基桩检测技术在炼油改扩建工程项目中的应用

2023-09-27张旭李文

城市地质 2023年3期

张旭　李文

摘要：通过简述现阶段常用基桩检测技术的检测原理、应用方向及自身特点，结合改扩建工程实例，明确基桩所处地质条件，优选适合的检测技术手段，应用高应变检测法、低应变检测法及静载试验等方法对基桩开展多维度检测工作，准确获知基桩承载力和完整性等相关要素，判断基桩是否满足工程需要，验证多种基桩检测技术的检测效果。

关键词：基桩；高应变检测法；低应变检测法；静载试验

Application of foundation pile detection technology in oil refining expansion project

ZHANG Xu1， LI Wen2，3

（1.Zhongkan Metallurgical Investigation Design & Research Institute Co， Ltd.， Baoding 071051， Hebei， China；

2.Beijing Institute of Geothermal Research， Beijing 100012， China；

3.Key Laboratory of Shallow Geothermal Energy， Beijing 100012， China）

Abstract： This paper briefly describes the detection principle， application direction and characteristics of the common foundation pile detection technology at the present stage. Taking the example of an expansion project， the geological conditions of the foundation pile were defined， and appropriate detection technology was selected. Applying the high-strain dynamic testing， low-strain integrity testing and static load test， multi-dimensional detection of the foundation pile was carried out， which produced the accurate bearing capacity and integrity of the foundation pile and other relevant factors. The research then determined whether the foundation pile met the project needs and verified the detection effect of various pile detection technologies.

Keywords： foundation pile; high-strain dynamic testing; low-strain integrity testing; static load test

现阶段，我国的基础设施建设正处于高速发展阶段，各地区基础设施建设逐渐完善，改扩建工程比比皆是。在改扩建工程中，桩基础作为最基础、最常见的支护结构起到了不可替代的作用，其中基桩是桩基础中最主要的受力构件，确保基桩结构质量符合工程要求尤为重要。近年来，我国加深了对基桩质量安全的认识，对基桩结构质量进行高效可靠、经济适用的检测手段已被高度重视，并得到快速发展和应用。目前，针对基桩检测技术，前人已进行了大量探索与应用：包括应用高应变检测法（段海帆，2018）、静载试验（林国强，2008）检测技术对基桩承载力检测进行研究；应用低应变检测法（蔡以智，2004；张振拴等，2011；徐志华等，2017）、透射法（张程林等，2014）检测技术对基桩完整性检测进行研究。而在改扩建工程项目中，基桩本身的情况则更加复杂，所受的外界因素影响变化相对更大，其质量安全问题更具隐蔽性和多变性。本文以实际工程项目为例，结合工程设计需要，科学合理地选择检测方法，分析检测试验数据，论证工程基桩质量，从而佐证各基桩检测技术的有效性和准确性。

1 常用的基桩检测技术简述

1.1 高应变检测法

在开展基桩承载力检测工作中，高应变检测法是常用手段，且具有检测时间短、费用低、效率高等优势。高应变检测法的基本原理是向桩顶轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过对应力波理论分析，实现对基桩竖向抗压承载力及桩身完整性的检测。高应变检测法运用到一维波动方程、达朗贝尔公式及行波理论（罗辅前，2022），通过实测的应力波曲线，结合土层参数，可求得与桩运动相关的土的最大静、动阻力值，进而评价计算极限承压力（中国生等，2017），亦可对桩身完整性做出准确评价（谷熠岩等，2008）。试验过程中有一定的危险性，对基桩本身可能会造成影响，为确保高应变检测发挥作用，应严格制定设计，按规定做好防护措施。在实际操作中，应注意保持樁头顶面水平、完整，桩头中轴线与桩身中轴线完全重合，桩头截面积应与原桩身截面积相同。

1.2 低应变检测法

低应变检测法检测速度相对较快，操作较为简单，短时间内可完成基桩的检测工作，在基桩完整性检测方面，该方法是最简单高效的技术手法（王磊等，2018）。低应变检测法是多种方法的统称，目前常用反射波法，是通过对受检桩桩顶施加冲激振力，并由预先设置的传感器接受桩身的动态响应函数信息，得到实测的频率信号和速度信号，绘制速度响应时域曲线，在假定应力波在桩身传播时平截面成立的前提下，借助一维波动理论，建立一维线性杆件模型（甘梓坚，2022），综合曲线数据的相位和幅值计算基桩内可能存在的缺陷类型，并根据波形参数推断缺陷所处位置，进而实现对桩体混凝土完整性的判断（高燕，2021；陈伟池等，2022）。为获得清晰完整的反射波形，低应变检测中要根据基桩的实际情况，包括直径大小、测试信号的传递效果等因素选择、调整测试点点位，并对同一测试点位进行多次信号数据采集，形成最真实的波形和数据，从而达到测试目的。在实际操作中，应注意保证桩顶干净，保持桩头的材质、强度、截面尺寸与桩身基本相同，桩顶面平整、密实，并与桩轴线基本垂直。

1.3 静载试验

基桩静载试验方法在检测基桩承载力方面目前是最可靠、最成熟的方法，能够直观地展示试验结果，在获取基桩竖向抵抗压承载力、竖向抗拔承载力或水平承载力等方面有较高的认可度。静载试验是通过在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，从而确定相应极限承载力。根据基桩静载试验的加压反应装置的不同大体分为堆重平台反力法、锚桩横梁反力法和自平衡法等（黄繁昌，2017；张训玉等，2021），在国内外得到普遍应用。在明确试验项目、确定试验方法、选取最大加载量等要求的前提下，开展测试试验、采集数据并处理，绘制承载力-位移曲线（Q-S）或时间-位移曲线（S-log t），进而判断桩身承压力情况（洪鑫，2012；贺小青，2022）。静载试验所获得的结果直接可靠，但由于其检测设备重量较大，检测数据收集过程较为复杂，试验所需场地条件相对较大，目前多应用无损检测技术，以便更便捷地检测荷载力。在实际操作中，多采用逐级加载的方式进行，在整个加载过程中控制加载速度，全程维持慢速加载。

1.4 超声波透射法

超声波透射法在质量检测方面与低应变检测法相同，其主要指标是对基桩桩身进行的完整性检测。超声波透射法是通过在桩体混凝土中预埋声测管，在声测管之间接受并发射超声波信号，根据实测超声波在混凝土介质中传播的波幅衰变、频率、PSD、声时等声学参数，根据波动理论，分析判断混凝土材料的结构、密度及应力应变关系等情况，进而完成对桩身完整性的检测。在超聲波透射检测中，可根据发射、接收换能器的3种不同位置分为平测、斜测和扇形扫描方式。通常情况下，多用平测进行全面普查，在发现缺陷，需对缺陷进行定位时，改用斜测和扇形扫描的方式进行检测。超声波透射法是依据声学参数变化进行检测，其检测灵敏度很高，能较好地反应较小的桩身缺陷，并可判断缺陷具体长度。但由于超声波透射法是依靠预埋的声测管进行检测，声测管的外围是其检测盲区。同时在实际操作中，应注意仪器设备的选用，仪器的精度和准确度直接影响超声波透射法的实际效果。

1.5 钻孔抽心检测法

钻孔抽心检测法通常是作为检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度以及桩身混凝土强度，判定或鉴别桩端岩土性状的验证方法，可有效提高检测质量，最大程度地减少误判，漏判，提高检测准确性。钻心法多是采用液压操纵的高速钻机，配备适宜的水泵、孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器和可捞取松软渣样的钻具（王诗东，2020），由专业技术人员操控钻取桩心进行检测，参考相关数据信息，分析基桩浇筑及混凝土质量问题。传统的钻心法检测技术检测过程相对较繁琐，数据处理工作量大，检测效率不高，质量管理也存在一定难度（宋兵等，2019）。因此在整个检测过程中要对桩心进行严格把控，取样过程要求控制取样速度，匀速推进钻具，取样深度保证在2 m以上，数据检测要求借助专业信息技术，进行多次反复检测，并比对结果控制误差，避免偶然性，提高检测准确性和合理性。

在实际工程项目中，根据工程项目检测需要，综合分析工程项目基桩实际情况、具体施工条件，检测经费预算等相关因素，选取适合工程项目的检测方法，进而实现便捷、高效、经济的完成项目基桩检测工作，达到基桩检测目的。

2 改扩建工程实例分析

2.1 工程概况

某改扩建工程基桩采用钻孔灌注桩和高强预应力混凝土管桩，总桩数为674根，分布位置见图1，基桩概况见表1。根据前期勘察确定，改扩建场地分布有厚度较大的淤泥质土，属抗震不利地段，地形地貌中等复杂，周边环境条件中等复杂，场地岩土种类较多，且分布不均匀。综合考量，该工程重要等级为一级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度等级为二级，岩土工程勘察等级为甲级。

根据野外钻探、原位测试及室内试验成果，结合场地前期勘察报告，根据地层年代、成因、岩性及物理力学性质，将场地勘探揭露深度范围内的地层划分为12层（包括亚层、夹层），各土层厚度及特征见表2。改扩建场地浅层地下水为第四系松散孔隙潜水，主要赋存在第四系全新统砂层（③2层）及压实填土层（①1层、①2层）中。地下水的补给来源以大气降水入渗、侧向径流为主，径流方向自东南向西北（由陆域向海域），地下水侧向流出、蒸发是地下水的主要排泄方式。勘察期间测得场地稳定地下水位埋深4.22～5.09 m，平均水位埋深4.66 m，稳定水位高程为2.81～3.68 m，平均水位高程3.27 m。

2.2 检测方法

根据改扩建工程对基桩检测的实际需要，分别选择高应变法，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，分析桩侧和桩端土阻力；选择单桩竖向抗拔静载试验，判定单桩竖向抗拔承载力是否满足设计要求；选择低应变法，检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。按照JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》及设计文件要求，各检测区域实际检测工作量见表3。

2.3 检测结果

1）高应变法检测结果

本改扩建工程完成高应变法检测基桩73根，各桩实际检测结果见表4。

2）低应变法检测结果

本改扩建工程完成低应变法检测基桩323根，其中Ⅰ类桩315根，占比97.5%，Ⅱ类桩8根，占比2.5%，各桩实际检测结果见表5。

3）单桩竖向抗拔静载试验检测结果

本改扩建工程完成单桩竖向抗拔静载试验3根，各桩实际检测结果见表6。

2.4 讨论

分析高应变检测法检测数据，可得出本工程项目基桩的单桩竖向抗压极限承载力检测值均大于单桩竖向抗压承载力特征值的2倍，即单桩竖向抗压承载力特征值均大于单桩竖向抗压承载力特征值；分析低应变法检测数据，结合桩身完整性判定要求，可得出本工程项目基桩桩身完整性均相对较好，均为Ⅰ、Ⅱ类桩；分析单桩竖向抗拔静载试验检测数据，本工程项目基桩的极限承载力试验值为600 kN，而其承载力特征值为300 kN，即极限承载力试验值为承载力特征值的2倍。

根据分析上述3种检测方法的检测结果，可得出：1）通过对拟改扩建工程内73根基桩进行高应变法检测，结果表明其桩基的单桩竖向抗压承载力特征值均满足设计要求；2）通过对拟改扩建工程内323根基桩进行低应变法检测，结果表明抽检桩均为Ⅰ、Ⅱ类桩；3）通过对拟改扩建工程内3根基桩进行单桩竖向抗拔静载试验，结果表明其桩基的单桩竖向抗拔承载力特征值均满足设计要求。

3 结论

不同的基桩检测方法具有不同的应用方向和优缺点。高应变法、静载试验对基桩承载力具有很好的检测效果，低应变法在基桩完整性检测方面具有很好效果。在实际工程项目中，应结合实际情况，综合分析其岩土工程条件、施工技术水平等因素，合理安排基桩检测方法，加强基桩施工后的质量检测，提高基桩检测工作水平和检测评定结果的准确性和可靠性，保证桩基工程的质量安全。尤其是在改扩建工程中的基桩检测工作，要注意选择多种检测及验证方法，相关补充、验证，有效提高基桩检测结果的准确性，避免检测内容单一、检测结果不准确、检测结论误判等情况的出现。

参考文献

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