樁基檢測技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用探討

李凱

（山西建工建筑工程檢測有限公司，山西太原 030006）

1 樁基檢測技術(shù)的主要類型及其應(yīng)用

樁基檢測技術(shù)是指在樁基施工或使用過程中，對樁基的質(zhì)量、性能、狀態(tài)等進(jìn)行檢測和評價(jià)的技術(shù)。樁基檢測技術(shù)可以分為靜態(tài)檢測和動(dòng)態(tài)檢測兩大類。

1.1 靜態(tài)檢測

靜態(tài)檢測技術(shù)是指在樁基不受外力作用時(shí)，利用聲波、電磁波、地質(zhì)雷達(dá)等物理方法，對樁基的長度、直徑、完整性、缺陷等進(jìn)行檢測的技術(shù)。靜態(tài)檢測技術(shù)的主要類型如下。

（1）超聲波透射法。該方法是利用超聲波在樁身內(nèi)部傳播的特性，通過在樁頂和樁底分別設(shè)置發(fā)射器和接收器，測量超聲波在樁身內(nèi)的傳播時(shí)間，從而推算出樁長和樁身內(nèi)部的缺陷位置和大小。該方法適用于混凝土灌注樁、鉆孔灌注樁等。

（2）低應(yīng)變反射波法。該方法是利用低應(yīng)變沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的彈性波在樁身內(nèi)部反射的特性，通過在樁頂設(shè)置沖擊錘和傳感器，測量彈性波在樁頂?shù)姆瓷湫盘?hào)，從而推算出樁長和樁身內(nèi)部的完整性。該方法適用于各種類型的樁基[1]。

（3）電阻率法。該方法是利用電流在不同介質(zhì)中的電阻率不同的特性，通過在樁身表面設(shè)置電極，測量電流在樁身內(nèi)部的分布情況，從而推算出樁徑和樁身內(nèi)部的缺陷。該方法適用于鋼筋混凝土灌注樁、鉆孔灌注樁等。

（4）地質(zhì)雷達(dá)法。該方法是利用電磁波在不同介質(zhì)中的反射和折射的特性，通過在樁身表面設(shè)置天線，測量電磁波在樁身內(nèi)部的反射和折射信號(hào)，從而推算出樁長、樁徑和樁身內(nèi)部的缺陷。該方法適用于各種類型的樁基[2]。

1.2 動(dòng)態(tài)檢測

動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)是指在樁基受到外力作用時(shí)，利用力學(xué)、振動(dòng)學(xué)等理論，對樁基的承載力、沉降、剛度等進(jìn)行檢測和評價(jià)的技術(shù)。動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)的主要類型如下。

（1）高應(yīng)變動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法。該方法是利用高應(yīng)變沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的應(yīng)力波在樁身內(nèi)部傳播和反射的特性，通過在樁頂設(shè)置沖擊錘和傳感器，測量應(yīng)力波在樁頂?shù)姆瓷湫盘?hào)，從而推算出樁端阻力、側(cè)摩阻力和承載力。該方法適用于各種類型的單樁。

（2）低應(yīng)變動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法。該方法是利用低應(yīng)變沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的彈性波在土層中傳播和反射的特性，通過在地面設(shè)置沖擊錘和傳感器，測量彈性波在地面的反射信號(hào)，從而推算出土層剛度、土層厚度和土層承載力。該方法適用于群樁或復(fù)合地基。

（3）振動(dòng)法。該方法是利用樁基在外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)的特性，通過在樁頂或樁身設(shè)置振動(dòng)傳感器，測量樁基的振動(dòng)參數(shù)，從而推算出樁基的剛度、阻尼、沉降等。該方法適用于各種類型的樁基[3]。

2 樁基檢測技術(shù)在工程實(shí)踐中應(yīng)用的關(guān)鍵意義

2.1 可以保證樁基設(shè)計(jì)的合理性

樁基檢測技術(shù)可以在樁基設(shè)計(jì)階段對土層參數(shù)、荷載特性、樁型選擇等進(jìn)行分析和驗(yàn)證，從而保證樁基的設(shè)計(jì)合理性。例如，通過動(dòng)力觸探法可以獲取土層抗剪強(qiáng)度、密實(shí)度等參數(shù)，從而確定土層承載力和沉降特性；通過靜力觸探法可以獲取土層壓縮模量、摩擦角等參數(shù)，從而確定土層側(cè)向阻力和端阻力；通過動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)法可以獲取樁身剛度、阻尼等參數(shù)，從而確定樁身承載力和沉降特性；通過靜態(tài)荷載試驗(yàn)法可以獲取樁－土界面摩擦系數(shù)、黏聚力等參數(shù)，從而確定樁－土相互作用特性。這些檢測技術(shù)可以為樁基設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，避免設(shè)計(jì)過大或過小的情況發(fā)生。

2.2 可以保證樁基的施工質(zhì)量

樁基檢測技術(shù)可以在樁基施工過程中對樁身質(zhì)量、位置、形狀等進(jìn)行監(jiān)控和評價(jià)，從而保證樁基的施工質(zhì)量。例如，通過超聲波法可以檢測樁身內(nèi)部是否有空洞、裂縫等缺陷，從而評估樁身完整性；通過低應(yīng)變反射波法可以檢測樁身是否有斷裂、偏位等問題，從而評估樁身連續(xù)性；通過高應(yīng)變反射波法可以檢測樁身的實(shí)際長度、截面積等參數(shù)，從而評估樁身一致性；通過聲波透射法可以檢測樁身的混凝土強(qiáng)度、密實(shí)度等指標(biāo)，從而評估樁身質(zhì)量。這些檢測技術(shù)可以為樁基施工提供及時(shí)地反饋和調(diào)整，避免施工缺陷和錯(cuò)誤的發(fā)生[4]。

2.3 可以保證樁基的安全狀況

樁基檢測技術(shù)可以在樁基使用和維護(hù)階段對樁基的變化、損傷、風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行檢測和預(yù)警，從而保證樁基的安全狀況。例如，通過應(yīng)變計(jì)法可以監(jiān)測樁身的應(yīng)力、應(yīng)變、變形等變化，從而評估樁身的工作狀態(tài)；通過聲發(fā)射法可以監(jiān)測樁身的裂紋、腐蝕等損傷，從而評估樁身的損傷程度；通過地震波法可以監(jiān)測樁基周圍的土層變化、地震影響等風(fēng)險(xiǎn)，從而評估樁基的安全系數(shù)。這些檢測技術(shù)可以為樁基使用和維護(hù)提供有效的信息和建議，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理樁基的問題，防止工程事故的發(fā)生[5]。

3 樁基檢測技術(shù)在工程實(shí)踐中應(yīng)用的不足之處

3.1 檢測方法的選擇不合理

樁基檢測技術(shù)有多種方法，如靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)、低應(yīng)變反射波法、聲波透射法、超聲波法等，不同的方法有不同的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)樁基的類型、規(guī)格、數(shù)量、地質(zhì)條件等因素綜合考慮。然而，在工程實(shí)踐中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)檢測方法的選擇不合理的情況，具體如下。

使用靜載試驗(yàn)作為唯一的檢測方法，忽視了動(dòng)載試驗(yàn)和無損檢測方法的作用。靜載試驗(yàn)雖然是最直接和可靠的檢測方法，但它也有一些局限性，如費(fèi)時(shí)費(fèi)力、破壞性大、不能反映樁身完整性等。動(dòng)載試驗(yàn)和無損檢測方法可以作為靜載試驗(yàn)的補(bǔ)充和預(yù)判，提高檢測效率和范圍，降低檢測成本和風(fēng)險(xiǎn)[6]。

使用動(dòng)載試驗(yàn)作為唯一的檢測方法，忽視了靜載試驗(yàn)和無損檢測方法的作用。動(dòng)載試驗(yàn)雖然是一種快速和經(jīng)濟(jì)的檢測方法，但它也有一些局限性，如受錘擊能量、土層阻力、樁頭剛度等因素的影響，不能準(zhǔn)確反映樁基的真實(shí)承載力。靜載試驗(yàn)和無損檢測方法可以作為動(dòng)載試驗(yàn)的驗(yàn)證和修正，提高檢測精度和可信度。

使用低應(yīng)變反射波法作為唯一的無損檢測方法，忽視了其他無損檢測方法的作用。低應(yīng)變反射波法雖然是一種常用和有效的無損檢測方法，但它也有一些局限性，如受樁頭條件、樁身材料、樁身裂縫等因素的影響，不能全面反映樁身完整性。聲波透射法、超聲波法等其他無損檢測方法可以作為低應(yīng)變反射波法的補(bǔ)充和對比，提高檢測覆蓋率和敏感度。

3.2 檢測設(shè)備的質(zhì)量不高

樁基檢測技術(shù)需要使用各種專業(yè)的設(shè)備，如靜載試驗(yàn)設(shè)備、動(dòng)載儀器、低應(yīng)變儀器、聲波儀器、超聲波儀器等，這些設(shè)備的質(zhì)量直接影響著檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。然而，在工程實(shí)踐中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)檢測設(shè)備的質(zhì)量不高的情況，具體如下。

設(shè)備老化或損壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定或失真。例如，靜載試驗(yàn)設(shè)備中的油壓試驗(yàn)機(jī)或液壓試驗(yàn)機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)油壓不穩(wěn)或漏油現(xiàn)象；動(dòng)載儀器中的應(yīng)變計(jì)或加速度計(jì)可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾或漂移現(xiàn)象；低應(yīng)變儀器中的傳感器或示波器可能會(huì)出現(xiàn)靈敏度下降或噪聲增加現(xiàn)象等[7]。

設(shè)備校準(zhǔn)或標(biāo)定不準(zhǔn)確，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析不正確或誤差過大。例如，靜載試驗(yàn)設(shè)備中的荷重計(jì)或位移計(jì)可能會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)偏移或量程偏差現(xiàn)象；動(dòng)載儀器中的錘擊能量或樁頭剛度可能會(huì)出現(xiàn)測量不準(zhǔn)或計(jì)算不當(dāng)現(xiàn)象；低應(yīng)變儀器中的波速或阻抗可能會(huì)出現(xiàn)估算不合理或標(biāo)定不一致現(xiàn)象等。

4 樁基檢測技術(shù)在工程實(shí)踐中應(yīng)用的主要策略

根據(jù)工程特點(diǎn)和要求，選擇合適的樁型、樁材、樁長、樁徑、樁間距等參數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)荷載和安全系數(shù)的要求，同時(shí)考慮施工難度、成本和環(huán)境影響等因素。

在施工過程中，采用有效的施工方法和設(shè)備，控制好施工質(zhì)量，如樁身的垂直度、平整度、完整性、密實(shí)度等，避免出現(xiàn)裂縫、空洞、偏心、斷裂等缺陷，同時(shí)注意防止對周圍土層和建筑物的干擾和破壞[8]。

在施工完成后，進(jìn)行必要的樁基檢測，包括靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)、聲波檢測、超聲波檢測等，以評估樁基的承載力、沉降特性、完整性、剛度等指標(biāo)，判斷樁基是否符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的問題[9]。

在使用過程中，定期或不定期地對樁基進(jìn)行檢測和監(jiān)測，如應(yīng)力監(jiān)測、位移監(jiān)測、溫度監(jiān)測等，以了解樁基的工作狀態(tài)和變化情況，預(yù)警和診斷可能出現(xiàn)的損傷或失效現(xiàn)象，采取必要的維護(hù)和修復(fù)措施。

以下舉例說明上述策略在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

例1：某高層建筑物采用鋼管混凝土灌注樁作為地基處理方法，設(shè)計(jì)荷載為3000kN/根，設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.5。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該地區(qū)土層由上至下依次為填土層（厚度為3m）、黏土層（厚度為10m）、砂層（厚度為15m）、巖石層。經(jīng)過計(jì)算和優(yōu)化，確定了樁型為直徑800mm、長度25m 的鋼管混凝土灌注樁，樁間距為3m。在施工過程中，采用自升式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，并在鉆孔過程中注入水泥漿以穩(wěn)定孔壁。鉆孔完成后，在鋼管內(nèi)灌注C30 混凝土，并用振動(dòng)棒進(jìn)行密實(shí)。施工完成后，在每個(gè)樁群中選擇一根代表性的樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，并在每個(gè)單樁上進(jìn)行聲波檢測[10]。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，所有試驗(yàn)樁的極限承載力均大于7500kN/根，滿足設(shè)計(jì)要求。聲波檢測結(jié)果表明，所有檢測樁的完整性良好，無明顯的缺陷。因此，該樁基工程的施工質(zhì)量和性能均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

例2：某橋梁工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土樁作為地基處理方法，設(shè)計(jì)荷載為2000kN/根，設(shè)計(jì)安全系數(shù)為3.0。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該地區(qū)土層由上至下依次為軟土層（厚度為20m）、粉土層（厚度為10m）、砂礫層（厚度為5m）、巖石層。經(jīng)過計(jì)算和優(yōu)化，確定了樁型為直徑600mm、長度30m 的預(yù)應(yīng)力混凝土樁，樁間距為2.5m。在施工過程中，采用柴油錘進(jìn)行打樁，并在打樁過程中測量樁頂速度和加速度，以控制打樁能量和打入深度。打樁完成后，在每個(gè)樁群中選擇一根代表性的樁進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，并在每個(gè)單樁上進(jìn)行超聲波檢測。動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明，所有試驗(yàn)樁的極限承載力均大于6000kN/根，滿足設(shè)計(jì)要求。超聲波檢測結(jié)果表明，所有檢測樁的完整性良好，無明顯的缺陷。因此，該樁基工程的施工質(zhì)量和性能均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)[11]。

例3：某地鐵隧道工程采用鉆孔灌注樁作為地基處理方法，設(shè)計(jì)荷載為1500kN/根，設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.0。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該地區(qū)土層由上至下依次為黏土層（厚度為5m）、砂層（厚度為10m）、黏土層（厚度為15m）、砂層（厚度為20m）。經(jīng)過計(jì)算和優(yōu)化，確定了樁型為直徑500mm、長度40m 的鉆孔灌注樁，樁間距為2m。在施工過程中，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，并在鉆孔過程中注入水泥漿以穩(wěn)定孔壁。鉆孔完成后，在鋼筋籠內(nèi)灌注C25 混凝土，并用振動(dòng)棒進(jìn)行密實(shí)。施工完成后，在每個(gè)樁群中選擇一根代表性的樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，并在每個(gè)單樁上進(jìn)行聲波檢測。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，所有試驗(yàn)樁的極限承載力均大于3000kN/根，滿足設(shè)計(jì)要求。聲波檢測結(jié)果表明，所有檢測樁的完整性良好，無明顯的缺陷。因此，該樁基工程的施工質(zhì)量和性能均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)[12]。

5 結(jié)語

綜上所述，樁基檢測技術(shù)在工程實(shí)踐中應(yīng)用具有關(guān)鍵意義，可以保證樁基的設(shè)計(jì)合理性，為樁基設(shè)計(jì)提供科學(xué)地依據(jù)；可以保證樁基的施工質(zhì)量，為樁基施工提供有效地監(jiān)控；可以保證樁基的安全狀況，為樁基使用和維護(hù)提供及時(shí)的預(yù)警。因此，樁基檢測技術(shù)是工程實(shí)踐中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)加大對這一技術(shù)的研究和實(shí)踐力度，從而提高我國工程質(zhì)量和安全性能。