樁基工程質量檢測方法分析

陳文濤

（廣州鐵誠工程質量檢測有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

樁基礎是建設工程中重要的基礎類型，樁基礎工程的質量決定建筑主體結構的可靠性、安全性。樁基礎屬于隱蔽性工程，控制其質量較難。因此，樁基質量檢測顯得特別重要。本文以樁基工程質量檢測的主要內容為切入點，詳細介紹鉆孔檢測法及沖擊回波法等常用的樁基檢測方法，最后結合工程實例對樁基工程質量檢測方法進行應用分析。

1 樁基工程質量檢測的主要內容

1.1 工程結構成孔質量

隨著樁基工程結構深度變大，人們對樁基質量提出了更高的要求，加強樁基工程成孔質量檢測就成為工程建設的重點工作之一。樁基工程成孔質量檢查的內容主要有：

（1）成樁孔孔徑檢查。不同項目工程質量要求和施工的地質環境存在較大差異，需要布設的成樁孔孔徑也不同，應根據施工規劃檢查孔徑，避免因孔徑過大或過小而影響樁基結構承載力和受壓能力的發揮，防止出現返工現象，達到控制施工成本的目的。

（2）成孔的統一檢查。根據施工技術規程的要求，樁基成孔孔徑應保持相同，并且要保證灌注樁的鉆孔都要符合施工要求，保證混凝土澆筑順暢，提高施工效率，節約混凝土。

（3）成樁的傾斜度檢查。施工地質環境復雜多變，在鉆機鉆孔時不可避免地會遭遇裂縫、碎石等地質結構，這類地質結構的出現會大大增加鉆機鉆桿傾斜度，產生傾斜偏差，影響樁基受壓能力。因而，必須選擇超聲波成孔成槽檢測儀等設備檢測傾斜度，控制傾斜偏差。

（4）樁底檢查。樁底是樁基的基礎，若樁底沉渣厚度無法滿足施工標準，將會大大影響成樁的效果。如果樁底較薄，可以適當增加樁基長度來改善結構的承載力。

1.2 樁結構的承載能力

目前，城市建筑中高層建筑和超高層建筑越來越普遍，但高度增加也意味著建筑需要承載的負荷也在增加，根據相關研究發現，當建筑增加一層時，地下結構的單位面積負荷量高達2100kN。其中，樁基結構是主要的受壓結構，檢測樁基結構的承載力是樁基工程質量檢測的重點。一般情況下，樁基結構的承載力檢測需要用到靜荷載試驗或者是動荷載試驗，采用不同的檢測方式，執行標準和評判體系也不一樣，如靜荷載試驗單樁基的承載力必須達到已有承壓材料質量的1.2倍。

1.3 樁結構的完整性

現階段，樁基結構主要是由混凝土澆筑制作而成，如果混凝土制備或澆筑時出現問題，那么整個樁基結構的施工質量都會受到影響，如混凝土澆筑速度過快會導致樁基結構缺失的問題。基于此，在進行樁基工程質量檢測時，必須加強對樁基結構完整性的檢測，但往往樁基結構都深埋于地下，無法直接用肉眼的方法來觀測其完整性。因而，在總結樁基工程檢測經驗的基礎上，可根據施工實際選擇相應的檢測方法，如低應變動檢測法、射線檢測法等等。另外，在收集、整理和分析數據的時候，應采用相應的數據分析模型來分析數據，排除干擾因素，提高數據分析的客觀性，保證樁基工程質量檢測的可靠性。

2 樁基工程質量檢測方法的應用要點

2.1 鉆孔檢測法的應用要點

鉆孔檢測法開始使用的時間較早，檢測經驗較為豐富，對樁基結構的干擾較小，并且已經形成了較為成熟的應用體系。在對已經完成施工的樁基工程進行質量檢測時，需先在樁基結構上鉆孔，但這個鉆孔的直徑較小，不會影響樁基結構的穩定性。接著再收集各項樣本數據，并根據樣本數據測定該樁基結構的抗拉強度。最后將其與施工標準相對比，判斷評估樁基結構的質量是否達到施工要求。

2.2 沖擊回波法的應用要點

沖擊回波法主要是通過分析波長來判斷樁基結構的質量。在樁基施工時先確定檢測位置，接著再設計位置放置設備，啟動設備向已經完成施工的樁基結構釋放沖擊波波長，釋放出來的波長會通過介質傳播到樁基結構內部，樁基接收波長，再反射波長，接著再收集樁基結構反射回來波長，觀察波長的頻率、跳動的規律，對波長進行全面分析。分析不同波長頻率和跳動規律背后隱含的問題，分析樁基結構的缺陷類型和分布位置，便于施工人員采取針對性的方法快速補救樁基，但如果樁基結構存在嚴重缺陷，則要重新進行樁基施工，提高樁基工程質量，避免影響后續環節的施工。

2.3 低應變反射波法的應用要點

低應變反射法在操作上與沖擊回波法存在相似之處，但低應變反射法的操作更加簡單，經濟效益較高。在應用低應變反射法開展樁基結構質量檢測時，設備會發出波長，樁基接收設備釋放的波長，并且吸收一些波長后再將波長反射回去，設備會接收樁基結構反饋的波長，自動根據波長的長度和其他數據使用波動方程，處理樁基反饋回來的數據，并進行數據分析，模擬震動模型。同時，在樁基結構頂端會釋放振蕩波長，振蕩波長會向結構內部發射，形成垂直應力波，不同混凝土配比和不同地質環境下形成反饋出來的波長也存在一定差異，發出設備也能對其進行分析，并生成科學直觀的樁基質量檢測報告，便于后續處治樁基。

2.4 弱電磁法的應用要點

在應用弱電磁法對樁基結構質量進行檢測時，要先在準備實施質量檢測的樁基結構附近放置電磁波設備，檢查無誤后即可啟動電磁波設備，讓設備釋放電磁波長，樁基結構接收和反饋電磁波長。若樁基結構質量達標，電磁波就會在樁基內部形成完整的電流通路，但如果樁基結構存在損傷和質量問題，那么受到缺陷的影響電流也會出現變化，檢測設備會根據電流變化來判斷樁基結構質量問題的大致分布位置和具體的缺陷類型，幫助技術人員判斷質量問題，并且能夠提高樁基零件更換的效率和準確率。

2.5 靜力觸探法的應用要點

靜力觸探法檢測樁基結構的質量是通過靜壓力的探測裝置來完成檢測的，具體的作用原理是先在待檢測的樁基結構上放置靜壓力裝置，在檢測過程中傳感器會收集樁基結構受到的靜壓力數據信息，并計算受到靜壓力數據的最大值和持續時間，再將測量結果與標準數據相比較，若二者偏差較小，則可以判斷其無質量問題，但如果發現結果與標準數據差異較大，則需要排查結構，并施作支護，提高樁基結構的靜壓力承受能力。

2.6 超聲波檢測技術的應用要點

相較于鉆孔檢測法，超聲波檢測技術無需鉆孔采樣，對樁基的損害較小，檢測的準確性也比較高。超聲波檢測技術是通過超聲波設備向樁基結構釋放超聲波，樁基結構在接收到超聲波之后，會反射超聲波波長，收集分析反饋回來的波長數據，并將其放大，可以快速判斷樁基結構存在的缺陷類型、缺陷的分布位置等情況，并且受環境的干擾較小，可以適應于多種施工環境，兼具無損檢測和快速準確檢測雙重效果。

2.7 激光無損檢測技術的應用要點

激光無損質量檢測技術是借助激光來檢測樁基結構的質量，也是一種無損檢測技術。利用激光遇到光則強和傳播速度快的特性，設備向樁基結構發射激光，而激光在遇到狹窄結構時會發生衍射，技術人員可以根據條紋的呈現程度判斷樁基工程的質量，評估樁基結構內部的變形程度。另外，還可以利用光時差原理進行短距離的時差記錄，快速判定缺陷，提高建筑工程質量檢測效率。

3 工程實例

3.1 工程概況

某高層建筑結構為地上33 層，地下1 層，總高度99.8m，長約60m，寬29m，主體結構形式為框支剪力墻，基礎形式為柱-閥基礎，埋深-7.0m，勘探點地面標高介于419.05～423.32m 間。同時，根據地質勘察報告顯示，施工現場巖層分層分別為填土、黃土、古土壤、黃土和多層不同的粉質黏土，地質條件較為復雜。經過充分研究與反復討論，本工程基礎擬采用混凝土鉆孔灌注樁作為基礎，樁基強度等級為C35，試驗樁強度等級為600mm，樁長為37m，單樁豎向承載力設計值不小于2800kN，成孔工藝為鍋錐成孔。

3.2 樁基工程質量檢測分析

根據場所所具備的穩定性以及各種樁基工程質量檢測的優勢與特點，本樁基工程采用了成孔質量檢測、靜載試驗、低應變試驗檢測及高應變試驗檢測，嚴格按照設計要求與相關規范實施檢測。

3.2.1 成孔質量檢測

選擇鄭州南北儀器設備生產有限公司生產的JJC-ID 灌注樁孔徑檢測系統完成成孔質量檢測，成孔質量檢測的內容主要包括成孔孔徑和孔深、成孔統一性、成孔的傾斜偏差及樁底沉渣厚度。考慮到篇幅的問題，本文僅選擇10#樁作為代表，分析10#樁成孔質量檢測情況，具體情況見表1所示。

表1 10#樁成孔質量檢測結果

從表1 可知，10#樁樁徑范圍為588～699mm，部分鉆孔存在擴大孔徑的問題，而一部分鉆孔存在縮小孔徑的現象。10#樁鉆孔的垂直偏差為0.79%，不超出1%的偏差允許范圍，達到相關規范要求。10#樁樁底的沉渣厚度為100mm，低于150mm 的偏差允許范圍，達到相關質量標準。

3.2.2 靜載試驗

本文選擇豎向靜載試驗作為重點分析對象，本樁基工程豎向靜載試驗共抽樣了4 根試驗樁和1 根工程樁，采用錨樁反力式慢速維持荷載法對單樁豎向靜載進行檢測，試驗結果如表2所示。

表2 單樁豎向靜載試驗結果

從表2 可知，4 根試驗樁和1 根工程樁的單樁豎向最大荷載值分別為6000kN、6200kN、5500kN、6200kN和5500kN，并且單樁豎向承載力都超過了2800kN，達到設計標準。

3.2.3 低應變試驗檢測

為了保證檢測的有效性，本樁基工程檢測共選擇對128根（包含4根試驗樁）樁基進行低應變試驗檢測，具體檢測方法為反射波法。反射波法分析1 根工程樁和4 根試驗樁。根據被檢測的樁基質量的高低將樁基機構等級分為4 個等級：第一等級為Ⅰ類樁，即樁基結構完整無質量問題的樁基；第二等級為Ⅱ類樁，即樁基結構較為完整，但存在輕微的質量問題的樁基；第三類為Ⅲ類樁，即樁基完整性稍差于Ⅱ類樁，樁身存在明顯質量問題的樁基；第四類為Ⅳ類樁，即樁基結構的完整性較差，樁身存在嚴重質量問題且需要重新施工的樁基。按照這一分類對128 根樁基樁身低應變測試，并匯總測試結果[1]。為了保證分析的一致性，低應變試驗檢測也分析4根試驗樁和1根工程樁的情況，具體情況如表3所示。

表3 樁身低應變測試結果

從表3 可以發現，檢測樁基樁身波速在3004～4464m/s之間，樁基等級為I類樁，但距離樁頂處都存在擴徑問題，擴徑的大小在2.9～9m之間。

樁身和樁端的應力計算公式如下：

式中：σsi——樁身第i斷面處的鋼筋應力；

Es——鋼筋彈性模量；

εsi——樁身第i斷面處的鋼筋應變。

為準確計算樁側土的分層極限摩阻力和極限端阻力，計算公式如下：

式中：qsi——樁第i斷面與i＋1斷面間側摩阻力；

qp——樁的端阻力；

i——樁檢測斷面順序號，i=1，2，……，n，并自樁頂以下從小到大排列；

u——樁身周長；

li——第i斷面與i＋1第斷面之間的樁長；

Qn——樁端的軸力；

A0——樁端面積。

3.2.4 高應變試驗檢測

為了提高高應變試驗檢測效果，本樁基工程采用實測波形擬合法。施工場地內共包括25 根樁基，為準確測量25 根樁基的單樁豎向極限承載力，根據施工規劃在場地內布置24 個檢測點[2]。分析樁基質量檢測報告后發現，場地內25 根樁基的單樁豎向極限承載力在5611～6399kN 之間，平均值可達5987kN，減去受地質條件影響的承載力，單樁豎向極限承載力的標準數值為5887kN。其中10#工程樁極限承載力具體為5991kN，具體高應變試驗檢測結果如表4所示。

表4 10#工程樁高應變試驗檢測結果

單樁水平靜載荷試驗計算公式如下:

式中：m——地基土水平抗力系數的比例系數，kN/m4；

α——樁的水平變形系數，m-1；

νy——樁頂水平位移系數，νy=2.441；

H——作用于地面的水平力，kN；

Y0——水平力作用點的水平位移，m；

EI——樁身彎剛度，kN·m2；其中E為樁身材料彈性模量，I為樁身換算截面慣性矩；

b0——樁身計算寬度，m；

4 結束語

開展樁基工程質量檢測能夠有效排查樁基結構的缺陷，保證建筑物安全。但在實際工作中，樁基工程質量檢測工作會受到地質特點、檢測環境等因素的影響，因此，對檢測方案的選擇和操作流程的要求較為嚴格[3]。為提高樁基工程質量檢測的效率和準確性，必須結合樁基施工的實際情況，制定合理的檢測方法，并對檢測結果進行綜合評價，排除干擾因素，保證檢測結果的客觀性與準確性，以此作為開展后續工作的參考，提高建筑工程的安全性。