房屋建筑樁基工程檢測質(zhì)量研究

王 東

廣東國基檢測科技有限公司 廣東 廣州 511453

樁基礎是一種既古老又現(xiàn)代的高層建筑的物和重要建筑物工程中被廣泛采用的基礎形式。樁基的作用是將上部結構較大的荷載通過樁穿過軟弱土層傳遞到較深的堅硬土層上，以解決淺基礎承載力不足和變形較大的地基問題。樁基具有承載力高，沉降量小而均勻，沉降速率緩慢等特點。目前，隨著我國工程建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展，樁基礎已成為我國工程建設中最重要的一種基礎形式。樁基礎工程的造價通常占土建工程總造價的1/4以下，屬于隱蔽工程。樁基工程直接關系到整個建筑物的安危。樁基礎通常在地下或水下，施工工序繁瑣，技術要求高，施工難度大，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。因此，樁基礎工程的試驗和質(zhì)量檢驗尤其重要[1]。

1 樁基的概述及樁基工程常見的質(zhì)量問題

樁基工程是建筑物中重要的構成部分。樁按承載性狀分為摩擦型樁、端承型樁；按成樁方法分為擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁；按樁身材料不同分為鋼筋混凝土樁、鋼樁、木樁；按直徑大小分為小直徑樁、中等直徑樁、大直徑樁；按制作工藝不同分為預制樁、灌注樁。當樁基工程中的質(zhì)量出現(xiàn)問題的時候，那么也會致使建筑物在使用過程中出現(xiàn)相關的質(zhì)量問題，從而嚴重地威脅人們的生命以及財產(chǎn)安全。因此，在房屋建筑工程項目的施工過程中對樁的質(zhì)量把控就尤為重要。在當前的房屋建筑工程建設過程中，很難確保建筑工作人員團隊的專業(yè)水平，并且房屋建筑項目的建設過程大不相同，因此，就很容易使樁基工程出現(xiàn)相關的質(zhì)量問題。比如灌注樁在灌注過程中操作不當就容易出現(xiàn)以下問題：1、導管提升過快導致混凝土存在大量蜂窩麻面缺陷；2、泥漿護壁塌孔形成斷樁或樁身含泥；3、孔底沉渣太厚，影響樁端承載力發(fā)揮；4、混凝土和易性不好，產(chǎn)生離析現(xiàn)象等等。預制樁在打入過程中容易出現(xiàn)以下問題：1、拉應力引起樁身開裂；2、樁錘選用不合適，樁難于打至預定設計標高或不滿足貫入度要求；3、打樁次序安排不合理，導致鄰近樁上浮或擠壓折斷；4、樁尖遇硬土層、孤石，因錘擊次數(shù)過多，沖擊能量過大引起樁身破裂或折斷等等。那么這個時候如果沒有開展有效樁基工程檢測工作，就會導致樁基工程出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量問題。鑒于樁基礎在施工中容易出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，因此樁基工程的試驗、檢測、驗收工作非常重要。如何做好樁基工程的質(zhì)量檢測是我們應該思考的問題。

2 房屋建筑工程中樁基工程的質(zhì)量檢測方法及技術應用

房屋建筑工程中樁基工程的質(zhì)量檢測方法主要分為兩大方面：一、承載力檢測，判斷樁的承載能力；二、完整性檢測，檢測樁身材料、尺寸方面的問題。承載力檢測的方法有靜載試驗法、高應變法；完整性的檢測的方法有低應變法、聲波透射法、鉆芯法、高應變法。

2.1 靜載試驗檢測技術

靜載試驗是指在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。以單樁豎向抗壓靜載試驗為例，廣東地區(qū)常用的加載反力裝置為壓重平臺反力裝置（見圖1），試驗過程中對數(shù)據(jù)采集的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：a)壓重平臺支墩對測量裝置的影響；b)位移測量裝置安裝不規(guī)范；c)加載裝置的不穩(wěn)定。為了降低不利因素對數(shù)據(jù)的影響提高檢測數(shù)據(jù)的準確度就要逐一解決以上問題：a)降低壓重平臺支墩對測量裝置的影響可以采取以下措施：嚴格控制支墩地基土的壓應力，對地基土進行加固，提高支墩地基土的承載能力（檢測員容易忽略支墩地基土的壓應力的影響）；加大鋼平臺中次梁的長度，使支墩與檢測樁的距離加大；b)位移沉降測定平面應該設在樁身側(cè)面混凝土上，如果位移沉降測定平面安裝在千斤頂與受檢樁之間的鋼板上，就要保證鋼板的剛度足夠大，基準樁應打入地面以下足夠的深度，且基準梁應有一定的剛度來減少自重引起的基準梁撓度變形；c)因加載裝置油泵、油管及千斤頂質(zhì)量問題引起的不間斷補載對數(shù)據(jù)的影響較大，所以保證加載裝置的穩(wěn)定可靠也就顯得尤其重要。另外我們檢測人員要清楚的是所測沉降量不僅僅是樁的貫入量，該部分還包括樁身彈性壓縮量。對樁承載力的分析兩種情況值得我們注意：一種情況是經(jīng)過靜載試驗后樁的承載力提高了，另一種情況是經(jīng)過靜載試驗后樁的承載力降低了[2]。

圖1 壓重平臺反力試驗裝置示意圖

2.2 聲波透射法檢測技術

聲波透射法是用人工方法在混凝土介質(zhì)中激發(fā)一定頻率的彈性波，該彈性波在介質(zhì)中傳播時，遇到混凝土介質(zhì)缺陷會發(fā)生反射、透射、繞射，由接收換能器接收的波形，對波的到時、波幅、頻率及波形特征進行分析，就能判斷混凝土樁的完整性及缺陷的性質(zhì)、位置、范圍及缺陷程度。以廣東省建筑地基基礎檢測規(guī)范為例聲學參數(shù)中主要用聲速、波幅、波形特征判定樁身完整性，且綜合考慮缺陷的空間分布（深度范圍、徑向范圍）。聲速是由管距、聲時（v=l/t）計算而來，測試時管距取兩聲測管口的外壁間凈距離帶來的誤差是顯而易見的（管距的誤差可以通過在換能器上安裝測斜傳感器來更正），且收發(fā)換能器都是按居中計算未充分考慮換能器在兩管中最遠及最近距離的不利影響會疊加至聲時中，在這種狀態(tài)下，單純用聲速來分析混凝土的質(zhì)量就會產(chǎn)生較大的誤差，同根樁不同剖面的聲速值也不具備可比性。為提高聲速的數(shù)據(jù)準確性就要保證聲測管的剛度、聲測管應呈對稱形狀布置且應相互平行保證管距等凈距、在保證換能器能正常提升下降的情況下盡量選擇更小內(nèi)徑的聲測管。波幅是測點首波幅值，波幅的數(shù)值與測試系統(tǒng)的性能、狀態(tài)、設置參數(shù)、聲耦合狀況、測距、測線傾角相關，在保證上述條件一直的情況下，測點波幅的差異才能真實的反應被測混凝土質(zhì)量差異導致的聲波能量衰減的差異。波形特征是判斷混凝土缺陷的一個參考，聲波與波幅只與接收波的首波有關，接受波的后續(xù)部分是各種路徑聲波疊加的結果，后續(xù)波的強弱反映了聲波在樁身混凝土內(nèi)各種聲傳播路徑上總的能量衰減。在實際應用中，既不能唯“聲速論”，也不能不分主次將各種判據(jù)同等對待。

2.3 低應變法檢測技術

利用應力波在樁中傳播時，當樁身的波阻抗發(fā)生變化會產(chǎn)生反射的原理，通過分析反射波的幅值、相位、到達時間，得出樁缺陷的大小、性質(zhì)、位置等信息，最終對樁基的完整性給予評價。低應變法包括穩(wěn)態(tài)激振的穩(wěn)態(tài)機械阻抗法和共振法、瞬態(tài)激振的反射波法、瞬態(tài)動力法、水電效應法等。由于反射波法具有簡單、快速、實用等特點，絕大多數(shù)的單位采用發(fā)射波法，即通過速度時域曲線分析，判斷樁身完整性為主。反射波法假設樁為連續(xù)彈性一維勻質(zhì)桿件，在樁頂施加一脈沖沖擊力，就有彈性波沿樁身向下傳播，根據(jù)波動理論，介質(zhì)中傳播的波遇到波阻抗差異（ρcA）界面時，就會產(chǎn)生反射。設樁底反射初至時間為T，樁長為L。基本公式：T=2L/c（c—壓縮波在樁身中傳播速度；L樁頂至反射界面的距離；T壓縮波自樁頂激發(fā)，傳至反射界面后，反射回樁頂所需時間。）測試過程中根據(jù)樁長及樁身傳播速度即可計算出樁底位置，再結合2L/c范圍內(nèi)的缺陷反射綜合判定樁身完整性。因此L、c的輸入對數(shù)據(jù)的影響至關重要，為確定準確的樁長可通過鋼筋籠長度測試儀檢測樁身長度。受樁周土約束、激振能量、樁身材料阻尼和樁身截面阻抗變化等因素的影響，應力波在傳播過程中出現(xiàn)能量和幅值逐漸衰減過程，致使儀器測不到樁底反射信號，此時不應對整根樁進行完整性檢測。激振點與傳感器安裝點的距離太近，入射波后面往往緊跟著一個負向脈沖，影響淺部缺陷的分析判斷。影響測試信號的因素很多，它們往往使波形畸變而偏離“正常”狀態(tài)，導致誤判樁身質(zhì)量。因此檢測時應隨時檢查采集信號的質(zhì)量，判斷實測信號是否反映樁身完整性特征，如果實測信號一致性較差，應分析原因，增加檢測點數(shù)量。

2.4 高應變動力檢測技術

高應變動力試樁的基本原理：用重錘沖擊樁頂，使樁土產(chǎn)生足夠的相對位移，以激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)的應變和加速度傳感器接受到的應力波信號，應用應力波理論分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身完整性。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)主要由力曲線、速度曲線、上下行波、位移曲線組成，力值（F=AEε）經(jīng)由應變換算而成，速度由加速度積分得到，位移由加速度曲線二次積分及水準儀測量后綜合確定。高應變試驗成功的關鍵是信號質(zhì)量以及信號中的信息量是否充分。應根據(jù)每錘信號質(zhì)量以及動位移、貫入度和大致的土阻力發(fā)揮情況，初步判別采集到的信號是否滿足檢測目的要求。同時也要檢查混凝土樁錘擊拉、壓應力和缺陷程度大小，以決定進一步錘擊，以免樁頭或樁身受損。高質(zhì)量的高應變波形信號有以下特點：力和速度的時程一致，峰值之前兩者重合，當出現(xiàn)上行波時兩曲線開始拉開，力曲線在速度曲線之上（除非樁身有缺陷），兩曲線間距離隨樁側(cè)土阻力增加而增大，其差值等于相應深度的總阻力，真實反映樁周土阻力的實際情況；力和速度曲線的時程波形最終歸零；錘擊沒有嚴重偏心，對稱兩個力或速度傳感器的測試信號相差不大，力信號不出現(xiàn)受拉；波形平滑，無明顯高頻干擾，摩擦型樁樁底反射明確；有足夠的采樣長度，保證曲線擬合時間段長度不少于5L/c，并在2L/c時刻后延續(xù)時間不小于20ms；貫入度適中，一般單擊貫入度不宜小于2mm，也不宜大于6mm。

為了保證數(shù)據(jù)的準確度，樁頂面應平整（與樁軸線垂直），應重錘低擊，錘架安放在平整穩(wěn)固的地基上，傳感器安裝應緊貼樁身表面，錘擊時不得產(chǎn)生滑動，減少錘擊過程活動阻力的產(chǎn)生。高應變信號不同于隨機信號的可解釋性—即使不采用復雜的數(shù)學計算和提煉，只要檢測波形質(zhì)量有保證，就能定性地反映樁的承載性狀及其他相關的動力學問題。高應變分析計算結果的可靠性高低取決于動測儀器、分析軟件和人員素質(zhì)三個要素，起決定作用的是具有堅實理論基礎和豐富實踐經(jīng)驗的高素質(zhì)檢測人員[3]。

2.5 鉆芯法檢測技術

鉆孔取芯法主要是采用鉆孔機對樁基進行抽芯取樣，根據(jù)取出芯樣，可對樁基的長度、混凝土強度、樁身完整性、樁底沉渣厚度、持力層情況等作清楚的判斷。混凝土鉆芯的樁長是通過量取芯樣的長度進行統(tǒng)計的，當部分芯樣有斜斷面時操作人員按每回次的長度統(tǒng)計是錯誤，這樣會導致記錄的樁長比實際樁長長。混凝土芯樣在缺陷位置進行取樣抗壓時，根據(jù)試件抗壓強度公式：cu=4P/πd2（P—芯樣試件抗壓試驗測得的破壞荷載；d—芯樣試件的平均直徑）可知如果缺陷較大，試件的受力面積就不能按d進行計算。樁底沉渣厚度的確定根據(jù)現(xiàn)場的鉆孔深度及芯樣長度進行計算是比較粗劣的，力保數(shù)據(jù)的準確就應該使用孔內(nèi)攝像法對樁底沉渣厚度進行核實。由于建筑場地地質(zhì)條件復雜多變和非均勻的，各樁成樁質(zhì)量變化較大，不應根據(jù)幾根樁的鉆芯結果對整個工程樁基礎進行評價。

3 樁基檢測技術的優(yōu)缺點

靜載試驗法的優(yōu)點是操作簡單，結果直接可靠，缺點是勞動強度大，危險性高，造價高。低應變反射波法優(yōu)點是儀器輕便、現(xiàn)場檢測快捷，從理論到實際應用較為成熟，但也要充分考慮到它的局限性：樁長較長時較難測量深部缺陷以及樁底反射波不明顯時容易造成誤判。聲波透射法與其他完整性檢測方法相比，聲波透射法能夠進行全面、細致的檢測，且基本無限制條件，缺點是聲測管埋設比較隨意，容易對檢測結果造成影響。高應變法優(yōu)點是儀器設備較為輕便，檢測費用較傳統(tǒng)靜載低，能較好測試深部缺陷，但是測試過程力量一旦過大就會破壞樁的結構，且對人員素質(zhì)要求較高。鉆芯法優(yōu)點是直觀實用，根據(jù)芯樣情況可以直接進行判定，但鉆芯法是一種有損檢測方法，應充分考慮對結構受力的影響。

4 樁基工程質(zhì)量檢測控制措施

根據(jù)各檢測方法測試原理，結合實際情況我們在樁基工程質(zhì)量檢測過程中應首先我們國家通過連續(xù)修訂完善現(xiàn)有相關規(guī)格和國家的相關標準，提高樁基礎項目的高質(zhì)量測試標準，從而可以有效的促進樁基礎工程檢測質(zhì)量和效率；其次檢測人員應樹立正確的質(zhì)量意識觀，提高專業(yè)技術能力，充分考慮測試過程中輸入的量對檢測結果輸出量的影響，對容易造成檢測結果失真的影響因素進行嚴格把控。

5 結束語

總而言之，現(xiàn)階段我們國家的房屋建筑工程的建設區(qū)域正在不斷的增加，因此房屋建筑工程和相關的建筑物的項目不斷擴大，并且建筑工程的施工時間逐漸增加。因此，很多建筑工程建設企業(yè)只關注企業(yè)的效益，而對建設的施工品質(zhì)不夠關注，這樣就非常容易導致建設施工工程中發(fā)生相關的安全事故。因此檢測樁基礎工程對于提高房屋建筑工程非常重要，尤其是檢測樁基礎工程的質(zhì)量。因此，在建造房屋建筑工程的過程中，利用樁基測試的方法可以實現(xiàn)房屋建筑工程質(zhì)量的保障。并且在提升房屋建筑工程項目質(zhì)量的同時，因為樁基工程的檢測更為復雜。員工需要具體專門的建筑技術素養(yǎng)，并且建筑團隊需要組織員工以及時完成樁基工程測試以及完成專業(yè)的培訓學習活動。因此，樁基礎工程質(zhì)量檢測行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展也是建筑工程相關方需要持續(xù)進行研究的主題。