術(shù)水平、地形等多種因素影響而發(fā)生坍塌、縮頸、偏斜等問題，為了提前預(yù)防這些現(xiàn)象需要工作人員通過密切地監(jiān)測(cè)確定成孔的深度、位置、垂直度、沉渣厚度等指標(biāo)，確定是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

樁基的質(zhì)量直接受到樁孔大小的影響，如果樁孔孔徑較小那么會(huì)降低樁基的承載力，進(jìn)而影響樁基的承載性能；樁孔孔徑過大會(huì)增加施工阻力，難以將樁基的作用充分發(fā)揮出來。可見，有必要測(cè)量樁孔。

當(dāng)前很多技術(shù)人員采用孔徑檢測(cè)儀檢測(cè)樁基的孔徑和垂直度，其中傘形孔徑儀檢測(cè)、聲波檢測(cè)法都是當(dāng)前常見的檢測(cè)方法。不同樁基的檢測(cè)方法也存在一定差異，比如灌注樁通常采用簡(jiǎn)易檢測(cè)方法，傘形檢測(cè)可以全面檢測(cè)孔徑、孔斜、沉渣厚度等內(nèi)容[1]。

2.2 樁基完整性檢測(cè)

鉆孔取芯法、低應(yīng)變動(dòng)力試樁法、聲波透射法等都是高層建筑樁基完整性檢測(cè)常用手段。當(dāng)前低應(yīng)變動(dòng)力試樁法是高層建筑樁基檢測(cè)中使用較為頻繁的一種技術(shù)，該檢測(cè)方法簡(jiǎn)便且有著較高的經(jīng)濟(jì)性，可以將檢測(cè)盲區(qū)問題有效避免。低應(yīng)變動(dòng)力試樁技術(shù)通過檢測(cè)震動(dòng)速度和加速度并且分析得到的數(shù)據(jù)，合理地判斷建筑樁基施工質(zhì)量，在樁端持力層或者樁底成渣厚度中較為適用，同時(shí)可以檢測(cè)灌注樁混凝土的強(qiáng)度[2]。不過該技術(shù)在施工中會(huì)擾動(dòng)周圍的土體。

2.3 樁基承載力檢測(cè)

靜荷載試驗(yàn)法、靜動(dòng)法、高應(yīng)變動(dòng)法是常用的3種高層建筑樁基承載力檢測(cè)技術(shù)。其中最為常見的檢測(cè)方法為靜荷載試驗(yàn)法，同時(shí)也是當(dāng)前最具權(quán)威的檢測(cè)方法。這種檢測(cè)方法可以合理地確定樁基的承載力，通過承載力和加速荷速率的關(guān)系確定樁基承載性。加速荷速率越慢則代表和樁基承載力越接近[3]。

靜荷載試驗(yàn)法。該方法主要是人為利用機(jī)械設(shè)備向樁基頂部施加一定豎向壓力或者向上的拉力以及水平推力檢測(cè)樁基靜荷載情況。工作人員在試驗(yàn)過程中需要及時(shí)準(zhǔn)確地分析樁基位移情況，從而對(duì)樁基承載的最大壓力或者拉力進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。工作人員在開展樁基靜載試驗(yàn)過程中還要注意結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整或者停止樁基受力，繪制Q-S曲線、s-lgt曲線，同時(shí)借助物力中力的作用對(duì)實(shí)際作用力情況進(jìn)行客觀的分析推測(cè)，同時(shí)配合使用相應(yīng)的裝置，確定樁基所能夠承載最大的荷載，根據(jù)靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果對(duì)樁基的具體應(yīng)用情況進(jìn)行客觀的判斷，比對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，判斷樁基能否承擔(dān)建筑物質(zhì)量，能否正常地投入使用。如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況那么需要及時(shí)反饋給管理人員，將處理方案設(shè)計(jì)好，以免對(duì)后續(xù)的施工安全產(chǎn)生威脅。

高應(yīng)變動(dòng)法檢測(cè)。該方法既可以檢測(cè)承載力又可以檢測(cè)完整性。工作人員應(yīng)當(dāng)運(yùn)用波形曲線進(jìn)行信息采集與分析，曲線中的部分會(huì)出現(xiàn)重合，峰值構(gòu)成一定比例，最后2條曲線歸零。一般情況下，樁基檢測(cè)報(bào)告中的曲線存在誤差，曲線前部不重合，峰值沒有比例，就可以判定樁基與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不合格，或工作人員獲取的信息不準(zhǔn)確。為避免后者情況的出現(xiàn)，檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)保證自身理論知識(shí)的完備，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)保證傳感器安裝的準(zhǔn)確性，采用具有可靠性的科學(xué)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)信息實(shí)施采集，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3 樁基檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鉆孔取芯法

該方法是一種具有破壞性的檢測(cè)方法。在檢測(cè)中，工作人員利用鉆孔機(jī)從樁身抽取一定量的芯樣，然后通過試驗(yàn)室檢測(cè)分析芯樣，對(duì)持力層的情況、樁底沉渣厚度、局部缺陷、混凝土強(qiáng)度等進(jìn)行客觀的判斷，就結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行科學(xué)的判斷。這種檢測(cè)能夠?qū)π》秶臉痘|(zhì)量進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的判斷，但是會(huì)損害樁基結(jié)構(gòu)，所以通常用于驗(yàn)證無損檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 靜載試驗(yàn)法

樁基的單樁豎向承載能力對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在單樁豎向承載力檢測(cè)中可以使用靜載試驗(yàn)法。檢測(cè)人員用一定的荷載施加于樁頂，并且分析此過程中樁間土的作用情況，就曲線特征進(jìn)行客觀的判斷并且評(píng)估成樁性能。樁基施工中面臨著較為惡劣的環(huán)境，該檢測(cè)方法需要投入較高的檢測(cè)費(fèi)用，耗費(fèi)的時(shí)間也較長(zhǎng)，有著較為煩瑣的配套工作，所以這一方法的應(yīng)用并不廣泛[4]。

3.3 低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法

該方法能夠短時(shí)間內(nèi)便捷地完成檢測(cè)工作。在檢測(cè)過程中波形會(huì)直接影響檢測(cè)結(jié)果，所以為了保證波形良好通常用于分析樁身的完整性。在應(yīng)用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法時(shí)樁側(cè)土阻力、動(dòng)土阻力會(huì)從很大程度上影響應(yīng)力波的傳播，進(jìn)而影響反射波的福值，還可能發(fā)生應(yīng)力波衰減的情況，所以該技術(shù)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的局限性，通常可以檢測(cè)直小于等于1.8 m、樁長(zhǎng)在5～50 m的樁基當(dāng)中。低應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)儀如圖1所示。

圖1 低應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)儀

工作人員在檢測(cè)中，要注意控制各個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)和要點(diǎn)。打印機(jī)、力錘、傳感器、信號(hào)采集儀等都是低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試系統(tǒng)的主要組成內(nèi)容，工作人員可以聯(lián)合使用信號(hào)采集儀和計(jì)算機(jī)，也可以先測(cè)試，然后再和電腦連接進(jìn)行信號(hào)處理。當(dāng)前信號(hào)采集儀主要使用的A/D轉(zhuǎn)換器為16位或者12位。A/D轉(zhuǎn)換器的處理效果優(yōu)良，有著較為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)采樣頻率超出了截止頻率的2.5倍后，為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性要避免使用干擾信號(hào)和交流電，通常此時(shí)使用直流電源。在選擇傳感器時(shí)，優(yōu)先選擇的是裝有放大式加速計(jì)的設(shè)備，較寬范圍的頻響的加速計(jì)的零漂性和低頻響應(yīng)性能優(yōu)良。工作人員要注意盡量避免使用高阻尼速度傳感器和普通速度計(jì)，這2種速度計(jì)尤其不適合用于測(cè)量大樁、長(zhǎng)樁中。

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)量的關(guān)鍵在于能夠保證信號(hào)質(zhì)量。為了將信號(hào)質(zhì)量盡可能地提高，可以從如下4點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制：①根據(jù)測(cè)試信號(hào)情況、樁徑差異確定測(cè)試點(diǎn)，對(duì)于超過120 cm樁徑的樁基可以選擇3～4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)和鋼筋籠的間距應(yīng)當(dāng)在10 cm以上，在樁基的四周和樁中心均勻地布設(shè)測(cè)試點(diǎn)。為了保證傳感器和樁頭良好地連接需要做好測(cè)試點(diǎn)的打磨。②錘擊點(diǎn)選擇時(shí)要注意距離傳感器20～30 cm左右，避免間距過大影響橫波發(fā)生波形震蕩的現(xiàn)象，同時(shí)避免距離過近沖擊傳感器導(dǎo)致傳感器無法準(zhǔn)確地獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。樁徑大小不會(huì)影響錘擊點(diǎn)的選擇，在檢測(cè)中工作人員也無需進(jìn)行錘擊點(diǎn)的打磨，如果需要打磨那么為了避免波形震蕩影響檢測(cè)結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)增加橡膠墊作為緩沖。③安裝傳感器時(shí)要考慮天氣特點(diǎn)做好位置的合理選擇，并且合理選擇粘貼物質(zhì)。當(dāng)前常用的粘貼物包括黃油、橡皮泥。如果使用橡皮泥那么需要注意樁頭的干燥整潔，避免存在積水等影響粘貼效果的物質(zhì)；黃油適合應(yīng)用于低溫的環(huán)境中，要做好粘貼層厚度的嚴(yán)格控制，避免過厚對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。④要盡可能多地采集信號(hào)，對(duì)不同點(diǎn)位的激振情況進(jìn)行觀察，明確各個(gè)點(diǎn)位的波形是否一致，盡可能地提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

在檢測(cè)后工作人員還要分析波形，就樁基施工方法、持力層情況、樁位地質(zhì)情況等進(jìn)行深入的了解，加強(qiáng)分析反射信號(hào)。常見的3種情況如下：①樁底持力層是石灰?guī)r、泥巖等較為軟弱的巖質(zhì)，沒有明顯的嵌巖信號(hào)或者反射信號(hào)，那么會(huì)影響樁底信號(hào)，為了保證結(jié)論真確需要進(jìn)行抽芯對(duì)比。②樁基過多地進(jìn)入到了基巖。③樁身穿透了溶洞。工作人員在實(shí)際檢測(cè)中可能會(huì)遇到很多特殊的情況，需要仔細(xì)分析并且認(rèn)真地對(duì)比各個(gè)波形。要謹(jǐn)慎地對(duì)缺陷下定義，科學(xué)地判斷樁基承載力、大小、缺陷類型、混凝土強(qiáng)度等情況[5]。

3.4 高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法

在單樁豎向承載力或者樁身完整性檢測(cè)中常常應(yīng)用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法。在檢測(cè)中，用重錘通過自由落體形式對(duì)樁頂進(jìn)行加壓，就動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行采集并且計(jì)算，將樁身的相關(guān)性能參數(shù)確定。重錘質(zhì)量通常是單樁豎向承載力的1%以上或者樁身質(zhì)量的10%以上。高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法在誤差控制方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，比靜載試驗(yàn)檢測(cè)方法能夠節(jié)省大量的費(fèi)用，所以當(dāng)前該技術(shù)受到了多方認(rèn)可。不過該施工技術(shù)需要應(yīng)用較多的輔助設(shè)備，有著較為煩瑣的檢測(cè)過程，并未受到檢測(cè)人員的廣泛使用。高應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)儀如圖2所示。

圖2 高應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)儀

3.5 聲波透射法

聲波透射法是在樁基內(nèi)埋設(shè)若干根聲測(cè)管，然后關(guān)注混凝土，探頭利用聲測(cè)管進(jìn)行超聲脈沖的發(fā)射和接收，利用超聲探測(cè)儀測(cè)定穿過橫截面的超聲脈沖參數(shù)，判斷測(cè)值波形或者處理判斷數(shù)據(jù)，就混凝土結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量問題進(jìn)行科學(xué)的判斷。該技術(shù)適合應(yīng)用于不超過300 cm直徑的樁基中，聲波透射范圍能夠達(dá)到1 000 cm，加上該技術(shù)屬于無損檢測(cè)方法，適用性較強(qiáng)，在超過60 cm的樁徑質(zhì)量檢測(cè)中都可以應(yīng)用該技術(shù)。不過該技術(shù)僅僅可以對(duì)混凝土完整性進(jìn)行檢測(cè)，無法對(duì)樁基的持力層、擴(kuò)孔進(jìn)行檢測(cè)。

探頭升降裝置、超聲檢測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)系統(tǒng)等共同組成了聲波透射設(shè)備。當(dāng)樁基直徑在1 m以內(nèi)時(shí)可以埋設(shè)1根聲測(cè)管；對(duì)于1.2～2 m直徑范圍的樁基需要埋設(shè)2根聲測(cè)管測(cè)得4組數(shù)據(jù)；對(duì)于超過2 m直徑的樁基需要埋設(shè)3根聲測(cè)管得到6組測(cè)量數(shù)據(jù)。人工放線檢測(cè)可以采用評(píng)測(cè)法從底部向頂部或者從頂部向底部進(jìn)行測(cè)量，按照50～100 cm的范圍控制測(cè)定間距。可以使用扇形測(cè)法或者斜側(cè)法測(cè)定樁基的缺陷情況[6]。

概率法主要是對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏和修整。在樁基檢測(cè)中，常常使用PSD判據(jù)法進(jìn)行樁基數(shù)據(jù)的分析，這種方法有著較高的缺陷敏感性，但是在不均勻的混凝土中或者聲測(cè)管不平行時(shí)難以反映出聲時(shí)的變化情況[7]。

新型聲波檢測(cè)儀器能夠自動(dòng)計(jì)算PSD判據(jù)，但是需要人工結(jié)合實(shí)際情況做好臨界判據(jù)值的確定。如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了缺陷那么需要利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)和混凝土均勻性計(jì)算缺陷類型[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，作為高層建筑基礎(chǔ)重要的組成部分，樁基的質(zhì)量至關(guān)重要。通過樁基檢測(cè)能夠明確樁基的施工情況，有助于發(fā)現(xiàn)樁基缺陷并且采取針對(duì)性的解決辦法，切實(shí)保證樁基的施工質(zhì)量，提高高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。