基樁檢測技術在煉油改擴建工程項目中的應用

張旭　李文

摘 要：通過簡述現階段常用基樁檢測技術的檢測原理、應用方向及自身特點，結合改擴建工程實例，明確基樁所處地質條件，優選適合的檢測技術手段，應用高應變檢測法、低應變檢測法及靜載試驗等方法對基樁開展多維度檢測工作，準確獲知基樁承載力和完整性等相關要素，判斷基樁是否滿足工程需要，驗證多種基樁檢測技術的檢測效果。

關鍵詞：基樁；高應變檢測法；低應變檢測法；靜載試驗

Application of foundation pile detection technology in oil refining expansion project

ZHANG Xu1， LI Wen2，3

（1.Zhongkan Metallurgical Investigation Design & Research Institute Co， Ltd.， Baoding 071051， Hebei， China；

2.Beijing Institute of Geothermal Research， Beijing 100012， China；

3.Key Laboratory of Shallow Geothermal Energy， Beijing 100012， China）

Abstract： This paper briefly describes the detection principle， application direction and characteristics of the common foundation pile detection technology at the present stage. Taking the example of an expansion project， the geological conditions of the foundation pile were defined， and appropriate detection technology was selected. Applying the high-strain dynamic testing， low-strain integrity testing and static load test， multi-dimensional detection of the foundation pile was carried out， which produced the accurate bearing capacity and integrity of the foundation pile and other relevant factors. The research then determined whether the foundation pile met the project needs and verified the detection effect of various pile detection technologies.

Keywords： foundation pile; high-strain dynamic testing; low-strain integrity testing; static load test

現階段，我國的基礎設施建設正處于高速發展階段，各地區基礎設施建設逐漸完善，改擴建工程比比皆是。在改擴建工程中，樁基礎作為最基礎、最常見的支護結構起到了不可替代的作用，其中基樁是樁基礎中最主要的受力構件，確保基樁結構質量符合工程要求尤為重要。近年來，我國加深了對基樁質量安全的認識，對基樁結構質量進行高效可靠、經濟適用的檢測手段已被高度重視，并得到快速發展和應用。目前，針對基樁檢測技術，前人已進行了大量探索與應用：包括應用高應變檢測法（段海帆，2018）、靜載試驗（林國強，2008）檢測技術對基樁承載力檢測進行研究；應用低應變檢測法（蔡以智，2004；張振拴等，2011；徐志華等，2017）、透射法（張程林等，2014）檢測技術對基樁完整性檢測進行研究。而在改擴建工程項目中，基樁本身的情況則更加復雜，所受的外界因素影響變化相對更大，其質量安全問題更具隱蔽性和多變性。本文以實際工程項目為例，結合工程設計需要，科學合理地選擇檢測方法，分析檢測試驗數據，論證工程基樁質量，從而佐證各基樁檢測技術的有效性和準確性。

1? 常用的基樁檢測技術簡述

1.1? 高應變檢測法

在開展基樁承載力檢測工作中，高應變檢測法是常用手段，且具有檢測時間短、費用低、效率高等優勢。高應變檢測法的基本原理是向樁頂軸向施加一個沖擊力，使樁產生足夠的貫入度，實測由此產生的樁身質點應力和加速度的響應，通過對應力波理論分析，實現對基樁豎向抗壓承載力及樁身完整性的檢測。高應變檢測法運用到一維波動方程、達朗貝爾公式及行波理論（羅輔前，2022），通過實測的應力波曲線，結合土層參數，可求得與樁運動相關的土的最大靜、動阻力值，進而評價計算極限承壓力（中國生等，2017），亦可對樁身完整性做出準確評價（谷熠巖等，2008）。試驗過程中有一定的危險性，對基樁本身可能會造成影響，為確保高應變檢測發揮作用，應嚴格制定設計，按規定做好防護措施。在實際操作中，應注意保持樁頭頂面水平、完整，樁頭中軸線與樁身中軸線完全重合，樁頭截面積應與原樁身截面積相同。

1.2? 低應變檢測法

低應變檢測法檢測速度相對較快，操作較為簡單，短時間內可完成基樁的檢測工作，在基樁完整性檢測方面，該方法是最簡單高效的技術手法（王磊等，2018）。低應變檢測法是多種方法的統稱，目前常用反射波法，是通過對受檢樁樁頂施加沖激振力，并由預先設置的傳感器接受樁身的動態響應函數信息，得到實測的頻率信號和速度信號，繪制速度響應時域曲線，在假定應力波在樁身傳播時平截面成立的前提下，借助一維波動理論，建立一維線性桿件模型（甘梓堅，2022），綜合曲線數據的相位和幅值計算基樁內可能存在的缺陷類型，并根據波形參數推斷缺陷所處位置，進而實現對樁體混凝土完整性的判斷（高燕，2021；陳偉池等，2022）。為獲得清晰完整的反射波形，低應變檢測中要根據基樁的實際情況，包括直徑大小、測試信號的傳遞效果等因素選擇、調整測試點點位，并對同一測試點位進行多次信號數據采集，形成最真實的波形和數據，從而達到測試目的。在實際操作中，應注意保證樁頂干凈，保持樁頭的材質、強度、截面尺寸與樁身基本相同，樁頂面平整、密實，并與樁軸線基本垂直。

1.3? 靜載試驗

基樁靜載試驗方法在檢測基樁承載力方面目前是最可靠、最成熟的方法，能夠直觀地展示試驗結果，在獲取基樁豎向抵抗壓承載力、豎向抗拔承載力或水平承載力等方面有較高的認可度。靜載試驗是通過在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產生的沉降、上拔位移或水平位移，從而確定相應極限承載力。根據基樁靜載試驗的加壓反應裝置的不同大體分為堆重平臺反力法、錨樁橫梁反力法和自平衡法等（黃繁昌，2017；張訓玉等，2021），在國內外得到普遍應用。在明確試驗項目、確定試驗方法、選取最大加載量等要求的前提下，開展測試試驗、采集數據并處理，繪制承載力-位移曲線（Q-S）或時間-位移曲線（S-log t），進而判斷樁身承壓力情況（洪鑫，2012；賀小青，2022）。靜載試驗所獲得的結果直接可靠，但由于其檢測設備重量較大，檢測數據收集過程較為復雜，試驗所需場地條件相對較大，目前多應用無損檢測技術，以便更便捷地檢測荷載力。在實際操作中，多采用逐級加載的方式進行，在整個加載過程中控制加載速度，全程維持慢速加載。

1.4? 超聲波透射法

超聲波透射法在質量檢測方面與低應變檢測法相同，其主要指標是對基樁樁身進行的完整性檢測。超聲波透射法是通過在樁體混凝土中預埋聲測管，在聲測管之間接受并發射超聲波信號，根據實測超聲波在混凝土介質中傳播的波幅衰變、頻率、PSD、聲時等聲學參數，根據波動理論，分析判斷混凝土材料的結構、密度及應力應變關系等情況，進而完成對樁身完整性的檢測。在超聲波透射檢測中，可根據發射、接收換能器的3種不同位置分為平測、斜測和扇形掃描方式。通常情況下，多用平測進行全面普查，在發現缺陷，需對缺陷進行定位時，改用斜測和扇形掃描的方式進行檢測。超聲波透射法是依據聲學參數變化進行檢測，其檢測靈敏度很高，能較好地反應較小的樁身缺陷，并可判斷缺陷具體長度。但由于超聲波透射法是依靠預埋的聲測管進行檢測，聲測管的外圍是其檢測盲區。同時在實際操作中，應注意儀器設備的選用，儀器的精度和準確度直接影響超聲波透射法的實際效果。

1.5? 鉆孔抽心檢測法

鉆孔抽心檢測法通常是作為檢測樁長、樁身缺陷、樁底沉渣厚度以及樁身混凝土強度，判定或鑒別樁端巖土性狀的驗證方法，可有效提高檢測質量，最大程度地減少誤判，漏判，提高檢測準確性。鉆心法多是采用液壓操縱的高速鉆機，配備適宜的水泵、孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩定器和可撈取松軟渣樣的鉆具（王詩東，2020），由專業技術人員操控鉆取樁心進行檢測，參考相關數據信息，分析基樁澆筑及混凝土質量問題。傳統的鉆心法檢測技術檢測過程相對較繁瑣，數據處理工作量大，檢測效率不高，質量管理也存在一定難度（宋兵等，2019）。因此在整個檢測過程中要對樁心進行嚴格把控，取樣過程要求控制取樣速度，勻速推進鉆具，取樣深度保證在2 m以上，數據檢測要求借助專業信息技術，進行多次反復檢測，并比對結果控制誤差，避免偶然性，提高檢測準確性和合理性。

在實際工程項目中，根據工程項目檢測需要，綜合分析工程項目基樁實際情況、具體施工條件，檢測經費預算等相關因素，選取適合工程項目的檢測方法，進而實現便捷、高效、經濟的完成項目基樁檢測工作，達到基樁檢測目的。

2? 改擴建工程實例分析

2.1? 工程概況

某改擴建工程基樁采用鉆孔灌注樁和高強預應力混凝土管樁，總樁數為674根，分布位置見圖1，基樁概況見表1。根據前期勘察確定，改擴建場地分布有厚度較大的淤泥質土，屬抗震不利地段，地形地貌中等復雜，周邊環境條件中等復雜，場地巖土種類較多，且分布不均勻。綜合考量，該工程重要等級為一級，場地復雜程度為二級，地基復雜程度等級為二級，巖土工程勘察等級為甲級。

根據野外鉆探、原位測試及室內試驗成果，結合場地前期勘察報告，根據地層年代、成因、巖性及物理力學性質，將場地勘探揭露深度范圍內的地層劃分為12層（包括亞層、夾層），各土層厚度及特征見表2。改擴建場地淺層地下水為第四系松散孔隙潛水，主要賦存在第四系全新統砂層（③2層）及壓實填土層（①1層、①2層）中。地下水的補給來源以大氣降水入滲、側向徑流為主，徑流方向自東南向西北（由陸域向海域），地下水側向流出、蒸發是地下水的主要排泄方式。勘察期間測得場地穩定地下水位埋深4.22～5.09 m，平均水位埋深4.66 m，穩定水位高程為2.81～3.68 m，平均水位高程3.27 m。

2.2? 檢測方法

根據改擴建工程對基樁檢測的實際需要，分別選擇高應變法，判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求，分析樁側和樁端土阻力；選擇單樁豎向抗拔靜載試驗，判定單樁豎向抗拔承載力是否滿足設計要求；選擇低應變法，檢測樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。按照JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》及設計文件要求，各檢測區域實際檢測工作量見表3。

2.3? 檢測結果

1）高應變法檢測結果

本改擴建工程完成高應變法檢測基樁73根，各樁實際檢測結果見表4。

2）低應變法檢測結果

本改擴建工程完成低應變法檢測基樁323根，其中Ⅰ類樁315根，占比97.5%，Ⅱ類樁8根，占比2.5%，各樁實際檢測結果見表5。

3）單樁豎向抗拔靜載試驗檢測結果

本改擴建工程完成單樁豎向抗拔靜載試驗3根，各樁實際檢測結果見表6。

2.4? 討論

分析高應變檢測法檢測數據，可得出本工程項目基樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均大于單樁豎向抗壓承載力特征值的2倍，即單樁豎向抗壓承載力特征值均大于單樁豎向抗壓承載力特征值；分析低應變法檢測數據，結合樁身完整性判定要求，可得出本工程項目基樁樁身完整性均相對較好，均為Ⅰ、Ⅱ類樁；分析單樁豎向抗拔靜載試驗檢測數據，本工程項目基樁的極限承載力試驗值為600 kN，而其承載力特征值為300 kN，即極限承載力試驗值為承載力特征值的2倍。

根據分析上述3種檢測方法的檢測結果，可得出：1）通過對擬改擴建工程內73根基樁進行高應變法檢測，結果表明其樁基的單樁豎向抗壓承載力特征值均滿足設計要求；2）通過對擬改擴建工程內323根基樁進行低應變法檢測，結果表明抽檢樁均為Ⅰ、Ⅱ類樁；3）通過對擬改擴建工程內3根基樁進行單樁豎向抗拔靜載試驗，結果表明其樁基的單樁豎向抗拔承載力特征值均滿足設計要求。

3? 結論

不同的基樁檢測方法具有不同的應用方向和優缺點。高應變法、靜載試驗對基樁承載力具有很好的檢測效果，低應變法在基樁完整性檢測方面具有很好效果。在實際工程項目中，應結合實際情況，綜合分析其巖土工程條件、施工技術水平等因素，合理安排基樁檢測方法，加強基樁施工后的質量檢測，提高基樁檢測工作水平和檢測評定結果的準確性和可靠性，保證樁基工程的質量安全。尤其是在改擴建工程中的基樁檢測工作，要注意選擇多種檢測及驗證方法，相關補充、驗證，有效提高基樁檢測結果的準確性，避免檢測內容單一、檢測結果不準確、檢測結論誤判等情況的出現。

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收稿日期：2023-03-08；修回日期：2023-04-12

第一作者簡介：張旭（1989- ），男，本科，工程師，主要從事樁基、地基承載力檢測。E-mail：1274496833@qq.com

通信作者簡介：李文（1990- ），男，碩士，工程師，主要從事水文地質、地熱地質相關工作。E-mail：402128604@qq.com

引用格式：張旭，李文，2023.基樁檢測技術在煉油改擴建工程項目中的應用［J］.城市地質，18（3）：76-82