樁基工程質(zhì)量檢測(cè)方法分析

陳文濤

（廣州鐵誠(chéng)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

樁基礎(chǔ)是建設(shè)工程中重要的基礎(chǔ)類型，樁基礎(chǔ)工程的質(zhì)量決定建筑主體結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性。樁基礎(chǔ)屬于隱蔽性工程，控制其質(zhì)量較難。因此，樁基質(zhì)量檢測(cè)顯得特別重要。本文以樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的主要內(nèi)容為切入點(diǎn)，詳細(xì)介紹鉆孔檢測(cè)法及沖擊回波法等常用的樁基檢測(cè)方法，最后結(jié)合工程實(shí)例對(duì)樁基工程質(zhì)量檢測(cè)方法進(jìn)行應(yīng)用分析。

1 樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的主要內(nèi)容

1.1 工程結(jié)構(gòu)成孔質(zhì)量

隨著樁基工程結(jié)構(gòu)深度變大，人們對(duì)樁基質(zhì)量提出了更高的要求，加強(qiáng)樁基工程成孔質(zhì)量檢測(cè)就成為工程建設(shè)的重點(diǎn)工作之一。樁基工程成孔質(zhì)量檢查的內(nèi)容主要有：

（1）成樁孔孔徑檢查。不同項(xiàng)目工程質(zhì)量要求和施工的地質(zhì)環(huán)境存在較大差異，需要布設(shè)的成樁孔孔徑也不同，應(yīng)根據(jù)施工規(guī)劃?rùn)z查孔徑，避免因孔徑過(guò)大或過(guò)小而影響樁基結(jié)構(gòu)承載力和受壓能力的發(fā)揮，防止出現(xiàn)返工現(xiàn)象，達(dá)到控制施工成本的目的。

（2）成孔的統(tǒng)一檢查。根據(jù)施工技術(shù)規(guī)程的要求，樁基成孔孔徑應(yīng)保持相同，并且要保證灌注樁的鉆孔都要符合施工要求，保證混凝土澆筑順暢，提高施工效率，節(jié)約混凝土。

（3）成樁的傾斜度檢查。施工地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，在鉆機(jī)鉆孔時(shí)不可避免地會(huì)遭遇裂縫、碎石等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)會(huì)大大增加鉆機(jī)鉆桿傾斜度，產(chǎn)生傾斜偏差，影響樁基受壓能力。因而，必須選擇超聲波成孔成槽檢測(cè)儀等設(shè)備檢測(cè)傾斜度，控制傾斜偏差。

（4）樁底檢查。樁底是樁基的基礎(chǔ)，若樁底沉渣厚度無(wú)法滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)大大影響成樁的效果。如果樁底較薄，可以適當(dāng)增加樁基長(zhǎng)度來(lái)改善結(jié)構(gòu)的承載力。

1.2 樁結(jié)構(gòu)的承載能力

目前，城市建筑中高層建筑和超高層建筑越來(lái)越普遍，但高度增加也意味著建筑需要承載的負(fù)荷也在增加，根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)建筑增加一層時(shí)，地下結(jié)構(gòu)的單位面積負(fù)荷量高達(dá)2100kN。其中，樁基結(jié)構(gòu)是主要的受壓結(jié)構(gòu)，檢測(cè)樁基結(jié)構(gòu)的承載力是樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)。一般情況下，樁基結(jié)構(gòu)的承載力檢測(cè)需要用到靜荷載試驗(yàn)或者是動(dòng)荷載試驗(yàn)，采用不同的檢測(cè)方式，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)判體系也不一樣，如靜荷載試驗(yàn)單樁基的承載力必須達(dá)到已有承壓材料質(zhì)量的1.2倍。

1.3 樁結(jié)構(gòu)的完整性

現(xiàn)階段，樁基結(jié)構(gòu)主要是由混凝土澆筑制作而成，如果混凝土制備或澆筑時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，那么整個(gè)樁基結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量都會(huì)受到影響，如混凝土澆筑速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致樁基結(jié)構(gòu)缺失的問(wèn)題。基于此，在進(jìn)行樁基工程質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)樁基結(jié)構(gòu)完整性的檢測(cè)，但往往樁基結(jié)構(gòu)都深埋于地下，無(wú)法直接用肉眼的方法來(lái)觀測(cè)其完整性。因而，在總結(jié)樁基工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)施工實(shí)際選擇相應(yīng)的檢測(cè)方法，如低應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)法、射線檢測(cè)法等等。另外，在收集、整理和分析數(shù)據(jù)的時(shí)候，應(yīng)采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型來(lái)分析數(shù)據(jù)，排除干擾因素，提高數(shù)據(jù)分析的客觀性，保證樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的可靠性。

2 樁基工程質(zhì)量檢測(cè)方法的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 鉆孔檢測(cè)法的應(yīng)用要點(diǎn)

鉆孔檢測(cè)法開(kāi)始使用的時(shí)間較早，檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)較為豐富，對(duì)樁基結(jié)構(gòu)的干擾較小，并且已經(jīng)形成了較為成熟的應(yīng)用體系。在對(duì)已經(jīng)完成施工的樁基工程進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，需先在樁基結(jié)構(gòu)上鉆孔，但這個(gè)鉆孔的直徑較小，不會(huì)影響樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。接著再收集各項(xiàng)樣本數(shù)據(jù)，并根據(jù)樣本數(shù)據(jù)測(cè)定該樁基結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度。最后將其與施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比，判斷評(píng)估樁基結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是否達(dá)到施工要求。

2.2 沖擊回波法的應(yīng)用要點(diǎn)

沖擊回波法主要是通過(guò)分析波長(zhǎng)來(lái)判斷樁基結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。在樁基施工時(shí)先確定檢測(cè)位置，接著再設(shè)計(jì)位置放置設(shè)備，啟動(dòng)設(shè)備向已經(jīng)完成施工的樁基結(jié)構(gòu)釋放沖擊波波長(zhǎng)，釋放出來(lái)的波長(zhǎng)會(huì)通過(guò)介質(zhì)傳播到樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部，樁基接收波長(zhǎng)，再反射波長(zhǎng)，接著再收集樁基結(jié)構(gòu)反射回來(lái)波長(zhǎng)，觀察波長(zhǎng)的頻率、跳動(dòng)的規(guī)律，對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行全面分析。分析不同波長(zhǎng)頻率和跳動(dòng)規(guī)律背后隱含的問(wèn)題，分析樁基結(jié)構(gòu)的缺陷類型和分布位置，便于施工人員采取針對(duì)性的方法快速補(bǔ)救樁基，但如果樁基結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷，則要重新進(jìn)行樁基施工，提高樁基工程質(zhì)量，避免影響后續(xù)環(huán)節(jié)的施工。

2.3 低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用要點(diǎn)

低應(yīng)變反射法在操作上與沖擊回波法存在相似之處，但低應(yīng)變反射法的操作更加簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益較高。在應(yīng)用低應(yīng)變反射法開(kāi)展樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，設(shè)備會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)，樁基接收設(shè)備釋放的波長(zhǎng)，并且吸收一些波長(zhǎng)后再將波長(zhǎng)反射回去，設(shè)備會(huì)接收樁基結(jié)構(gòu)反饋的波長(zhǎng)，自動(dòng)根據(jù)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度和其他數(shù)據(jù)使用波動(dòng)方程，處理樁基反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，模擬震動(dòng)模型。同時(shí)，在樁基結(jié)構(gòu)頂端會(huì)釋放振蕩波長(zhǎng)，振蕩波長(zhǎng)會(huì)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)射，形成垂直應(yīng)力波，不同混凝土配比和不同地質(zhì)環(huán)境下形成反饋出來(lái)的波長(zhǎng)也存在一定差異，發(fā)出設(shè)備也能對(duì)其進(jìn)行分析，并生成科學(xué)直觀的樁基質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，便于后續(xù)處治樁基。

2.4 弱電磁法的應(yīng)用要點(diǎn)

在應(yīng)用弱電磁法對(duì)樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要先在準(zhǔn)備實(shí)施質(zhì)量檢測(cè)的樁基結(jié)構(gòu)附近放置電磁波設(shè)備，檢查無(wú)誤后即可啟動(dòng)電磁波設(shè)備，讓設(shè)備釋放電磁波長(zhǎng)，樁基結(jié)構(gòu)接收和反饋電磁波長(zhǎng)。若樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)標(biāo)，電磁波就會(huì)在樁基內(nèi)部形成完整的電流通路，但如果樁基結(jié)構(gòu)存在損傷和質(zhì)量問(wèn)題，那么受到缺陷的影響電流也會(huì)出現(xiàn)變化，檢測(cè)設(shè)備會(huì)根據(jù)電流變化來(lái)判斷樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題的大致分布位置和具體的缺陷類型，幫助技術(shù)人員判斷質(zhì)量問(wèn)題，并且能夠提高樁基零件更換的效率和準(zhǔn)確率。

2.5 靜力觸探法的應(yīng)用要點(diǎn)

靜力觸探法檢測(cè)樁基結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是通過(guò)靜壓力的探測(cè)裝置來(lái)完成檢測(cè)的，具體的作用原理是先在待檢測(cè)的樁基結(jié)構(gòu)上放置靜壓力裝置，在檢測(cè)過(guò)程中傳感器會(huì)收集樁基結(jié)構(gòu)受到的靜壓力數(shù)據(jù)信息，并計(jì)算受到靜壓力數(shù)據(jù)的最大值和持續(xù)時(shí)間，再將測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，若二者偏差較小，則可以判斷其無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，但如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)差異較大，則需要排查結(jié)構(gòu)，并施作支護(hù)，提高樁基結(jié)構(gòu)的靜壓力承受能力。

2.6 超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

相較于鉆孔檢測(cè)法，超聲波檢測(cè)技術(shù)無(wú)需鉆孔采樣，對(duì)樁基的損害較小，檢測(cè)的準(zhǔn)確性也比較高。超聲波檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)超聲波設(shè)備向樁基結(jié)構(gòu)釋放超聲波，樁基結(jié)構(gòu)在接收到超聲波之后，會(huì)反射超聲波波長(zhǎng)，收集分析反饋回來(lái)的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，并將其放大，可以快速判斷樁基結(jié)構(gòu)存在的缺陷類型、缺陷的分布位置等情況，并且受環(huán)境的干擾較小，可以適應(yīng)于多種施工環(huán)境，兼具無(wú)損檢測(cè)和快速準(zhǔn)確檢測(cè)雙重效果。

2.7 激光無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

激光無(wú)損質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)是借助激光來(lái)檢測(cè)樁基結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，也是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。利用激光遇到光則強(qiáng)和傳播速度快的特性，設(shè)備向樁基結(jié)構(gòu)發(fā)射激光，而激光在遇到狹窄結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，技術(shù)人員可以根據(jù)條紋的呈現(xiàn)程度判斷樁基工程的質(zhì)量，評(píng)估樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形程度。另外，還可以利用光時(shí)差原理進(jìn)行短距離的時(shí)差記錄，快速判定缺陷，提高建筑工程質(zhì)量檢測(cè)效率。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某高層建筑結(jié)構(gòu)為地上33 層，地下1 層，總高度99.8m，長(zhǎng)約60m，寬29m，主體結(jié)構(gòu)形式為框支剪力墻，基礎(chǔ)形式為柱-閥基礎(chǔ)，埋深-7.0m，勘探點(diǎn)地面標(biāo)高介于419.05～423.32m 間。同時(shí)，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，施工現(xiàn)場(chǎng)巖層分層分別為填土、黃土、古土壤、黃土和多層不同的粉質(zhì)黏土，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)充分研究與反復(fù)討論，本工程基礎(chǔ)擬采用混凝土鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，樁基強(qiáng)度等級(jí)為C35，試驗(yàn)樁強(qiáng)度等級(jí)為600mm，樁長(zhǎng)為37m，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值不小于2800kN，成孔工藝為鍋錐成孔。

3.2 樁基工程質(zhì)量檢測(cè)分析

根據(jù)場(chǎng)所所具備的穩(wěn)定性以及各種樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，本樁基工程采用了成孔質(zhì)量檢測(cè)、靜載試驗(yàn)、低應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)及高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求與相關(guān)規(guī)范實(shí)施檢測(cè)。

3.2.1 成孔質(zhì)量檢測(cè)

選擇鄭州南北儀器設(shè)備生產(chǎn)有限公司生產(chǎn)的JJC-ID 灌注樁孔徑檢測(cè)系統(tǒng)完成成孔質(zhì)量檢測(cè)，成孔質(zhì)量檢測(cè)的內(nèi)容主要包括成孔孔徑和孔深、成孔統(tǒng)一性、成孔的傾斜偏差及樁底沉渣厚度。考慮到篇幅的問(wèn)題，本文僅選擇10#樁作為代表，分析10#樁成孔質(zhì)量檢測(cè)情況，具體情況見(jiàn)表1所示。

表1 10#樁成孔質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

從表1 可知，10#樁樁徑范圍為588～699mm，部分鉆孔存在擴(kuò)大孔徑的問(wèn)題，而一部分鉆孔存在縮小孔徑的現(xiàn)象。10#樁鉆孔的垂直偏差為0.79%，不超出1%的偏差允許范圍，達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。10#樁樁底的沉渣厚度為100mm，低于150mm 的偏差允許范圍，達(dá)到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 靜載試驗(yàn)

本文選擇豎向靜載試驗(yàn)作為重點(diǎn)分析對(duì)象，本樁基工程豎向靜載試驗(yàn)共抽樣了4 根試驗(yàn)樁和1 根工程樁，采用錨樁反力式慢速維持荷載法對(duì)單樁豎向靜載進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

從表2 可知，4 根試驗(yàn)樁和1 根工程樁的單樁豎向最大荷載值分別為6000kN、6200kN、5500kN、6200kN和5500kN，并且單樁豎向承載力都超過(guò)了2800kN，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 低應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)

為了保證檢測(cè)的有效性，本樁基工程檢測(cè)共選擇對(duì)128根（包含4根試驗(yàn)樁）樁基進(jìn)行低應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)，具體檢測(cè)方法為反射波法。反射波法分析1 根工程樁和4 根試驗(yàn)樁。根據(jù)被檢測(cè)的樁基質(zhì)量的高低將樁基機(jī)構(gòu)等級(jí)分為4 個(gè)等級(jí)：第一等級(jí)為Ⅰ類樁，即樁基結(jié)構(gòu)完整無(wú)質(zhì)量問(wèn)題的樁基；第二等級(jí)為Ⅱ類樁，即樁基結(jié)構(gòu)較為完整，但存在輕微的質(zhì)量問(wèn)題的樁基；第三類為Ⅲ類樁，即樁基完整性稍差于Ⅱ類樁，樁身存在明顯質(zhì)量問(wèn)題的樁基；第四類為Ⅳ類樁，即樁基結(jié)構(gòu)的完整性較差，樁身存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題且需要重新施工的樁基。按照這一分類對(duì)128 根樁基樁身低應(yīng)變測(cè)試，并匯總測(cè)試結(jié)果[1]。為了保證分析的一致性，低應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)也分析4根試驗(yàn)樁和1根工程樁的情況，具體情況如表3所示。

表3 樁身低應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

從表3 可以發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)樁基樁身波速在3004～4464m/s之間，樁基等級(jí)為I類樁，但距離樁頂處都存在擴(kuò)徑問(wèn)題，擴(kuò)徑的大小在2.9～9m之間。

樁身和樁端的應(yīng)力計(jì)算公式如下：

式中：σsi——樁身第i斷面處的鋼筋應(yīng)力；

Es——鋼筋彈性模量；

εsi——樁身第i斷面處的鋼筋應(yīng)變。

為準(zhǔn)確計(jì)算樁側(cè)土的分層極限摩阻力和極限端阻力，計(jì)算公式如下：

式中：qsi——樁第i斷面與i＋1斷面間側(cè)摩阻力；

qp——樁的端阻力；

i——樁檢測(cè)斷面順序號(hào)，i=1，2，……，n，并自樁頂以下從小到大排列；

u——樁身周長(zhǎng)；

li——第i斷面與i＋1第斷面之間的樁長(zhǎng)；

Qn——樁端的軸力；

A0——樁端面積。

3.2.4 高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)

為了提高高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)效果，本樁基工程采用實(shí)測(cè)波形擬合法。施工場(chǎng)地內(nèi)共包括25 根樁基，為準(zhǔn)確測(cè)量25 根樁基的單樁豎向極限承載力，根據(jù)施工規(guī)劃在場(chǎng)地內(nèi)布置24 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)[2]。分析樁基質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告后發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地內(nèi)25 根樁基的單樁豎向極限承載力在5611～6399kN 之間，平均值可達(dá)5987kN，減去受地質(zhì)條件影響的承載力，單樁豎向極限承載力的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為5887kN。其中10#工程樁極限承載力具體為5991kN，具體高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 10#工程樁高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)結(jié)果

單樁水平靜載荷試驗(yàn)計(jì)算公式如下:

式中：m——地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，kN/m4；

α——樁的水平變形系數(shù)，m-1；

νy——樁頂水平位移系數(shù)，νy=2.441；

H——作用于地面的水平力，kN；

Y0——水平力作用點(diǎn)的水平位移，m；

EI——樁身彎剛度，kN·m2；其中E為樁身材料彈性模量，I為樁身?yè)Q算截面慣性矩；

b0——樁身計(jì)算寬度，m；

4 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)展樁基工程質(zhì)量檢測(cè)能夠有效排查樁基結(jié)構(gòu)的缺陷，保證建筑物安全。但在實(shí)際工作中，樁基工程質(zhì)量檢測(cè)工作會(huì)受到地質(zhì)特點(diǎn)、檢測(cè)環(huán)境等因素的影響，因此，對(duì)檢測(cè)方案的選擇和操作流程的要求較為嚴(yán)格[3]。為提高樁基工程質(zhì)量檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，必須結(jié)合樁基施工的實(shí)際情況，制定合理的檢測(cè)方法，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，排除干擾因素，保證檢測(cè)結(jié)果的客觀性與準(zhǔn)確性，以此作為開(kāi)展后續(xù)工作的參考，提高建筑工程的安全性。