淺談樁基檢測技術(shù)在建筑工程中的作用

劉素云

【摘要】簡要介紹了常用的幾種樁基檢測技術(shù)，及其相關(guān)原理和特點。簡單敘述了其在建筑工程中保證樁基質(zhì)量方面的作用

【關(guān)鍵詞】樁基檢測 原理 作用

引言

樁基是地下隱蔽工程，起著建（構(gòu)）筑物荷載向下傳遞到下部土層的作用，它是建筑物的基礎(chǔ)，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到這些建筑物的安全。重視樁基質(zhì)量，加強樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測，是保證樁基質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

1 樁基檢測技術(shù)

1.1 成孔質(zhì)量檢測， 在樁的施工中，成孔質(zhì)量的好壞直接影響到混凝土澆注后的成樁質(zhì)量：樁孔的孔徑偏小則使整樁的承載能力降低；樁孔上部擴(kuò)徑將導(dǎo)致成樁上部側(cè)阻力增大，而下部側(cè)阻力不能完全發(fā)揮；樁孔偏斜則會削弱了基樁豎向承載力的有效發(fā)揮；樁底沉渣過厚使得樁身沉降量增大，降低了基樁承載力，影響建筑物的正常使用。因此，成孔質(zhì)量檢測對于控制成樁質(zhì)量尤為重要。成孔質(zhì)量檢驗的內(nèi)容主要包括樁孔位置、孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度等。

1.2 樁的承載力的檢測

1.2.1 靜荷載試驗法 靜荷載試驗法用于檢測基樁承載力，靜荷載試驗法包括基樁豎向和水平承載力檢測；工程中多用到豎向靜載荷試驗。靜荷載試驗法顯著的優(yōu)點是其受力條件比較接近樁基礎(chǔ)的實際受力狀況。靜載試驗主要適用于工程試樁的承載力檢測，是常用的樁基承載力檢測方法，但費時、費力、費用昂貴。

在成樁檢測技術(shù)中，靜載試驗工作仍應(yīng)加強，不能為了省錢、省時而減少動靜對比試驗。在樁的動力檢測方法未有取得突破性進(jìn)展之前，樁的靜載試驗仍是樁承載力檢驗值可靠的評定標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 高應(yīng)變動測法，就是利用重錘對樁頂進(jìn)行瞬態(tài)沖擊，使樁周土產(chǎn)生塑性變形，在樁頭實測力和加速度的時程曲線，通過應(yīng)力波理論分析得到樁土體系的有關(guān)參數(shù)，揭示樁土體系在接近極限階段時的工作性能，分析樁身質(zhì)量，確定樁的極限承載力。 高應(yīng)變動測實測基樁承載力具有費用低廉、周期短等優(yōu)點，但實驗結(jié)果離散性大，需要大量的動、靜對比資料，當(dāng)?shù)刎S富的檢測經(jīng)驗作為驗證。

高應(yīng)變動力試樁法分為凱斯法和凱普維普法即波形擬合法。凱斯法的優(yōu)點是可以快速地對單樁極限承載力和樁身結(jié)構(gòu)的完整性作出估計，實現(xiàn)現(xiàn)場的實時分析，同時可用來對打樁過程實行監(jiān)測和監(jiān)控，對預(yù)制打入樁特別適合；缺點是依賴于凱斯阻尼系數(shù)Jc值，Jc值越高，離散性越大。兩種方法試驗過程和采集的信號相同，但是波形擬合法并不依賴于凱斯阻尼系數(shù)，而是先假定樁土模型及參數(shù)，以實測速度曲線作為邊界條件輸入，求解波動方程，反算樁頂力，并調(diào)整樁土模型及參數(shù)，進(jìn)行擬合計算，直至計算力曲線與實測力曲線吻合為止，最終給出樁極限承載力、樁身剖面、荷載—沉降曲線及土阻力分布圖。波形擬合法的優(yōu)點是精度高，缺點是分析計算復(fù)雜，需要經(jīng)過專業(yè)工程技術(shù)人員進(jìn)行信號擬合分析。

1.3 樁的完整性檢測

1.3.1 低應(yīng)變動測法 就是通過對樁頂施加較低的激振能量，引起樁身及周圍土體的微幅振動，同時用儀表量測和記錄樁頂?shù)恼駝铀俣群图铀俣?，利用波動理論或機(jī)械阻抗理論對記錄結(jié)果加以分析，從而達(dá)到檢驗樁基施工質(zhì)量、判斷樁身完整性、預(yù)估基樁承載力等目的。

1.3.1.1反射波法是低應(yīng)變測定混凝土樁樁身完整性的一種檢測方法，其經(jīng)過多年的研究、應(yīng)用及發(fā)展，該項技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟，事實證明它是一種準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)快捷的檢測手段。反射波法是建立在—維波動理論的基礎(chǔ)上的。

基樁反射波法檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性的基本原理是：假設(shè)樁為質(zhì)地均勻、各向同性的—維線彈性體（樁的長度遠(yuǎn)大于直徑，且入射波波長λ大于樁的直徑），當(dāng)用手錘在樁頂敲擊時，產(chǎn)生的應(yīng)力波在樁身傳播滿足—維波動方程。通過在樁頂施加激振信號產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過程中，遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面時，將產(chǎn)生反射波，檢測分析反射波的傳播時間、幅值和波形特征，就能判斷樁的完整性。

假設(shè)樁為一維線彈性桿，其長度為L，橫截面積為A，彈性模量為E，質(zhì)量密度為ρ，彈性波速為C（C 2 =E/ρ），廣義波阻抗為Z=AρC；推導(dǎo)可得樁的一維波動方程：

假設(shè)樁中某處阻抗發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力波從介質(zhì)Ⅰ（阻抗為Z1）進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ（阻抗為Z2）時，將產(chǎn)生速度反射波Vr和速度透射波Vt。

令樁身質(zhì)量完好系數(shù)β= Z2/Z1，則有

缺陷的程度根據(jù)缺陷反射的幅值定性確定，缺陷位置根據(jù)反射波的時間tx由下式確定：

1.3.1.3 反射波法檢測基樁的檢測步驟

在檢測中檢測儀器常用武漢巖海公司制造的RS-1616K（S）基樁動測儀或者美國樁動力學(xué)公司制造的PIT樁完整性測試儀， 檢測設(shè)備及現(xiàn)場聯(lián)接見圖1。

RS-1616K（S）基樁動測儀

或PIT樁身完整性檢測儀

信號輸入

參數(shù)設(shè)定

數(shù)據(jù)處理

結(jié)果輸出

樁

圖1 基樁反射波法檢測儀器設(shè)備現(xiàn)場連接示意圖

低應(yīng)變檢測時，錘擊力量太大或太小都不產(chǎn)生能被記錄的脈沖。激振產(chǎn)生的波動模式單一，只含縱波，可以得到清晰的底部反射。具體的檢測步驟如下：（1）清理整平樁頭；（2）調(diào)試儀器，選擇適當(dāng)參數(shù)；（3）將加速度傳感器垂直安放在樁頭的平整部位；（4）用小棰在樁頭選擇適當(dāng)?shù)哪芰考ふ?；?）選取較為理想的波形曲線并存儲；（6）將數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī)，對記錄曲線進(jìn)行分析、計算，并評價樁身質(zhì)量。

1.3.2 聲波透射法 ，是利用超聲波在混凝土中傳播的聲學(xué)參數(shù)，如聲速C、頻率F、振幅A的變化及波形來分析樁身混凝土的連續(xù)性及斷層、夾砂、蜂窩等缺陷的大小、位置。

混凝土灌注樁超聲脈沖法檢測的基本原理：在樁內(nèi)預(yù)埋若干檢測管作為檢測通道，將發(fā)射探頭和接受探頭置于聲測管中，管內(nèi)充滿清水，作為耦合劑。由儀器中的脈沖信號發(fā)生器發(fā)出一系列周期性電脈沖，加在發(fā)射換能器的壓電體上，轉(zhuǎn)換成超聲脈沖，該脈沖穿過待測的樁體混凝土，并為接受換能器所接受，再轉(zhuǎn)換成電信號。由儀器中的測量系統(tǒng)測出超聲脈沖穿過混凝土所需的時間、接受波幅值（或衰減值α）、脈沖主頻率、波形及頻譜等參數(shù)，然后由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按判斷軟件對接受信號的各種參數(shù)進(jìn)行綜合判斷和分析，即可對混凝土各種內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、大小、位置作出判斷，并給出混凝土總體均勻性和強度等級的評價指標(biāo)。超聲脈沖法檢測結(jié)果能排除土層變化（土阻尼變化）的影響，以及樁身在滿足正常樁徑下由于樁徑的變化而引起的樁身廣義波阻抗突然變化的影響。

3 小結(jié)

樁基檢測工作中，應(yīng)根據(jù)工程需要和不同的檢測目的，選擇相應(yīng)的檢測技術(shù)對工程的基樁進(jìn)行檢測，了解被測樁的樁身完整性和樁身混凝土質(zhì)量，并初步判斷樁土共同作用體系支承力的強弱，進(jìn)而對樁基質(zhì)量做出評價，以確保建設(shè)工程的質(zhì)量。低應(yīng)變檢測與其他檢測手段包括高應(yīng)變動力試樁、抽芯、靜載等均有各自的優(yōu)點，也有其缺陷和局限，為確保樁基工程質(zhì)量，工程中常采用多種方法進(jìn)行檢測，以便更準(zhǔn)確的判定樁身質(zhì)量。

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