建筑樁基檢測技術(shù)淺析
2015-07-09
引言
隨著建筑工程技術(shù)的發(fā)展，樁基在建筑物地基基礎(chǔ)中使用越來越多，到目前為止，樁基已經(jīng)成為建筑工程結(jié)構(gòu)所采用的最主要的基礎(chǔ)形式。因?yàn)闃痘Y(jié)構(gòu)可以把建筑結(jié)構(gòu)上層的載荷傳遞到底部的土壤層中，從而減少建筑物的基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降，因此在高層建筑、交通、水利等工程領(lǐng)域，樁基的使用非常廣泛。但是，由于樁基深埋于地下，屬于隱蔽工程，且施工工序復(fù)雜，主要施工工序都在地下或水下完成，施工難度大。同時(shí)，樁基是建筑物的基礎(chǔ)，樁基質(zhì)量的好壞直接決定了建筑物的安全與否，關(guān)系極其重大。而且，樁基一旦發(fā)生事故，加工處理很困難。所以，必須在樁基施工過程中對樁基進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，以保證樁基質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。樁基檢測一直都是一項(xiàng)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何能夠快速的檢驗(yàn)工程質(zhì)量，以滿足日益增長的樁基檢測要求，是我國建筑界一直關(guān)注的焦點(diǎn)。到目前為止，樁基檢測方法主要有鉆孔取芯法，動(dòng)測量法、超聲波測量法等。本文就一些主要的樁基檢測方法尤其是高應(yīng)變動(dòng)力測試法進(jìn)行了分析和探討，并結(jié)合灌注樁分析了各種樁檢測方法的特點(diǎn)和不同。
鉆心法鉆心法是最直觀的樁基檢測方法，具有科學(xué)、簡便、實(shí)用的特點(diǎn)，在混凝土樁基檢測中應(yīng)用比較廣泛。通常鉆心法用來測量樁長、混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度以及樁身的完整性。其特點(diǎn)是可以用來鑒別樁端受力層的巖土情況，這是別的測試方法無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。鉆心法測試樁基，要求采集的樁芯要完整，不能破損。且采芯方向必須與樁面垂直，否則容易偏出樁外，因此要求較高的抽芯技術(shù)。為保證抽芯質(zhì)量，對抽芯鉆機(jī)以及鉆頭在檢測規(guī)范中都有相應(yīng)的規(guī)定，必須按規(guī)定執(zhí)行，以免造成誤判。在《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定，灌注樁抽芯時(shí)允許的垂直度偏差為1%，而鉆芯孔的垂直度允許偏差僅為0.5%。因此，配備測斜儀來保證抽芯的垂直度是非常必要的，可以減少檢測部門與施工方的爭議。
超聲波透射法超聲波透射法是利用超聲波的透射原理來對混凝土樁基進(jìn)行檢測的。超聲波透射法需要在樁內(nèi)預(yù)埋聲測管道，并將超聲波發(fā)生裝置和接受裝置放置于聲測管道中。測試時(shí)，管道中要充滿超聲波耦合劑（通常可用清水），通過脈沖發(fā)生裝置發(fā)出周期性超聲脈沖信號穿透混凝土，接收探頭接收透過混凝土的超聲信號并轉(zhuǎn)換為電信號。由于發(fā)射管與接受管之間的間距固定且已知，只需要根據(jù)聲波的振幅、頻率等就可以對樁體進(jìn)行分析。例如通過對波速的分析就可以得知混凝土的強(qiáng)度變化情況。波速小，則混凝土強(qiáng)度低；波速大，則混凝土強(qiáng)度高。而通過對振幅的測量也可以分析裝置是否存在缺陷以及混凝土強(qiáng)度是否符合要求，通常，不存在缺陷且混凝土強(qiáng)度大的地方，可檢測到的振幅大，反之，由于存在缺陷會(huì)吸收超聲波能量，就會(huì)導(dǎo)致振幅偏小。
低應(yīng)變發(fā)射法低應(yīng)變動(dòng)力測試法是用過低能量的振動(dòng)波對樁基進(jìn)行激振，以使樁基在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生小幅振動(dòng)，利用振動(dòng)回波和波動(dòng)理論來分析樁基缺陷的方法。目前，我國采用最多的是反射波法（即瞬態(tài)時(shí)域分析法），該方法具有使用的儀器輕便，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的快速檢測的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，還有機(jī)械阻抗法、動(dòng)力參數(shù)法以及共振法等。
高應(yīng)變動(dòng)力測試法前面介紹了樁基檢測的典型方法，下面重點(diǎn)介紹高應(yīng)變動(dòng)力測試法。高應(yīng)變動(dòng)力測試法不僅可以用來檢測樁身的完整性，還可以用來確定樁基的承載能力以及對樁基進(jìn)行阻力和分層摩阻力分析，以得到樁身阻抗的全面變化情況和樁底密實(shí)情況，這是其他檢測方法無法達(dá)到的效果。在各項(xiàng)指標(biāo)當(dāng)中樁基的承載能力最為重要。高應(yīng)變動(dòng)力檢測法通過在樁基頂部測量被激發(fā)的阻力產(chǎn)生應(yīng)力波和速度波，并進(jìn)行分析，以確定樁基的承載能力。目前使用比較廣泛的是阻力系數(shù)法（CASE法）和曲線擬合法（CAPWAP法）。
5.1 阻力系數(shù)法（CASE法）CASE法是通過一維波動(dòng)方程來計(jì)算巖土對樁基的支撐阻力的。他有三條基本假設(shè)：（1）樁身阻抗相等；（2）土壤對樁基的運(yùn)動(dòng)阻力分為動(dòng)阻力和靜阻力，假設(shè)動(dòng)阻力全部分布在樁尖；（3）靜阻力模型為理想剛塑性體，即假設(shè)應(yīng)力波在樁身中傳播以及傳向樁周土壤時(shí)沒有能量損耗。在這三條假設(shè)的基礎(chǔ)上，可以從波動(dòng)方程及應(yīng)力波傳播理論出發(fā)，推導(dǎo)出CASE法單樁極限承載力公式，通過該公式，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)，可以求得樁基的最大承載能力。應(yīng)該注意的是，在公式中的地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Jc，應(yīng)該根據(jù)不同的土質(zhì)來憑經(jīng)驗(yàn)確定。
5.2 波形擬合法
波形擬合法相對于CASE法要準(zhǔn)確很多，被認(rèn)為是確定單樁承載力的最準(zhǔn)確方法。其原理是將樁——土模型進(jìn)行離散化，得到離散的質(zhì)量彈簧模型，將實(shí)測的樁頂速度波（或力波）作為邊界條件，并通過特征方程法求解波動(dòng)方程，反算出樁頂力波（或速度波）。通過將計(jì)算波形與實(shí)測波形比較來進(jìn)一步修正模型參數(shù)，直至擬合準(zhǔn)確，這樣就可以得到承載力、側(cè)阻力分布和計(jì)算的Q—S曲線。
樁基檢測方法比較前面介紹了樁基檢測的幾種基本方法，下面針對建筑施工中的灌注樁質(zhì)量檢測，分析幾種樁基檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)。鉆心法主要用來檢測灌注樁樁身的完整性和強(qiáng)度，因?yàn)榭梢灾苯涌吹綐缎镜膶?shí)際情況，并可以通過進(jìn)一步的強(qiáng)度試驗(yàn)確定樁芯強(qiáng)度，因此試驗(yàn)結(jié)果直觀可靠。但是，在實(shí)際過程中，不可能對每根樁進(jìn)行鉆心取樣，因此只能檢測小部分的樁基，存在檢查盲區(qū)，此外，樁芯采樣需要龐大的鉆心設(shè)備，費(fèi)用高昂，而且檢測效率很低。相對于鉆心法，低應(yīng)變和超聲波檢測法要快捷方便的多，但是其缺點(diǎn)和局限性也顯而易見。首先，這兩種方法都是用來檢測樁身完整性的，只能定性的分析樁基是否存在缺陷，而無法反映出缺陷的大小，更不能反映出樁基的承載能力。其次，超聲波檢測法雖然檢測過程簡單，但是需要在樁基內(nèi)預(yù)埋與樁同長的聲測管，費(fèi)用也比較高。高應(yīng)變法的檢測結(jié)果較為全面，即可以檢測樁基完整性又可以定量的檢測樁基缺陷及承載能力，而且相對于鉆心法要簡單快捷，但是其檢測準(zhǔn)確度不高，且所用設(shè)備昂貴，而且高應(yīng)變法要求實(shí)施檢測的人員有較高的理論水平和操作經(jīng)驗(yàn)。由此可見，各種檢測方法各有特點(diǎn)，沒有哪種方法有絕對的優(yōu)勢，在實(shí)際的檢測過程中，首先需要充分了解各種檢測方法的特點(diǎn)和局限性，然后在根據(jù)樁基檢測的現(xiàn)場情況，合理取舍，進(jìn)行組合檢測，這樣才能全面、準(zhǔn)確的了解樁基情況。
