桩基检测技术在高层建筑工程中的应用

2022-05-27张秩硕

科技与创新 2022年10期

张秩硕

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

1 桩基检测的现状及重要性

1.1 桩基检测的现状

建筑行业在近些年无论是建设规模还是建设数量都呈现出扩大的趋势，同时中国也在日渐健全深化相关标准规范，以期能够保障建筑行业获得可持续发展。桩基施工作为十分常见的建筑基础施工技术，其施工质量关系着整个建筑结构的安全，为此，从20世纪70年代就研究并且应用了一些桩基质量检测技术，经过了多年的发展，桩基检测技术得到进一步的丰富和优化，目前很多高新技术、高新检测技术被应用于桩基施工质量控制方面，这对于推动建筑行业良好的发展有着积极意义。

目前工作人员的素质水平随着桩基检测行业的持续发展得到了进一步的提升，在桩基检测领域日渐增加了大批量的先进人才，推动者桩基检测技术的发展。在实际开展检测过程中，检测人员需要严格以国家检测规范标准和工程设计说明为基础，同时对工地的实际情况加强考虑分析，做好桩基检测技术的合理选择，同时要严格把控桩基检测的每一道工序。

但是近些年有的工程项目中仍然存在不同程度的桩基质量问题，这和部分工作人员单纯地依靠工作经验判断桩基施工质量，没有进行科学客观的质量检测有着很大的关系。为此，在未来发展中，相关单位需要提高对桩基检测工作的重视度，严格按照施工标准规范落实桩基检测个工作，严格把控每一步检测工序，将桩基检测的准确性提高，切实保证桩基施工效果。

1.2 桩基检测的不足

作为建筑物的基础结构，桩基对建筑物整体质量和安全有着直接影响。如果桩基出现问题那么很可能引发不同程度的质量安全隐患。为此，工作人员需要加强监测桩基设计和施工过程，将桩基的承载力、安全性尽可能地提高。桩基检测可客观地评价桩基质量情况。当前桩基检测行业虽然人员和设备较多，但是检测人员技术能力高低不一，加上工作责任心、工作态度等方面各不相同，操作现代检测设备和软件的能力不同，导致从不同程度上影响了检测结果的准确性，甚至无法发挥出桩基检测的价值。此外，当前桩基检测中还存在另一个制约桩基检测质量的因素，即环境因素，如果环境较为恶劣，可能导致无法正常使用机械设备，或者检测工作受阻，导致检测结果准确度不高，无法客观地评价桩基质量。可见，需要提高检测人员对于桩基检测的认识，并且加强应用现代检测设备，合理选用检测技术，提高桩基检测结果的准确性，切实发挥检测结果的价值。

2 高层建筑桩基检测内容

桩基础处于建筑的底部，工作人员难以及时发现其中存在的问题，加上桩基础施工有着较为复杂的过程，如果质量不达标会对后续的一系列施工作业产生严重的不良影响。为了避免发生质量问题，要加强检测桩基质量情况。

2.1 成孔检测

高层建筑施工中混凝土浇筑后成桩质量的好坏直接受到成孔质量的影响。在桩基施工中，可能会受到操作技术水平、地形等多种因素影响而发生坍塌、缩颈、偏斜等问题，为了提前预防这些现象需要工作人员通过密切地监测确定成孔的深度、位置、垂直度、沉渣厚度等指标，确定是否符合质量标准要求。

桩基的质量直接受到桩孔大小的影响，如果桩孔孔径较小那么会降低桩基的承载力，进而影响桩基的承载性能；桩孔孔径过大会增加施工阻力，难以将桩基的作用充分发挥出来。可见，有必要测量桩孔。

当前很多技术人员采用孔径检测仪检测桩基的孔径和垂直度，其中伞形孔径仪检测、声波检测法都是当前常见的检测方法。不同桩基的检测方法也存在一定差异，比如灌注桩通常采用简易检测方法，伞形检测可以全面检测孔径、孔斜、沉渣厚度等内容[1]。

2.2 桩基完整性检测

钻孔取芯法、低应变动力试桩法、声波透射法等都是高层建筑桩基完整性检测常用手段。当前低应变动力试桩法是高层建筑桩基检测中使用较为频繁的一种技术，该检测方法简便且有着较高的经济性，可以将检测盲区问题有效避免。低应变动力试桩技术通过检测震动速度和加速度并且分析得到的数据，合理地判断建筑桩基施工质量，在桩端持力层或者桩底成渣厚度中较为适用，同时可以检测灌注桩混凝土的强度[2]。不过该技术在施工中会扰动周围的土体。

2.3 桩基承载力检测

静荷载试验法、静动法、高应变动法是常用的3种高层建筑桩基承载力检测技术。其中最为常见的检测方法为静荷载试验法，同时也是当前最具权威的检测方法。这种检测方法可以合理地确定桩基的承载力，通过承载力和加速荷速率的关系确定桩基承载性。加速荷速率越慢则代表和桩基承载力越接近[3]。

静荷载试验法。该方法主要是人为利用机械设备向桩基顶部施加一定竖向压力或者向上的拉力以及水平推力检测桩基静荷载情况。工作人员在试验过程中需要及时准确地分析桩基位移情况，从而对桩基承载的最大压力或者拉力进行准确的判断。工作人员在开展桩基静载试验过程中还要注意结合实际情况调整或者停止桩基受力，绘制Q-S曲线、s-lgt曲线，同时借助物力中力的作用对实际作用力情况进行客观的分析推测，同时配合使用相应的装置，确定桩基所能够承载最大的荷载，根据静载试验检测结果对桩基的具体应用情况进行客观的判断，比对设计图纸、标准规范，判断桩基能否承担建筑物质量，能否正常地投入使用。如果检测后发现质量不达标的情况那么需要及时反馈给管理人员，将处理方案设计好，以免对后续的施工安全产生威胁。

高应变动法检测。该方法既可以检测承载力又可以检测完整性。工作人员应当运用波形曲线进行信息采集与分析，曲线中的部分会出现重合，峰值构成一定比例，最后2条曲线归零。一般情况下，桩基检测报告中的曲线存在误差，曲线前部不重合，峰值没有比例，就可以判定桩基与相关标准规范不合格，或工作人员获取的信息不准确。为避免后者情况的出现，检测人员应当保证自身理论知识的完备，同时还应当保证传感器安装的准确性，采用具有可靠性的科学技术，对现场的相关信息实施采集，保证检测结果的准确性[3]。

3 桩基检测技术要点

3.1 钻孔取芯法

该方法是一种具有破坏性的检测方法。在检测中，工作人员利用钻孔机从桩身抽取一定量的芯样，然后通过试验室检测分析芯样，对持力层的情况、桩底沉渣厚度、局部缺陷、混凝土强度等进行客观的判断，就结果准确性进行科学的判断。这种检测能够对小范围的桩基质量进行客观准确的判断，但是会损害桩基结构，所以通常用于验证无损检测结果的准确性。

3.2 静载试验法

桩基的单桩竖向承载能力对于基础结构的稳定性发挥着至关重要的作用，在单桩竖向承载力检测中可以使用静载试验法。检测人员用一定的荷载施加于桩顶，并且分析此过程中桩间土的作用情况，就曲线特征进行客观的判断并且评估成桩性能。桩基施工中面临着较为恶劣的环境，该检测方法需要投入较高的检测费用，耗费的时间也较长，有着较为烦琐的配套工作，所以这一方法的应用并不广泛[4]。

3.3 低应变动测法

该方法能够短时间内便捷地完成检测工作。在检测过程中波形会直接影响检测结果，所以为了保证波形良好通常用于分析桩身的完整性。在应用低应变动测法时桩侧土阻力、动土阻力会从很大程度上影响应力波的传播，进而影响反射波的福值，还可能发生应力波衰减的情况，所以该技术的应用具有较强的局限性，通常可以检测直小于等于1.8 m、桩长在5～50 m的桩基当中。低应变动检测仪如图1所示。

图1 低应变动检测仪

工作人员在检测中，要注意控制各个检测环节和要点。打印机、力锤、传感器、信号采集仪等都是低应变动测法测试系统的主要组成内容，工作人员可以联合使用信号采集仪和计算机，也可以先测试，然后再和电脑连接进行信号处理。当前信号采集仪主要使用的A/D转换器为16位或者12位。A/D转换器的处理效果优良，有着较为准确的检测结果。当采样频率超出了截止频率的2.5倍后，为了保证检测结果的准确性要避免使用干扰信号和交流电，通常此时使用直流电源。在选择传感器时，优先选择的是装有放大式加速计的设备，较宽范围的频响的加速计的零漂性和低频响应性能优良。工作人员要注意尽量避免使用高阻尼速度传感器和普通速度计，这2种速度计尤其不适合用于测量大桩、长桩中。

低应变动测法测量的关键在于能够保证信号质量。为了将信号质量尽可能地提高，可以从如下4点进行严格控制：①根据测试信号情况、桩径差异确定测试点，对于超过120 cm桩径的桩基可以选择3～4个测试点，测试点和钢筋笼的间距应当在10 cm以上，在桩基的四周和桩中心均匀地布设测试点。为了保证传感器和桩头良好地连接需要做好测试点的打磨。②锤击点选择时要注意距离传感器20～30 cm左右，避免间距过大影响横波发生波形震荡的现象，同时避免距离过近冲击传感器导致传感器无法准确地获取检测数据。桩径大小不会影响锤击点的选择，在检测中工作人员也无需进行锤击点的打磨，如果需要打磨那么为了避免波形震荡影响检测结构可以适当增加橡胶垫作为缓冲。③安装传感器时要考虑天气特点做好位置的合理选择，并且合理选择粘贴物质。当前常用的粘贴物包括黄油、橡皮泥。如果使用橡皮泥那么需要注意桩头的干燥整洁，避免存在积水等影响粘贴效果的物质；黄油适合应用于低温的环境中，要做好粘贴层厚度的严格控制，避免过厚对信号的准确性产生影响。④要尽可能多地采集信号，对不同点位的激振情况进行观察，明确各个点位的波形是否一致，尽可能地提高检测结果的准确性和真实性。

在检测后工作人员还要分析波形，就桩基施工方法、持力层情况、桩位地质情况等进行深入的了解，加强分析反射信号。常见的3种情况如下：①桩底持力层是石灰岩、泥岩等较为软弱的岩质，没有明显的嵌岩信号或者反射信号，那么会影响桩底信号，为了保证结论真确需要进行抽芯对比。②桩基过多地进入到了基岩。③桩身穿透了溶洞。工作人员在实际检测中可能会遇到很多特殊的情况，需要仔细分析并且认真地对比各个波形。要谨慎地对缺陷下定义，科学地判断桩基承载力、大小、缺陷类型、混凝土强度等情况[5]。

3.4 高应变动测法

在单桩竖向承载力或者桩身完整性检测中常常应用高应变动测法。在检测中，用重锤通过自由落体形式对桩顶进行加压，就动力系数进行采集并且计算，将桩身的相关性能参数确定。重锤质量通常是单桩竖向承载力的1%以上或者桩身质量的10%以上。高应变动测法在误差控制方面有着很大的优势，比静载试验检测方法能够节省大量的费用，所以当前该技术受到了多方认可。不过该施工技术需要应用较多的辅助设备，有着较为烦琐的检测过程，并未受到检测人员的广泛使用。高应变动检测仪如图2所示。

图2 高应变动检测仪

3.5 声波透射法

声波透射法是在桩基内埋设若干根声测管，然后关注混凝土，探头利用声测管进行超声脉冲的发射和接收，利用超声探测仪测定穿过横截面的超声脉冲参数，判断测值波形或者处理判断数据，就混凝土结构是否存在质量问题进行科学的判断。该技术适合应用于不超过300 cm直径的桩基中，声波透射范围能够达到1 000 cm，加上该技术属于无损检测方法，适用性较强，在超过60 cm的桩径质量检测中都可以应用该技术。不过该技术仅仅可以对混凝土完整性进行检测，无法对桩基的持力层、扩孔进行检测。

探头升降装置、超声检测仪、数据采集及数据系统等共同组成了声波透射设备。当桩基直径在1 m以内时可以埋设1根声测管；对于1.2～2 m直径范围的桩基需要埋设2根声测管测得4组数据；对于超过2 m直径的桩基需要埋设3根声测管得到6组测量数据。人工放线检测可以采用评测法从底部向顶部或者从顶部向底部进行测量，按照50～100 cm的范围控制测定间距。可以使用扇形测法或者斜侧法测定桩基的缺陷情况[6]。

概率法主要是对所有的数据进行纠偏和修整。在桩基检测中，常常使用PSD判据法进行桩基数据的分析，这种方法有着较高的缺陷敏感性，但是在不均匀的混凝土中或者声测管不平行时难以反映出声时的变化情况[7]。

新型声波检测仪器能够自动计算PSD判据，但是需要人工结合实际情况做好临界判据值的确定。如果检测发现了缺陷那么需要利用实测数据统计强度指标和混凝土均匀性计算缺陷类型[8]。