基樁檢測技術及綜合應用

文／袁斌 上海永固檢測技術有限公司 上海 201901

引言：

近年來，建筑工程的規模越來越大，工程中采用的新技術、新材料、新工藝也越來越多。基樁形式也變得多種多樣。在上海地區廣泛使用的基樁種類有：灌注樁、預應力混凝土管樁、預應力混凝土方樁、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）穩定性好；（4）承載力極高；（5）施工難度高且復雜；（6）質量缺陷后期難以彌補挽救。基礎是工程的支撐，它承載著上面主體的所有荷載。所以基樁的好壞關系著整個建筑的安全穩定[1]。

最早期的工程中使用木樁，后來隨著科技發展，各種形式的樁相繼出現。同時基樁檢測技術也不斷發展變革。尤其在最近的二三十年，基樁檢測技術空前發展繁榮。隨著檢測技術日漸成熟，各種基樁檢測的方法也逐步標準化。目前已經成熟應用的基樁檢測方法有：低應變法、超聲波透射法、高應變法、靜載荷試驗、鉆孔取芯法、成孔質量檢測法、孔內攝像法。

基樁檢測方法是在理論知識基礎上發展起來的，則它們的檢測結果必定也離不開理論的假設和范圍。基樁檢測雖然有上百年歷史，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，有些方法適用于預制樁；有些方法能檢測樁的完整性，有些方法能檢測樁的承載力……對于基樁來說，選擇可靠適合的檢測方法和評價體系至關重要。為了得到更準確可靠的結論，通常在工程中會用多種基樁檢測方法相交叉結合來進行檢測分析。因為當對某種檢測方法的結論有疑問時，可用其它的檢測法進行驗證檢測。通過用幾種不同檢測法綜合分析得出的結論更準確、可靠。不同方法的優點和缺點也不同，采用多種方法檢測分析就可以互相彌補缺點，并使檢測結果最優化。為了達到“數據準確、評價正確”而且“安全適用、經濟合理”的目標；基樁檢測技術還需持續發展。工程中，有些基樁只能用一兩種基樁檢測法且結果不理想；比如對多節錨桿靜壓樁的檢測。對此，我們還迫切需要運用一種更為先進的基樁檢測技術。

1.基樁檢測的方法及其特點

基樁檢測的方法可以分為直接法和間接法。直接法有靜載荷試驗法、鉆孔取芯法、孔內攝像法；間接法有低應變法、高應變法、超聲波透射法。

1.1 低應變法

低應變法是用小錘在樁頂輕敲，實測樁頂速度（或實測力）時程響應，通過一維波動理論的時域和頻域分析來判定樁身完整性的檢測方法。它可以判定樁身是否存在缺陷、缺陷的程度及其位置。低應變檢測時速度快，簡單，費用低，且工作量少。這種檢測方法適用于混凝土灌注樁和預制樁；不能用于鋼樁、異形樁，同時對接頭不密實的多節錨桿靜壓樁不適用。計算分析樁身缺陷的公式如下：

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

1.2 高應變法

高應變法是用重錘沖擊樁頂，使樁周土產生塑性變形，實測樁頂附近所受力和速度隨時間變化規律，通過應力波理論分析得到樁土體系有關性狀。高應變檢測單樁豎向承載力和樁身完整性的計算公式應分別：

高應變依據完整性系數 值的大小來評定樁身完整性，如下所示：β〈0.6 時，為Ⅳ類；0.6 ≤β〈0.8 時，為Ⅲ類；0.8 ≤β〈1.0 時，為Ⅱ類；β=1.0 時，為Ⅰ類。高應變通過用凱司法計算的 值或用擬合法擬合得出的 值來確定單樁豎向抗壓承載力。

高應變得出的承載力為理論推算而來，所以這種方法得出的結果沒有靜載荷試驗精準。當同時用高應變和靜載荷試驗測基樁承載力時，高應變有如下優點：檢測費用低，檢測時間短、工作量少，方法簡單便捷。高應變可以同時檢測樁身完整性和單樁豎向承載力。與低應變相比，高應變能檢測多處樁身缺陷，并能定量分析判定缺陷。另外，高應變還可以用于基樁施工的打樁監控，為合理選擇沉樁工藝和設備提供參考。但是用高應變檢測時，也存在一些缺點：測的豎向承載力值為一個預估值而非精確值；不適用于檢測異形樁、大直徑擴底灌注樁、多支盤樁等基樁的承載力。

1.3 超聲波透射法

超聲波透射法的檢測原理是在預埋聲測管之間發射、接收超聲波，通過實測聲波傳播的聲時、頻率和波幅聲學參數的相對變化，對樁身完整性進行判定。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方法。它是檢測樁身質量最主要的形式，特別是檢測長、超長的大孔徑灌注樁時。超聲波透射法還有以下的優點：能用于地下連續墻的檢測；能對樁底情況或沉渣情況做出大概判定；能通過提前埋設聲測管對基樁進行通長檢測。超聲波透射法根據波速、波幅、PSD 值與整根樁異常判斷臨界值的大小關系來確定異常值。異常判斷臨界值則是用概率統計方法計算而來。當波速、波幅、PSD 值存在異常值時，評判該位置為缺陷。這種檢測方法存在以下缺點：（1）需提前埋設聲測管或鉆孔洞，檢測前期的準備工作較繁多并且費用較高；（2）不能用于預制樁、鋼樁；（3）難以判定缺陷的性質；（4）預埋管堵塞會導致無法檢測。

1.4 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是一種用于檢測灌注樁或圍護樁樁身完整性的方法。它可以檢測樁身缺陷及其位置、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度，可以判定或鑒別樁端持力層性狀。鉆孔取芯檢測屬于一種直接法。它的缺點有：檢測費用高，檢測時間較長。鉆孔取芯法檢測灌注樁時，通常與其他檢測方法結合進行全面分析和綜合判定，并且作為一種驗證檢測的方法。當對其它檢測方法的結果有問題或者對結果產生疑問情況時，可以使用鉆孔取芯法直接鉆孔驗證。

1.5 靜載荷試驗法

靜載荷試驗的檢測原理是在樁或土頂部逐級施加豎向壓力、上拔力或水平推力，觀測基樁頂部隨時間產生的沉降、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方法。它包括：單樁豎向抗壓靜載荷試驗、單樁豎向抗拔靜載荷試驗、單樁水平靜載荷試驗、天然地基靜載荷試驗、復合地基靜載荷試驗。靜載荷試驗是一種檢測基樁承載力最直接最可靠的方法。

靜載荷試驗是一個重要的基樁檢測的試驗，也是驗證基樁承載力的重要方式。它既可以為工程設計和基樁的檢測驗收提供依據，還可以用于檢驗新工藝、新樁型。靜載荷試驗的原理簡單、檢測結果精確。這種方法在檢測基樁時的樁土狀態與實際最接近，所以它的檢測結果最準確可靠且最能代表基樁的使用情況。靜載荷試驗可以用于各種類型的樁，如灌注樁、預制樁、異形樁、鋼樁等。它的缺點有：（1）檢測的費用高；（2）檢測的時間長；（3）現場檢測花費的人力物力繁多；（4）現場檢測時引起不安全的因素雜多，特別是大噸位樁。靜載荷試驗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證工程樁的重要依據。

1.6 孔內攝像檢測法

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

1.7 成孔質量檢測法

成孔質量檢測是檢測鉆孔灌注樁的孔徑、孔深、垂直度、沉渣的成孔質量的方法；它還可以評判樁孔的穩定性。假使基樁的澆筑成型過程沒有問題，那么樁孔的狀況在一定程度上能與基樁的擴徑、縮徑情況相統一。所以，成孔質量的好壞也直接影響著灌注樁的成樁質量。成孔質量檢測的結果有時候可以和高、低應變的檢測結果相互參照、相互結合，從而判斷缺陷的種類。

2.多種檢測方法交叉結合的意義

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

不同的檢測方法皆具有自身的局限性，它們能夠檢測判斷出缺陷的深度和嚴重程度也不同。比如，低應變法只能檢測判斷出30 米左右的缺陷，而聲波透射法能通長范圍檢測……當一種檢測方法不能給出準確可靠的結果時，可以采用多種檢測方法相互交叉結合來綜合分析判定。這樣不同檢測方法的檢測結果也可以互相比較驗證和互相補充。使最后得出的結論更加準確可靠。例如：低應變法檢測管樁不合格時，由于低應變法對Ⅲ類和Ⅳ類的樁缺陷只能做定性判定而無法定量分析缺陷；僅靠低應變的檢測結果判定這根樁會導致結論不可靠甚至錯誤；而后，選擇用孔內攝像檢測法、高應變法或靜載荷試驗法進行驗證檢測，便于對缺陷的程度、位置做出定量的判定；最后綜合低應變和驗證檢測的結果做全面分析和綜合判定[2]。

對大孔徑灌注樁檢測時，用超聲波透射法、低應變法交叉結合高應變法或靜載荷試驗法得出的結論更加準確可靠。超聲波透射法檢測時可以采用平測、斜測、扇形掃測三種方法結合起來進行全面檢測和綜合分析。因為有些缺陷只用平測法可以分辨出，有些種類缺陷只斜測或扇形掃測法能分辨出。例如基樁的橫向裂縫用平測法不能測出，需要用斜測或扇形掃測的方法才能分辨。

3.應用綜合分析的方法

現場基樁檢測的經驗教我如何運用檢測技術，它告訴了我如何去踐行“評價正確”的目標原則。檢測時，為了排除其它的一切可疑選項，學會對幾種檢測方法靈活的綜合應用和分析判定。只有把各檢測數據綜合起來全面分析的結果才最準確、最可靠[3]。

3.1 工程實例

3.1.1 工程概況

上海浦東新區某小區1#住宅樓的工程樁為預制方樁，樁長22.0m，混凝土強度等級C80。經檢測發現，S1#樁低應變檢測結果為：在接樁處有嚴重缺陷。由于低應變法只定性檢測缺陷，而無法判斷缺陷對承載力的影響。經同委托單位、設計單位、監理單位共同協商，決定采用靜載荷試驗法對這根樁進行驗證檢測。

3.1.2 結果分析

低應變檢測結果見圖1：

靜載荷試驗法的檢測結果見圖2：

圖2 靜載荷試驗s-lgt 曲線

由低應變法的成果曲線可知S1#樁為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁。但低應變對缺陷無法做出具體判斷，存在這以下幾種可能：（1）當缺陷由角鋼焊縫脫焊導致時，影響基樁結構承載力，應判Ⅳ類樁；（2）當缺陷由基樁墊片不密實導致時，不影響基樁結構承載力，應判Ⅲ類樁。

靜載荷試驗法的檢測結果顯示S1#樁承載力小于設計值448KN，不滿足設計要求。最后，綜合低應變法和靜載荷試驗法的檢測結果做出判定：S1#樁為Ⅳ類樁。

3.2 工程實例

3.2.1 工程概況

一根上海寶山區某橋梁的鉆孔灌注樁：樁長42.0m，樁徑800mm，混凝土強度等級為水下C30。經用聲波透射法檢測，在樁身淺部存在明顯缺陷，屬于Ⅲ類樁。后來同甲方協商，再用鉆孔取芯法進行驗證檢測。

3.2.2 結果分析

聲波透射法的檢測結果顯示，該樁在1-2 和2-3 剖面，在0.4m-0.8m 范圍內存在聲學參數異常：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。初步判定為嚴重缺陷，屬于Ⅳ類樁。

然后用鉆孔取芯法對樁1-2 和2-3 剖面檢測時，取芯長度為1.2m。鉆孔取芯的芯樣圖見圖3，檢測結論如下：在0.0m-0.5m 部位混凝土芯樣膠結差，嚴重離析，有空洞；判定為Ⅳ類樁。所以，這根樁最終檢測結果為Ⅳ類樁。

4.總結和建議

上海地區的土層多為砂土、粉土及淤泥質土，承載力低。然而，基樁的承載力越來越高，甚至達到2000 噸。對于上海地區的土層和基樁，可以做一個形象的比喻：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；但是當在豆腐中均勻布置很多筷子時，豆腐塊則可直接放重物。所以，優質的基樁確保了一座座大廈屹立而不倒。

保證檢測數據的準確和檢測結論的正確、保障檢測過程的安全是檢測人員應具備的技能。簡單可靠的檢測方法有利于現場檢測、有利于出具結論、有利于項目推進。低應變法常為混凝土樁必選檢測方法；靜載荷試驗法是承載力檢測的首選方法；超聲波透射法是對灌注樁檢測的必選方法；高應變法常用于橋梁等小工程的基樁承載力檢測；鉆孔取芯法多用于對灌注樁驗證檢測或者水泥土圍護樁檢測；孔內攝像法是越來越流行的驗證檢測的方法。工程中同時運用幾種檢測法是保證檢測結果準確可靠的必要途徑。隨著科技的發展，以后精準檢測分析基樁的方法及能力也將大力向前。

結語：

現在迎來了人工智能和大數據技術大發展，未來基樁檢測技術必將變得更加智能化、信息化。檢測設備逐步從有線發展為無線，并且設備終端也將變得更加強大。未來現場檢測時，儀器同終端連在一起，結合地區經驗和巖土數據實時分析數據、對風險報警和定量分析基樁缺陷對基礎的不安全程度。最終的檢測結論將更全面。