淺談建筑樁基的檢測技術

陳全慶　王東

【摘 要】樁基作為建筑施工的基礎，其質量的好壞決定了建筑的質量與安全性。然而由于樁基施工多為隱蔽施工，質量控制較為困難，因此采用實驗的方法進行樁基檢測對于保障建筑物安全有著重要的意義。樁基檢測方法包括鉆芯法，動測量法、超聲波測量法等。本文介紹了典型樁基檢測技術的基本原理和技術特點，并對樁基檢測技術的發展方向進行了展望。

【關鍵詞】樁基檢測；鉆心法；高應變法；低應變法；超聲透射

【Abstract】As the foundation of building construction， the quality of the pile determines the quality and safety of the building. However， because construction of pile foundations is mostly concealed construction， quality control is difficult. Therefore， the use of experimental methods for pile foundation inspection is of great significance to ensure building safety. Pile foundation detection methods include core drilling method， dynamic measurement method， ultrasonic measurement method and the like. This paper introduces the basic principle and technical characteristics of the typical pile foundation testing technology， and forecasts the development direction of pile foundation testing technology.

【Key words】Pile foundation detection；Core drilling method；High strain method；Low strain method；Ultrasonic transmission

1. 引言

隨著建筑工程技術的發展，樁基在建筑物地基基礎中使用越來越多，到目前為止，樁基已經成為建筑工程結構所采用的最主要的基礎形式。因為樁基結構可以把建筑結構上層的載荷傳遞到底部的土壤層中，從而減少建筑物的基礎沉降和不均勻沉降，因此在高層建筑、交通、水利等工程領域，樁基的使用非常廣泛。但是，由于樁基深埋于地下，屬于隱蔽工程，且施工工序復雜，主要施工工序都在地下或水下完成，施工難度大。同時，樁基是建筑物的基礎，樁基質量的好壞直接決定了建筑物的安全與否，關系極其重大。而且，樁基一旦發生事故，加工處理很困難。所以，必須在樁基施工過程中對樁基進行相應的實驗，以保證樁基質量符合設計要求。樁基檢測一直都是一項很復雜的系統工程，如何能夠快速的檢驗工程質量，以滿足日益增長的樁基檢測要求，是我國建筑界一直關注的焦點。到目前為止，樁基檢測方法主要有鉆孔取芯法，動測量法、超聲波測量法等。本文就一些主要的樁基檢測方法尤其是高應變動力測試法進行了分析和探討，并結合灌注樁分析了各種樁檢測方法的特點和不同。

2. 樁鉆心法。鉆心法是最直觀的樁基檢測方法，具有科學、簡便、實用的特點，在混凝土樁基檢測中應用比較廣泛。

通常鉆心法用來測量樁長、混凝土強度、樁底沉渣厚度以及樁身的完整性。其特點是可以用來鑒別樁端受力層的巖土情況，這是別的測試方法無法實現的目標。鉆心法測試樁基，要求采集的樁芯要完整，不能破損。且采芯方向必須與樁面垂直，否則容易偏出樁外，因此要求較高的抽芯技術。為保證抽芯質量，對抽芯鉆機以及鉆頭在檢測規范中都有相應的規定，必須按規定執行，以免造成誤判。在《建筑地基基礎施工質量驗收規范》中規定，灌注樁抽芯時允許的垂直度偏差為1%，而鉆芯孔的垂直度允許偏差僅為0.5%。因此，配備測斜儀來保證抽芯的垂直度是非常必要的，可以減少檢測部門與施工方的爭議。

3. 超聲波透射法超聲波透射法是利用超聲波的透射原理來對混凝土樁基進行檢測的。

超聲波透射法需要在樁內預埋聲測管道，并將超聲波發生裝置和接受裝置放置于聲測管道中。測試時，管道中要充滿超聲波耦合劑（通常可用清水），通過脈沖發生裝置發出周期性超聲脈沖信號穿透混凝土，接收探頭接收透過混凝土的超聲信號并轉換為電信號。由于發射管與接受管之間的間距固定且已知，只需要根據聲波的振幅、頻率等就可以對樁體進行分析。例如通過對波速的分析就可以得知混凝土的強度變化情況。波速小，則混凝土強度低；波速大，則混凝土強度高。而通過對振幅的測量也可以分析裝置是否存在缺陷以及混凝土強度是否符合要求，通常，不存在缺陷且混凝土強度大的地方，可檢測到的振幅大，反之，由于存在缺陷會吸收超聲波能量，就會導致振幅偏小。

4. 低應變發射法低應變動力測試法是用過低能量的振動波對樁基進行激振，以使樁基在彈性范圍內產生小幅振動，利用振動回波和波動理論來分析樁基缺陷的方法。

目前，我國采用最多的是反射波法（即瞬態時域分析法），該方法具有使用的儀器輕便，可實現現場的快速檢測的優點。除此之外，還有機械阻抗法、動力參數法以及共振法等。

5. 高應變動力測試法前面介紹了樁基檢測的典型方法，下面重點介紹高應變動力測試法。

高應變動力測試法不僅可以用來檢測樁身的完整性，還可以用來確定樁基的承載能力以及對樁基進行阻力和分層摩阻力分析，以得到樁身阻抗的全面變化情況和樁底密實情況，這是其他檢測方法無法達到的效果。在各項指標當中樁基的承載能力最為重要。高應變動力檢測法通過在樁基頂部測量被激發的阻力產生應力波和速度波，并進行分析，以確定樁基的承載能力。目前使用比較廣泛的是阻力系數法（CASE法）和曲線擬合法（CAPWAP法）。

5.1 阻力系數法（CASE法）。CASE法是通過一維波動方程來計算巖土對樁基的支撐阻力的。他有三條基本假設：（1）樁身阻抗相等；（2）土壤對樁基的運動阻力分為動阻力和靜阻力，假設動阻力全部分布在樁尖；（3）靜阻力模型為理想剛塑性體，即假設應力波在樁身中傳播以及傳向樁周土壤時沒有能量損耗。在這三條假設的基礎上，可以從波動方程及應力波傳播理論出發，推導出CASE法單樁極限承載力公式，通過該公式，結合具體實驗參數，可以求得樁基的最大承載能力。應該注意的是，在公式中的地區性經驗系數Jc，應該根據不同的土質來憑經驗確定。

5.2 波形擬合法。

波形擬合法相對于CASE法要準確很多，被認為是確定單樁承載力的最準確方法。其原理是將樁--土模型進行離散化，得到離散的質量彈簧模型，將實測的樁頂速度波（或力波）作為邊界條件，并通過特征方程法求解波動方程，反算出樁頂力波（或速度波）。通過將計算波形與實測波形比較來進一步修正模型參數，直至擬合準確，這樣就可以得到承載力、側阻力分布和計算的Q-S曲線。

樁基檢測方法比較前面介紹了樁基檢測的幾種基本方法，下面針對建筑施工中的灌注樁質量檢測，分析幾種樁基檢測方法的優缺點。鉆心法主要用來檢測灌注樁樁身的完整性和強度，因為可以直接看到樁芯的實際情況，并可以通過進一步的強度試驗確定樁芯強度，因此試驗結果直觀可靠。但是，在實際過程中，不可能對每根樁進行鉆心取樣，因此只能檢測小部分的樁基，存在檢查盲區，此外，樁芯采樣需要龐大的鉆心設備，費用高昂，而且檢測效率很低。相對于鉆心法，低應變和超聲波檢測法要快捷方便的多，但是其缺點和局限性也顯而易見。首先，這兩種方法都是用來檢測樁身完整性的，只能定性的分析樁基是否存在缺陷，而無法反映出缺陷的大小，更不能反映出樁基的承載能力。其次，超聲波檢測法雖然檢測過程簡單，但是需要在樁基內預埋與樁同長的聲測管，費用也比較高。高應變法的檢測結果較為全面，即可以檢測樁基完整性又可以定量的檢測樁基缺陷及承載能力，而且相對于鉆心法要簡單快捷，但是其檢測準確度不高，且所用設備昂貴，而且高應變法要求實施檢測的人員有較高的理論水平和操作經驗。由此可見，各種檢測方法各有特點，沒有哪種方法有絕對的優勢，在實際的檢測過程中，首先需要充分了解各種檢測方法的特點和局限性，然后在根據樁基檢測的現場情況，合理取舍，進行組合檢測，這樣才能全面、準確的了解樁基情況。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2018）04-20-801