基樁檢測(cè)技術(shù)及綜合應(yīng)用

文／袁斌 上海永固檢測(cè)技術(shù)有限公司 上海 201901

引言：

近年來(lái)，建筑工程的規(guī)模越來(lái)越大，工程中采用的新技術(shù)、新材料、新工藝也越來(lái)越多?；鶚缎问揭沧兊枚喾N多樣。在上海地區(qū)廣泛使用的基樁種類(lèi)有：灌注樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力混凝土方樁、錨桿樁、水泥土樁、鋼樁等。樁基工程有以下特征：（1）高度的隱蔽性；（2）沉降量小、均勻；（3）穩(wěn)定性好；（4）承載力極高；（5）施工難度高且復(fù)雜；（6）質(zhì)量缺陷后期難以彌補(bǔ)挽救?；A(chǔ)是工程的支撐，它承載著上面主體的所有荷載。所以基樁的好壞關(guān)系著整個(gè)建筑的安全穩(wěn)定[1]。

最早期的工程中使用木樁，后來(lái)隨著科技發(fā)展，各種形式的樁相繼出現(xiàn)。同時(shí)基樁檢測(cè)技術(shù)也不斷發(fā)展變革。尤其在最近的二三十年，基樁檢測(cè)技術(shù)空前發(fā)展繁榮。隨著檢測(cè)技術(shù)日漸成熟，各種基樁檢測(cè)的方法也逐步標(biāo)準(zhǔn)化。目前已經(jīng)成熟應(yīng)用的基樁檢測(cè)方法有：低應(yīng)變法、超聲波透射法、高應(yīng)變法、靜載荷試驗(yàn)、鉆孔取芯法、成孔質(zhì)量檢測(cè)法、孔內(nèi)攝像法。

基樁檢測(cè)方法是在理論知識(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，則它們的檢測(cè)結(jié)果必定也離不開(kāi)理論的假設(shè)和范圍?；鶚稒z測(cè)雖然有上百年歷史，但這些方法至今依然都存在著它們固有局限性。譬如，有些方法適用于灌注樁，有些方法適用于預(yù)制樁；有些方法能檢測(cè)樁的完整性，有些方法能檢測(cè)樁的承載力……對(duì)于基樁來(lái)說(shuō)，選擇可靠適合的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)體系至關(guān)重要。為了得到更準(zhǔn)確可靠的結(jié)論，通常在工程中會(huì)用多種基樁檢測(cè)方法相交叉結(jié)合來(lái)進(jìn)行檢測(cè)分析。因?yàn)楫?dāng)對(duì)某種檢測(cè)方法的結(jié)論有疑問(wèn)時(shí)，可用其它的檢測(cè)法進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)。通過(guò)用幾種不同檢測(cè)法綜合分析得出的結(jié)論更準(zhǔn)確、可靠。不同方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)也不同，采用多種方法檢測(cè)分析就可以互相彌補(bǔ)缺點(diǎn)，并使檢測(cè)結(jié)果最優(yōu)化。為了達(dá)到“數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、評(píng)價(jià)正確”而且“安全適用、經(jīng)濟(jì)合理”的目標(biāo)；基樁檢測(cè)技術(shù)還需持續(xù)發(fā)展。工程中，有些基樁只能用一兩種基樁檢測(cè)法且結(jié)果不理想；比如對(duì)多節(jié)錨桿靜壓樁的檢測(cè)。對(duì)此，我們還迫切需要運(yùn)用一種更為先進(jìn)的基樁檢測(cè)技術(shù)。

1.基樁檢測(cè)的方法及其特點(diǎn)

基樁檢測(cè)的方法可以分為直接法和間接法。直接法有靜載荷試驗(yàn)法、鉆孔取芯法、孔內(nèi)攝像法；間接法有低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、超聲波透射法。

1.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法是用小錘在樁頂輕敲，實(shí)測(cè)樁頂速度（或?qū)崪y(cè)力）時(shí)程響應(yīng)，通過(guò)一維波動(dòng)理論的時(shí)域和頻域分析來(lái)判定樁身完整性的檢測(cè)方法。它可以判定樁身是否存在缺陷、缺陷的程度及其位置。低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)速度快，簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，且工作量少。這種檢測(cè)方法適用于混凝土灌注樁和預(yù)制樁；不能用于鋼樁、異形樁，同時(shí)對(duì)接頭不密實(shí)的多節(jié)錨桿靜壓樁不適用。計(jì)算分析樁身缺陷的公式如下：

低應(yīng)變的不足之處有：（1）樁長(zhǎng)大于40m 或長(zhǎng)徑比大于50 的樁不宜用此法；（2）只定性分析判定缺陷，不能對(duì)缺陷作定量分析和判定；（3）無(wú)法檢測(cè)樁底沉渣；（4）對(duì)微小缺陷無(wú)法分辨。

1.2 高應(yīng)變法

高應(yīng)變法是用重錘沖擊樁頂，使樁周土產(chǎn)生塑性變形，實(shí)測(cè)樁頂附近所受力和速度隨時(shí)間變化規(guī)律，通過(guò)應(yīng)力波理論分析得到樁土體系有關(guān)性狀。高應(yīng)變檢測(cè)單樁豎向承載力和樁身完整性的計(jì)算公式應(yīng)分別：

高應(yīng)變依據(jù)完整性系數(shù) 值的大小來(lái)評(píng)定樁身完整性，如下所示：β〈0.6 時(shí)，為Ⅳ類(lèi)；0.6 ≤β〈0.8 時(shí)，為Ⅲ類(lèi)；0.8 ≤β〈1.0 時(shí)，為Ⅱ類(lèi)；β=1.0 時(shí)，為Ⅰ類(lèi)。高應(yīng)變通過(guò)用凱司法計(jì)算的 值或用擬合法擬合得出的 值來(lái)確定單樁豎向抗壓承載力。

高應(yīng)變得出的承載力為理論推算而來(lái)，所以這種方法得出的結(jié)果沒(méi)有靜載荷試驗(yàn)精準(zhǔn)。當(dāng)同時(shí)用高應(yīng)變和靜載荷試驗(yàn)測(cè)基樁承載力時(shí)，高應(yīng)變有如下優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)費(fèi)用低，檢測(cè)時(shí)間短、工作量少，方法簡(jiǎn)單便捷。高應(yīng)變可以同時(shí)檢測(cè)樁身完整性和單樁豎向承載力。與低應(yīng)變相比，高應(yīng)變能檢測(cè)多處樁身缺陷，并能定量分析判定缺陷。另外，高應(yīng)變還可以用于基樁施工的打樁監(jiān)控，為合理選擇沉樁工藝和設(shè)備提供參考。但是用高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，也存在一些缺點(diǎn)：測(cè)的豎向承載力值為一個(gè)預(yù)估值而非精確值；不適用于檢測(cè)異形樁、大直徑擴(kuò)底灌注樁、多支盤(pán)樁等基樁的承載力。

1.3 超聲波透射法

超聲波透射法的檢測(cè)原理是在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射、接收超聲波，通過(guò)實(shí)測(cè)聲波傳播的聲時(shí)、頻率和波幅聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定。超聲波透射法可以定性地判定缺陷的位置、范圍和程度，屬于間接法。

超聲波透射法是一種成熟可靠的基樁檢測(cè)方法。它是檢測(cè)樁身質(zhì)量最主要的形式，特別是檢測(cè)長(zhǎng)、超長(zhǎng)的大孔徑灌注樁時(shí)。超聲波透射法還有以下的優(yōu)點(diǎn)：能用于地下連續(xù)墻的檢測(cè)；能對(duì)樁底情況或沉渣情況做出大概判定；能通過(guò)提前埋設(shè)聲測(cè)管對(duì)基樁進(jìn)行通長(zhǎng)檢測(cè)。超聲波透射法根據(jù)波速、波幅、PSD 值與整根樁異常判斷臨界值的大小關(guān)系來(lái)確定異常值。異常判斷臨界值則是用概率統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算而來(lái)。當(dāng)波速、波幅、PSD 值存在異常值時(shí)，評(píng)判該位置為缺陷。這種檢測(cè)方法存在以下缺點(diǎn)：（1）需提前埋設(shè)聲測(cè)管或鉆孔洞，檢測(cè)前期的準(zhǔn)備工作較繁多并且費(fèi)用較高；（2）不能用于預(yù)制樁、鋼樁；（3）難以判定缺陷的性質(zhì)；（4）預(yù)埋管堵塞會(huì)導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)。

1.4 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是一種用于檢測(cè)灌注樁或圍護(hù)樁樁身完整性的方法。它可以檢測(cè)樁身缺陷及其位置、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度，可以判定或鑒別樁端持力層性狀。鉆孔取芯檢測(cè)屬于一種直接法。它的缺點(diǎn)有：檢測(cè)費(fèi)用高，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。鉆孔取芯法檢測(cè)灌注樁時(shí)，通常與其他檢測(cè)方法結(jié)合進(jìn)行全面分析和綜合判定，并且作為一種驗(yàn)證檢測(cè)的方法。當(dāng)對(duì)其它檢測(cè)方法的結(jié)果有問(wèn)題或者對(duì)結(jié)果產(chǎn)生疑問(wèn)情況時(shí)，可以使用鉆孔取芯法直接鉆孔驗(yàn)證。

1.5 靜載荷試驗(yàn)法

靜載荷試驗(yàn)的檢測(cè)原理是在樁或土頂部逐級(jí)施加豎向壓力、上拔力或水平推力，觀測(cè)基樁頂部隨時(shí)間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，從而確定豎向抗壓承載力、豎向抗拔承載力或水平承載力的試驗(yàn)方法。它包括：?jiǎn)螛敦Q向抗壓靜載荷試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)、單樁水平靜載荷試驗(yàn)、天然地基靜載荷試驗(yàn)、復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。靜載荷試驗(yàn)是一種檢測(cè)基樁承載力最直接最可靠的方法。

靜載荷試驗(yàn)是一個(gè)重要的基樁檢測(cè)的試驗(yàn)，也是驗(yàn)證基樁承載力的重要方式。它既可以為工程設(shè)計(jì)和基樁的檢測(cè)驗(yàn)收提供依據(jù)，還可以用于檢驗(yàn)新工藝、新樁型。靜載荷試驗(yàn)的原理簡(jiǎn)單、檢測(cè)結(jié)果精確。這種方法在檢測(cè)基樁時(shí)的樁土狀態(tài)與實(shí)際最接近，所以它的檢測(cè)結(jié)果最準(zhǔn)確可靠且最能代表基樁的使用情況。靜載荷試驗(yàn)可以用于各種類(lèi)型的樁，如灌注樁、預(yù)制樁、異形樁、鋼樁等。它的缺點(diǎn)有：（1）檢測(cè)的費(fèi)用高；（2）檢測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)；（3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)花費(fèi)的人力物力繁多；（4）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)引起不安全的因素雜多，特別是大噸位樁。靜載荷試驗(yàn)可以得出精確的基樁承載力，所以它能夠作為事故工程樁和驗(yàn)證工程樁的重要依據(jù)。

1.6 孔內(nèi)攝像檢測(cè)法

孔內(nèi)攝像檢測(cè)法是一種檢測(cè)樁身完整性的方法，用于各種空心樁和鉆有孔洞的灌注樁檢測(cè)。這種方法可以定量檢測(cè)樁身缺陷的尺寸。孔內(nèi)攝像檢測(cè)是一種可靠、精確的檢測(cè)方法，能夠全面、清晰地觀察和記錄檢測(cè)樁段的視頻信息。它常與低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、超聲波透射法相互結(jié)合使用，作為一種驗(yàn)證檢測(cè)的方法?？變?nèi)攝像檢測(cè)的缺點(diǎn)有：需要與其他方法交叉結(jié)合來(lái)綜合檢測(cè)判定，只適用于空心樁和有孔的灌注樁。

1.7 成孔質(zhì)量檢測(cè)法

成孔質(zhì)量檢測(cè)是檢測(cè)鉆孔灌注樁的孔徑、孔深、垂直度、沉渣的成孔質(zhì)量的方法；它還可以評(píng)判樁孔的穩(wěn)定性。假使基樁的澆筑成型過(guò)程沒(méi)有問(wèn)題，那么樁孔的狀況在一定程度上能與基樁的擴(kuò)徑、縮徑情況相統(tǒng)一。所以，成孔質(zhì)量的好壞也直接影響著灌注樁的成樁質(zhì)量。成孔質(zhì)量檢測(cè)的結(jié)果有時(shí)候可以和高、低應(yīng)變的檢測(cè)結(jié)果相互參照、相互結(jié)合，從而判斷缺陷的種類(lèi)。

2.多種檢測(cè)方法交叉結(jié)合的意義

依據(jù)以上基樁檢測(cè)方法的原理和特征，我們很容易辨別出適用于它們的基樁形式。低應(yīng)變法和高應(yīng)變法適用于預(yù)制樁、灌注樁，超聲波檢測(cè)法適用于灌注樁，靜載荷試驗(yàn)法適用于各種類(lèi)型的基樁，成孔質(zhì)量檢測(cè)法只用于鉆孔灌注樁，孔內(nèi)攝像檢測(cè)法適用于各種預(yù)制空心樁、有鉆孔的灌注樁、鋼管樁，鉆孔取芯法適用于灌注樁。

不同的檢測(cè)方法皆具有自身的局限性，它們能夠檢測(cè)判斷出缺陷的深度和嚴(yán)重程度也不同。比如，低應(yīng)變法只能檢測(cè)判斷出30 米左右的缺陷，而聲波透射法能通長(zhǎng)范圍檢測(cè)……當(dāng)一種檢測(cè)方法不能給出準(zhǔn)確可靠的結(jié)果時(shí)，可以采用多種檢測(cè)方法相互交叉結(jié)合來(lái)綜合分析判定。這樣不同檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果也可以互相比較驗(yàn)證和互相補(bǔ)充。使最后得出的結(jié)論更加準(zhǔn)確可靠。例如：低應(yīng)變法檢測(cè)管樁不合格時(shí)，由于低應(yīng)變法對(duì)Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)的樁缺陷只能做定性判定而無(wú)法定量分析缺陷；僅靠低應(yīng)變的檢測(cè)結(jié)果判定這根樁會(huì)導(dǎo)致結(jié)論不可靠甚至錯(cuò)誤；而后，選擇用孔內(nèi)攝像檢測(cè)法、高應(yīng)變法或靜載荷試驗(yàn)法進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)，便于對(duì)缺陷的程度、位置做出定量的判定；最后綜合低應(yīng)變和驗(yàn)證檢測(cè)的結(jié)果做全面分析和綜合判定[2]。

對(duì)大孔徑灌注樁檢測(cè)時(shí)，用超聲波透射法、低應(yīng)變法交叉結(jié)合高應(yīng)變法或靜載荷試驗(yàn)法得出的結(jié)論更加準(zhǔn)確可靠。超聲波透射法檢測(cè)時(shí)可以采用平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃測(cè)三種方法結(jié)合起來(lái)進(jìn)行全面檢測(cè)和綜合分析。因?yàn)橛行┤毕葜挥闷綔y(cè)法可以分辨出，有些種類(lèi)缺陷只斜測(cè)或扇形掃測(cè)法能分辨出。例如基樁的橫向裂縫用平測(cè)法不能測(cè)出，需要用斜測(cè)或扇形掃測(cè)的方法才能分辨。

3.應(yīng)用綜合分析的方法

現(xiàn)場(chǎng)基樁檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)教我如何運(yùn)用檢測(cè)技術(shù)，它告訴了我如何去踐行“評(píng)價(jià)正確”的目標(biāo)原則。檢測(cè)時(shí)，為了排除其它的一切可疑選項(xiàng)，學(xué)會(huì)對(duì)幾種檢測(cè)方法靈活的綜合應(yīng)用和分析判定。只有把各檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合起來(lái)全面分析的結(jié)果才最準(zhǔn)確、最可靠[3]。

3.1 工程實(shí)例

3.1.1 工程概況

上海浦東新區(qū)某小區(qū)1#住宅樓的工程樁為預(yù)制方樁，樁長(zhǎng)22.0m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，S1#樁低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果為：在接樁處有嚴(yán)重缺陷。由于低應(yīng)變法只定性檢測(cè)缺陷，而無(wú)法判斷缺陷對(duì)承載力的影響。經(jīng)同委托單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位共同協(xié)商，決定采用靜載荷試驗(yàn)法對(duì)這根樁進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)。

3.1.2 結(jié)果分析

低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1：

靜載荷試驗(yàn)法的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2：

圖2 靜載荷試驗(yàn)s-lgt 曲線

由低應(yīng)變法的成果曲線可知S1#樁為Ⅲ類(lèi)樁或Ⅳ類(lèi)樁。但低應(yīng)變對(duì)缺陷無(wú)法做出具體判斷，存在這以下幾種可能：（1）當(dāng)缺陷由角鋼焊縫脫焊導(dǎo)致時(shí)，影響基樁結(jié)構(gòu)承載力，應(yīng)判Ⅳ類(lèi)樁；（2）當(dāng)缺陷由基樁墊片不密實(shí)導(dǎo)致時(shí)，不影響基樁結(jié)構(gòu)承載力，應(yīng)判Ⅲ類(lèi)樁。

靜載荷試驗(yàn)法的檢測(cè)結(jié)果顯示S1#樁承載力小于設(shè)計(jì)值448KN，不滿足設(shè)計(jì)要求。最后，綜合低應(yīng)變法和靜載荷試驗(yàn)法的檢測(cè)結(jié)果做出判定：S1#樁為Ⅳ類(lèi)樁。

3.2 工程實(shí)例

3.2.1 工程概況

一根上海寶山區(qū)某橋梁的鉆孔灌注樁：樁長(zhǎng)42.0m，樁徑800mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下C30。經(jīng)用聲波透射法檢測(cè)，在樁身淺部存在明顯缺陷，屬于Ⅲ類(lèi)樁。后來(lái)同甲方協(xié)商，再用鉆孔取芯法進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)。

3.2.2 結(jié)果分析

聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果顯示，該樁在1-2 和2-3 剖面，在0.4m-0.8m 范圍內(nèi)存在聲學(xué)參數(shù)異常：聲速值為（1580-2964）m/s，小于臨界值3042m/s；波幅值為（92-117）dB，小于波幅臨界值124dB；PSD 值為58，大于20。初步判定為嚴(yán)重缺陷，屬于Ⅳ類(lèi)樁。

然后用鉆孔取芯法對(duì)樁1-2 和2-3 剖面檢測(cè)時(shí)，取芯長(zhǎng)度為1.2m。鉆孔取芯的芯樣圖見(jiàn)圖3，檢測(cè)結(jié)論如下：在0.0m-0.5m 部位混凝土芯樣膠結(jié)差，嚴(yán)重離析，有空洞；判定為Ⅳ類(lèi)樁。所以，這根樁最終檢測(cè)結(jié)果為Ⅳ類(lèi)樁。

4.總結(jié)和建議

上海地區(qū)的土層多為砂土、粉土及淤泥質(zhì)土，承載力低。然而，基樁的承載力越來(lái)越高，甚至達(dá)到2000 噸。對(duì)于上海地區(qū)的土層和基樁，可以做一個(gè)形象的比喻：把豆腐塊比作土層，把基樁比作筷子。豆腐是柔軟物體，不能直接承受重物；但是當(dāng)在豆腐中均勻布置很多筷子時(shí)，豆腐塊則可直接放重物。所以，優(yōu)質(zhì)的基樁確保了一座座大廈屹立而不倒。

保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和檢測(cè)結(jié)論的正確、保障檢測(cè)過(guò)程的安全是檢測(cè)人員應(yīng)具備的技能。簡(jiǎn)單可靠的檢測(cè)方法有利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、有利于出具結(jié)論、有利于項(xiàng)目推進(jìn)。低應(yīng)變法常為混凝土樁必選檢測(cè)方法；靜載荷試驗(yàn)法是承載力檢測(cè)的首選方法；超聲波透射法是對(duì)灌注樁檢測(cè)的必選方法；高應(yīng)變法常用于橋梁等小工程的基樁承載力檢測(cè)；鉆孔取芯法多用于對(duì)灌注樁驗(yàn)證檢測(cè)或者水泥土圍護(hù)樁檢測(cè)；孔內(nèi)攝像法是越來(lái)越流行的驗(yàn)證檢測(cè)的方法。工程中同時(shí)運(yùn)用幾種檢測(cè)法是保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的必要途徑。隨著科技的發(fā)展，以后精準(zhǔn)檢測(cè)分析基樁的方法及能力也將大力向前。

結(jié)語(yǔ)：

現(xiàn)在迎來(lái)了人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)大發(fā)展，未來(lái)基樁檢測(cè)技術(shù)必將變得更加智能化、信息化。檢測(cè)設(shè)備逐步從有線發(fā)展為無(wú)線，并且設(shè)備終端也將變得更加強(qiáng)大。未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，儀器同終端連在一起，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和巖土數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警和定量分析基樁缺陷對(duì)基礎(chǔ)的不安全程度。最終的檢測(cè)結(jié)論將更全面。