樁基檢測技術(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 樁基檢測的現(xiàn)狀及重要性

1.1 樁基檢測的現(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，同時中國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)量檢測技術(shù)，經(jīng)過了多年的發(fā)展，樁基檢測技術(shù)得到進(jìn)一步的豐富和優(yōu)化，目前很多高新技術(shù)、高新檢測技術(shù)被應(yīng)用于樁基施工質(zhì)量控制方面，這對于推動建筑行業(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，在樁基檢測領(lǐng)域日漸增加了大批量的先進(jìn)人才，推動者樁基檢測技術(shù)的發(fā)展。在實際開展檢測過程中，檢測人員需要嚴(yán)格以國家檢測規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計說明為基礎(chǔ)，同時對工地的實際情況加強考慮分析，做好樁基檢測技術(shù)的合理選擇，同時要嚴(yán)格把控樁基檢測的每一道工序。

但是近些年有的工程項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)單位需要提高對樁基檢測工作的重視度，嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范落實樁基檢測個工作，嚴(yán)格把控每一步檢測工序，將樁基檢測的準(zhǔn)確性提高，切實保證樁基施工效果。

1.2 樁基檢測的不足

作為建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，樁基對建筑物整體質(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，工作人員需要加強監(jiān)測樁基設(shè)計和施工過程，將樁基的承載力、安全性盡可能地提高。樁基檢測可客觀地評價樁基質(zhì)量情況。當(dāng)前樁基檢測行業(yè)雖然人員和設(shè)備較多，但是檢測人員技術(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結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至無法發(fā)揮出樁基檢測的價值。此外，當(dāng)前樁基檢測中還存在另一個制約樁基檢測質(zhì)量的因素，即環(huán)境因素，如果環(huán)境較為惡劣，可能導(dǎo)致無法正常使用機械設(shè)備，或者檢測工作受阻，導(dǎo)致檢測結(jié)果準(zhǔn)確度不高，無法客觀地評價樁基質(zhì)量?？梢?，需要提高檢測人員對于樁基檢測的認(rèn)識，并且加強應(yīng)用現(xiàn)代檢測設(shè)備，合理選用檢測技術(shù)，提高樁基檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，切實發(fā)揮檢測結(jié)果的價值。

2 高層建筑樁基檢測內(nèi)容

樁基礎(chǔ)處于建筑的底部，工作人員難以及時發(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)會對后續(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，要加強檢測樁基質(zhì)量情況。

2.1 成孔檢測

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；樁孔孔徑過大會增加施工阻力，難以將樁基的作用充分發(fā)揮出來?？梢?，有必要測量樁孔。

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

2.2 樁基完整性檢測

鉆孔取芯法、低應(yīng)變動力試樁法、聲波透射法等都是高層建筑樁基完整性檢測常用手段。當(dāng)前低應(yīng)變動力試樁法是高層建筑樁基檢測中使用較為頻繁的一種技術(shù)，該檢測方法簡便且有著較高的經(jīng)濟(jì)性，可以將檢測盲區(qū)問題有效避免。低應(yīng)變動力試樁技術(shù)通過檢測震動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，同時可以檢測灌注樁混凝土的強度[2]。不過該技術(shù)在施工中會擾動周圍的土體。

2.3 樁基承載力檢測

靜荷載試驗法、靜動法、高應(yīng)變動法是常用的3種高層建筑樁基承載力檢測技術(shù)。其中最為常見的檢測方法為靜荷載試驗法，同時也是當(dāng)前最具權(quán)威的檢測方法。這種檢測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]。

靜荷載試驗法。該方法主要是人為利用機械設(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樁基靜荷載情況。工作人員在試驗過程中需要及時準(zhǔn)確地分析樁基位移情況，從而對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過程中還要注意結(jié)合實際情況調(diào)整或者停止樁基受力，繪制Q-S曲線、s-lgt曲線，同時借助物力中力的作用對實際作用力情況進(jìn)行客觀的分析推測，同時配合使用相應(yīng)的裝置，確定樁基所能夠承載最大的荷載，根據(jù)靜載試驗檢測結(jié)果對樁基的具體應(yīng)用情況進(jìn)行客觀的判斷，比對設(shè)計圖紙、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。如果檢測后發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況那么需要及時反饋給管理人員，將處理方案設(shè)計好，以免對后續(xù)的施工安全產(chǎn)生威脅。

高應(yīng)變動法檢測。該方法既可以檢測承載力又可以檢測完整性。工作人員應(yīng)當(dāng)運用波形曲線進(jìn)行信息采集與分析，曲線中的部分會出現(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，樁基檢測報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)，檢測人員應(yīng)當(dāng)保證自身理論知識的完備，同時還應(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)，對現(xiàn)場的相關(guān)信息實施采集，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3 樁基檢測技術(shù)要點

3.1 鉆孔取芯法

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

3.2 靜載試驗法

樁基的單樁豎向承載能力對于基礎(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中可以使用靜載試驗法。檢測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估成樁性能。樁基施工中面臨著較為惡劣的環(huán)境，該檢測方法需要投入較高的檢測費用，耗費的時間也較長，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)變動測法

該方法能夠短時間內(nèi)便捷地完成檢測工作。在檢測過程中波形會直接影響檢測結(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)變動測法時樁側(cè)土阻力、動土阻力會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)用具有較強的局限性，通常可以檢測直小于等于1.8 m、樁長在5～50 m的樁基當(dāng)中。低應(yīng)變動檢測儀如圖1所示。

圖1 低應(yīng)變動檢測儀

工作人員在檢測中，要注意控制各個檢測環(huán)節(jié)和要點。打印機、力錘、傳感器、信號采集儀等都是低應(yīng)變動測法測試系統(tǒng)的主要組成內(nèi)容，工作人員可以聯(lián)合使用信號采集儀和計算機，也可以先測試，然后再和電腦連接進(jìn)行信號處理。當(dāng)前信號采集儀主要使用的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，為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性要避免使用干擾信號和交流電，通常此時使用直流電源。在選擇傳感器時，優(yōu)先選擇的是裝有放大式加速計的設(shè)備，較寬范圍的頻響的加速計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，這2種速度計尤其不適合用于測量大樁、長樁中。

低應(yīng)變動測法測量的關(guān)鍵在于能夠保證信號質(zhì)量。為了將信號質(zhì)量盡可能地提高，可以從如下4點進(jìn)行嚴(yán)格控制：①根據(jù)測試信號情況、樁徑差異確定測試點，對于超過120 cm樁徑的樁基可以選擇3～4個測試點，測試點和鋼筋籠的間距應(yīng)當(dāng)在10 cm以上，在樁基的四周和樁中心均勻地布設(shè)測試點。為了保證傳感器和樁頭良好地連接需要做好測試點的打磨。②錘擊點選擇時要注意距離傳感器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)確地獲取檢測數(shù)據(jù)。樁徑大小不會影響錘擊點的選擇，在檢測中工作人員也無需進(jìn)行錘擊點的打磨，如果需要打磨那么為了避免波形震蕩影響檢測結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)增加橡膠墊作為緩沖。③安裝傳感器時要考慮天氣特點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，避免過厚對信號的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。④要盡可能多地采集信號，對不同點位的激振情況進(jìn)行觀察，明確各個點位的波形是否一致，盡可能地提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性。

在檢測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，加強分析反射信號。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或者反射信號，那么會影響樁底信號，為了保證結(jié)論真確需要進(jìn)行抽芯對比。②樁基過多地進(jìn)入到了基巖。③樁身穿透了溶洞。工作人員在實際檢測中可能會遇到很多特殊的情況，需要仔細(xì)分析并且認(rèn)真地對比各個波形。要謹(jǐn)慎地對缺陷下定義，科學(xué)地判斷樁基承載力、大小、缺陷類型、混凝土強度等情況[5]。

3.4 高應(yīng)變動測法

在單樁豎向承載力或者樁身完整性檢測中常常應(yīng)用高應(yīng)變動測法。在檢測中，用重錘通過自由落體形式對樁頂進(jìn)行加壓，就動力系數(shù)進(jìn)行采集并且計算，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)變動測法在誤差控制方面有著很大的優(yōu)勢，比靜載試驗檢測方法能夠節(jié)省大量的費用，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過程，并未受到檢測人員的廣泛使用。高應(yīng)變動檢測儀如圖2所示。

圖2 高應(yīng)變動檢測儀

3.5 聲波透射法

聲波透射法是在樁基內(nèi)埋設(shè)若干根聲測管，然后關(guān)注混凝土，探頭利用聲測管進(jìn)行超聲脈沖的發(fā)射和接收，利用超聲探測儀測定穿過橫截面的超聲脈沖參數(shù)，判斷測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)屬于無損檢測方法，適用性較強，在超過60 cm的樁徑質(zhì)量檢測中都可以應(yīng)用該技術(shù)。不過該技術(shù)僅僅可以對混凝土完整性進(jìn)行檢測，無法對樁基的持力層、擴(kuò)孔進(jìn)行檢測。

探頭升降裝置、超聲檢測儀、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)時可以埋設(shè)1根聲測管；對于1.2～2 m直徑范圍的樁基需要埋設(shè)2根聲測管測得4組數(shù)據(jù)；對于超過2 m直徑的樁基需要埋設(shè)3根聲測管得到6組測量數(shù)據(jù)。人工放線檢測可以采用評測法從底部向頂部或者從頂部向底部進(jìn)行測量，按照50～100 cm的范圍控制測定間距?？梢允褂蒙刃螠y法或者斜側(cè)法測定樁基的缺陷情況[6]。

概率法主要是對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏和修整。在樁基檢測中，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管不平行時難以反映出聲時的變化情況[7]。

新型聲波檢測儀器能夠自動計算PSD判據(jù)，但是需要人工結(jié)合實際情況做好臨界判據(jù)值的確定。如果檢測發(fā)現(xiàn)了缺陷那么需要利用實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計強度指標(biāo)和混凝土均勻性計算缺陷類型[8]。

4 結(jié)語

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性的解決辦法，切實保證樁基的施工質(zhì)量，提高高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。