桩基检测技术发展现状和展望

2010-08-15葛远乐

山西建筑 2010年22期

葛远乐

1 桩基质量检测技术概述

1.1 桩基检测的重要性

随着我国城乡建设事业的迅速发展，桩基工程越来越多，因而桩基工程检测技术也就成为一个热门而得到广泛重视。特别是近10年来，检测领域取得了长足的发展，目前我国从事桩基工程检测的单位有700家以上，从事桩基检测仪器制造的单位有10余家，动测仪器的软件、硬件水平已经接近或达到国际先进水平。诚然，我们在先进检测技术上的创新和开拓需进一步加强和提升。

1.2 桩基检测的分类

1)直接法:即通过现场原型试验直接检测项目结果的检测方法。主要有钻孔取芯法(桩身完整性检测)和静载荷试验(承载力检测)。2)间接法:指在现场原型试验基础上，同时基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能最终获得检测项目结果的检测方法。

2 桩基检测的发展历史和现状

1)静载荷试验。桩基静载测试技术是随着桩基础在建筑设计中的使用越来越广泛而发展起来的。新中国成立以前，在国内基本上没有桩基静载测试技术的发展，新中国成立以后，桩基静载测试技术才逐步发展起来。传统静载荷试验采用手动加压、人工操作、人工记录的方式进行。进入到20世纪80年代以后，随着改革开放的深入，基本建设规模的逐年加大，特别是灌注桩在工程上的广泛应用，我国的桩基静载测试技术也进入了一个全新的发展时期。至今，桩基静载试验作为一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术。

2)低应变检测。20世纪80年代，以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期，各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、实践经验积累等方面，取得了许多有价值的成果。

3)高应变检测。我国的高应变动力试桩法研究是起于20世纪80年代中后期，到90年代初期已有相关的软硬件问题，其实际应用效果已不弱于国外，其后面向国内大量的灌注桩检测，已有单位在模型改造值得一提的是，桩基动测方面，国产仪器和软件业已达到国际先进水平，许多方面甚至更具有中国特色。

4)声波透射法。混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。至20世纪70年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。目前大量使用的数字式声波仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。

5)钻孔取芯法。目前钻孔取芯法主要应用在钻孔灌注桩检测上，同时在技术条件成熟的地区也用在检测地下连续墙的施工质量。钻芯法是一种微破损或局部破损的检测方法，具有科学、直观、实用等特点。

3 桩基检测存在的问题

3.1 单一检测方法的局限性

目前声波透射法、高低应变法等桩身完整性检测方法，一般适用符合“一维均质杆件”假定的混凝土桩，不能完全适用于组合桩，异形桩、薄壁钢管桩;地基处理中应用的水泥搅拌桩、碎石桩、低强度等级混凝土桩、GFG桩等桩型，也不能简单套用基桩工程中的基桩完整性检测方法，钻孔取芯法目前几乎九成以上都用在混凝土灌注桩检测上。

3.2 桩基动力检测方法在应用中存在的不足

3.2.1 桩基完整性动力分析

1)基本上不能对截面的变化程度作出定量评定，而只能对桩身缺陷的存在作出定性和定位的判断;2)大批试桩中能鉴别出肯定合格的基本完整桩和肯定不合格的严重缺陷桩，对许多具有中等程度缺陷桩，较难对其合格性作出判断。

3.2.2 桩基承载力动力分析

物理数学模型、力学模型、桩土材料模型、计算公式、分析流程、应用软件及仪器设备等各个方面，在对承载力的分析计算上都存在一些问题，这些问题都会导致承载力分析计算的系统误差，是本质的、急需创新的不足。

3.3 静载荷检测存在的问题

1)现场准备工作不认真，测试仪表不符合要求，在加载设备方面，受现有设备的限制，采用大千斤顶量测小吨位桩，不认真执行规范制定的试验步骤，提前加压或记录，卸载时不进行回弹观测;检测报告不规范，内容过于简单，无工程概况及土层分布情况。2)现在的高层建筑一般都有地下室，其桩的有效长度应从最底层地下室的底板算起，受施工时间条件所限传统的静载方法无法测得其有效桩长的实际承载力。近年来尽管有各种动测方法，也需大量的动静资料对比才能提高其精度。3)桩静载荷试验盛行堆载平台法，但目前的平台对试桩及基准桩附近形成大面积堆载，应力高达300 kPa以上，影响试桩工作状态和基准桩的设置，甚至造成平台失稳事故，因此，必须改进平台的结构形式。

3.4 尚不能应用声波透射法推定桩身强度

桩中混凝土因受重力、地下水等多种因素的影响而产生离析现象，导致桩身各个区段混凝土的实际配合比产生变化，而这种变化情况无法预估，因而无法对“强度—声速”曲线作合理的修正。另一方面，声测管的平行度也会对强度的推定产生很大影响。

4 桩基检测的创新和发展

4.1 单一性检测技术

1)静载荷试验。增加了仪器硬件技术的创新和科研:发明了自动化测读和分析系统。系统采用先进的精密测试仪器，能够满足野外昼夜连续测试的要求。传感器本身带有液晶显示器能够将接收信号同实测位移数据进行对比。系统对于自动控制中的加压与稳压部分，压力控制以开关量控制为主。同时在软件设计中增加了自适应点触式加补荷方式，最大限度的减少加荷时产生的超压现象。

2)低应变反射波法。结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。桩型、施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。因此查看地质资料、了解施工记录对确定缺陷位置有很好的帮助。利用定量分析软件对基桩缺陷程度的判定。同一工程的地质和施工状况大致相同，通过寻找被测桩之间的共性，再来分析每一根桩的情况，往往能有效的提高分析效果。

3)高应变法。由于桩土系统的复杂性及外界噪声的影响，从而使有用信号难以直观把握，因此采用良好性能的信号分析技术，提取有用信号是最终正确判断桩身特性的基础之一。在经典谱分析中主要采用了FFT变换、倒频谱分析及希尔伯特变换。对于不同特性的信号，分别选用不同的分析技术，就会改善信号判断的难易。现在提出的分析方法有:时序分析技术和小波分析技术。

4)声波透射法。目前，国内主要把重点放在超声波在混凝土中传播时控制接收信号的漂移和控制波形发生畸变。因此，很多科研单位都组织成立了一批优秀的科技队伍从理论上着手，再体现在仪器设备上的创新。

5)钻孔取芯法。目前增加了钻机设备的技术含量，从单一的效率低的向效率高多功能的钻机发展。

4.2 多种检测技术相结合

当采用一种方法对桩身质量(完整性)做出正确判定时，可同时选用两种或多种方法进行检测，使各种方法能够相互补充、验证，提高检测结果的可靠性，对设计等级高、地质条件复杂、施工质量变异性大的桩基，或低应变判断完整性可能有技术问题时，提倡采用直接法进行验证。

5 桩基检测的展望

深基坑支护桩的检测，目前国内尚无明确规定。对于桩身质量可用动测法检测，对于其横向承载力没有可行的检测方法。用动测法测定支护桩的横向承载力是值得研究的课题。研制和改进孔底沉渣测定仪，控制和检测灌注桩孔壁泥皮厚度的设备，对提高施工阶段的检测水平具有重要意义。

从国外的发展情况来看，快速荷载试验法将是一个试验手段的发展方向。在这方面，有些地方规范已明确规定了快速荷载试验法的试验步骤。桩承载力自平衡试验方法是大承载力桩基静载试验的一种发展方向，但这种技术方法才刚刚兴起，其理论研究还在进行当中，该方法测出的上段桩的摩阻力方向是向下的，与常规方法测出的摩阻力方向相反，这方面还需要做进一步的理论研究与现场对比试验。采用桩底加载法进行试桩，可缩短工期，节省大量人力、物力。目前较多是用于测定嵌岩桩的嵌固力，这是传统方法难以做到的。桩底加载法如能及早采用，实为我国建筑业中的一项飞跃。

中国土木工程建设的规模、持续发展的时间、工程建设中遇到的岩土工程技术问题，都是其他国家不能相比的。这给我国岩土工程研究跻身世界一流并逐步处于领先地位创造了很好的条件。展望21世纪岩土工程的发展，挑战与机遇并存，让我们共同努力将中国岩土工程推向一个新水平。

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