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    建筑工程桩基检测技术及应用

    时间:2019-05-08    作者:赵关华     

      1 桩基检测的重要性

      桩基工程质量对建筑物的使用功能与结构安全有着非常重要的影响,是高层建筑的根基。桩基检测技术能够有效的检测桩基工程的可靠性,在我国建筑行业得到了广泛的应用和发展。通过桩基检测能够清楚的了解到桩基础的承载能力与基桩桩身完整性,从而能够对桩基的质量安全进行有效评估。在工程建设施工的过程中,必须对桩基进行科学合理的检测,并且需要运用新型的检测技术、检测设备优势互补,这样,才能够有效地检测建筑物的安全性能。

      2 建筑桩基工程质量检测的内容

      为了有效控制并掌握建筑桩基的质量,建筑工程桩基质量检测涵盖施工过程中检测和成桩后的质量检测,主要包括了三个部分内容,即建筑基桩的成孔质量检测、建筑基桩完整性检测、建筑基桩承载力检测。

      2.1建筑基桩成孔质量检测

      在建筑桩基工程之中,基桩成孔的质量决定了基桩成桩质量,因此在建筑工程质量检测的过程中,应当对建筑基桩成孔的质量进行全面检测,包括孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等,从而保证基桩质量符合基础工程需要。常用的检测手段有机械式孔径检测系统和超声波成孔(槽)检测系统。

      2.2建筑基桩完整性检测

      建筑桩基完整性检测,是指对建筑桩基中的基桩桩身质量进行全面并且详细的测试,从而对建筑基桩的桩身质量进行了解和分析。基桩完整性检测常用的检测手段有低应变法、声波透射法、热异常成像法、钻孔取芯法、旁孔透射波法等。一般情况下,会采用低应变动力测试法进行建筑基桩完整性检测,这种方法应用成本低,并且能够简便的获得抽检桩质量数据和结果,能快速全面获得整体基桩质量情况,特别适合作为普查手段大致了解整个基础下桩身质量,为直接检测或验证检测提供参考筛选数据等,因此被广泛的应用在建筑基桩完整性检测之中。

      2.3建筑基桩承载力检测

      当前在我国建筑桩基工程检测中,大部分规范明确要求用静载荷试验法对建筑基桩进行承载能力测试。建筑基桩承载力是桩基础的核心功能,静载荷试验法是对建筑基桩承载力检测的最直接可靠方法,是对桩基础进行评定和验收的重要指标,为建筑主体结构提供足够的稳定性和反力支撑作用,从而避免建筑工程长期使用发生倾倒和塌陷。根据设计使用要求基桩静载荷试验分为单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平向静载试验,单桩竖向静载试验有自平衡(自反力)静载试验手段及静载(外荷载)试验手段。

      3 建筑基桩质量检测方法

      3.1低应变反射波法

      低应变反射波法是当前最为主流的建筑桩基工程质量检测方法之一,其成本低廉,并且操作便利,非常容易被检测人员牢牢掌握,在经历了长时间的使用之后,低应变反射波法被证明是一种非常成熟并且具有实行价值的桩基质量检测技术。具体而言,低应变反射波波法原理是以波动方程作为数据计算依据,将基桩转化成为纵向震动模型和弹性直杆,通过对桩身震动曲线数据进行计算和分析,当在桩基顶部进行击振时,会将激振的力量传输到桩土体系之中,产生一定的纵向应力波,根据桩基内部成分和结构的不同,应力波会发生一定程度上的变化,在基桩顶部安装有应力波感应设备,当应力波传输到感应设备时,它能够对应力波进行收集传输到采集仪,通过采集到的应力波曲线特征情况做出分析判断,从而得出基桩完整性的结果报告。

      3.2跨孔超声波透射法

      此方法是将物理波即超声波在混凝土介质中传播特性技术应用到了基桩检测之中,该方法通过在基桩成桩前桩孔埋设检测管道随钢筋笼一起浇筑在混凝土桩身中,待桩身混凝土凝固到一定强度后检测。在检测过程中,将声波的发射探头与接收探头分别放入几根管道中,充当检测的通道,接收器与发射器平行同步运动,每隔0.10m采集一次信号,当通过混凝土材料有孔洞或不均匀情况的地方会呈现不同的透射波参数,将声时、声幅数据分析计算,测定桩身缺陷位置,评价桩身完整性。

      3.3热异常成像法

      基桩桩身质量的热异常成像法是近年来由国外传来的一种新型测试桩身混凝土质量的方法,该方法是灌桩前在桩身埋设温度感应电子元件浇筑于桩身混凝土中后期结合混凝土凝固水化热原理电子元件测试出桩身不同位置不同时间段的温度分布情况通过统计汇总、分析成图,根据阶段测试数据绘制的桩身温度热像曲线图可以直观对比判断桩身每个部位的混凝土凝固质量或缺陷情况。

      3.4钻孔取芯法

      钻芯法就是钻孔取芯法它通过机械钻机钻取桩身混凝土芯样进行观察、测试的方法,该方法能够对桩身的质量进行定性直观的分析,可以检测桩身的混凝土、桩底持力层的情况、基岩的完整性强度、混凝土级配搅拌的情况、混凝土的胶结以及离析、混凝土的强度,检测的结果准确率极高。对于人工挖孔、钻孔灌注桩来说,它的直径比较大,在对它的桩身的质量进行低应变测试之后,如果在质量上有问题,那么需要进一步的确认,这时能够用钻芯法来对桩身的质量进行检测。将低应变法、超声波透射法与钻芯法相结合,能在重要的工程及大直径灌注桩中合理应用。

      3.5旁孔透射波法

      对于既有建筑物下的基桩,由于其完整性不可能在桩顶进行动测,对可能存在缺陷的基桩或者基桩长度,用常规动测法不便进行检测。旁孔透射波法应运而生,该方法是在桩顶立柱或承台激震后,应力波以4000m/s 左右的波速向桩身传播,并向桩侧地层所透射,人们利用测试仪器下放探头在桩侧的土体探测孔内接收到桩身传播的弹性波特征信号,结合不同深度接收到的测试信号曲线分析判定从而判别桩身的完整性及桩长。

      3.6射线法

      此方法运用放射性同位素来进行桩基检测,通过其在桩基中吸收、衰减以及散射等情况进行观察。射线在穿透桩基的过程中,能够通过接受射线的强度来判断桩基中的混凝土是否有空洞或不均匀的状况。该方法检测成本高昂,并对设备要求极高,且操作过程十分不便,所以还没有得到广泛应用。

      3.7自平衡静载(自反力)试验法

      单桩竖向抗压静载试验自平衡法是接近于竖向抗压桩的实际工作条件的一种新试验方法,可确定单桩竖向抗压极限承载力和桩周土层的极限侧摩阻力、桩端土极限端阻力,可检测单桩竖向抗压承载力特征值。该法是把一种特制的加载装置-荷载箱,和钢筋笼焊接在一起埋入桩内,将荷载箱的高压油管引到地面,然后浇注成桩。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载,荷载箱将力传递到桩身,其上部桩身的摩擦力与下部桩的摩擦力及端阻力相平衡-自平衡来维持加载。在试验加载过程中,根据规范要求,记录逐级荷载及相应的桩身向上和向下的位移,得到荷载与位移关系曲线,根据规范评价基桩的极限承载力、端阻力和侧阻力等参数。

      3.8静载(外荷载)试验法

      该检测法主要通过在基桩顶部安装荷载,在桩顶施加向上拔力、向下压力以及横向推力,通过相关加荷控载设备及数据接收设备,观察基桩的沉降状况,并且通过桩顶的压力传感器来检测基桩的抗拉抗压荷载状况。该检测法是一种检测最直接、精准的基桩承载力检测法,并已得到了广泛的普及。现阶段的静载荷试验法包括地锚法、地锚堆载联合法、锚桩法以及堆载平台法等。

      4 宝鸡某工程桩基概述

      拟建场地位于XX宏文路北侧,现XX小学校园内。场地北侧15.4m为围墙(其中距离9.0m为食堂),场地南侧12.1m为六层住宅楼,场地西北4.3m为现办公楼,西南紧邻现教学楼,东侧8.7m为围墙(其中距离2.5m为厕所)。勘察期间,各勘探孔内均测得地下水水位,地下水位于现自然地坪下6.70~7.00m深处,相应标高93.27~93.55m,属枯水期水位。本工程采用载体桩桩基方案,

      ±0.0高程575.750m,有效桩顶标高-2.45m,有效桩长3.00m,桩端为5层卵石,桩径0.43mm,桩身混凝土强度等级C30,总桩数94根。

      5 桩基检测手段优化

      5.1单桩竖向抗压静载试验

      单桩竖向抗压静载荷试验采用配重堆载反力承台慢速维持荷载法,即逐级等量加载,每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载,直到预估单桩竖向极限承载力值2400kN为止。

      1)加载分级:每级荷载为240kN,首次加载两级(480kN)。

      2)沉降观测:每级加载后间隔5、10、15min各测读一次,以后每隔15min测读一次,累计1h后每隔30min测读一次。每次测读值记入试验记录表。

      3)沉降相对稳定标准:每一小时的沉降不超过0.1mm,并连续出现两次(由1.5h内连续三次观测值计算),认为已达到相对稳定,可加下级荷载。

      4)终止加载条件:当出现下列情况之一时,即可终止加载:

      a.出现较明显的极限荷载点后;

      b.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍;

      c.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经24h尚未达到相对稳定标准;

      d.加载量达2400kN;

      e.未达到极限承载力,桩头破裂无法进行试验时。

      5)卸载与沉降观测:每级卸载值为加载值的2倍,每级卸载后维持1h,按第15、30、60min测读桩顶沉降量后,即可卸下一级荷载。卸载至零后,应测读桩顶残余沉降量,维持时间为3h。

      试验设备主要由反力钢梁、堆载砼配重、QF320T-20b油压千斤顶(编号:2#)、JCQ-503B自动静载仪测试加载,油压传感器测量压力及基准梁、数显百分表(12050552、12050551、12050550、12050549)构成的加载、稳压及沉降观测系统组成。

      5.2低应变法

      低应变反射波法是在桩身顶部进行质点竖向激振,弹性波沿着桩身向下传播,当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩、离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位,将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理,可识别来自桩身不同部位的反射信息,据此计算桩身波速,以判断桩身完整性。

      检测设备采用FDP204PDA掌上型动测仪。其主要由2通道电荷放大器、滤波系统、速度测试系统及配套分析软件组成。该项目基桩属小桩径超短桩,桩长3.0m,长径比L/D=7,测试使用150克小铁锤敲击,设置低采样间隔,测试曲线有效反映基桩质量。典型测试曲线见下图。

            5.3检测结果

      1)载体桩桩身完整性良好,所测桩均为Ⅰ类和Ⅱ类桩,其中Ⅰ类桩占抽检总数的97.4%,桩身完整性满足规范要求。

      2)通过5处单桩竖向抗压静载荷试验,判定载体单桩竖向抗压极限承载力Qu=2400kN,满足设计要求。

      结束语

      借助以上几种技术手段可以有效防止桩基础、地基工程的质量事故。我们在强化地基与桩基础工程质量检测手段的同时,必须要确保施工过程使用的混凝土、钢筋原材料质量。且工程的监理人员必须及时对施工部门督促加强现场取样工作,预存试块,另外必须做好监理日志,确保建筑工程质量。

      参考文献

      [1]  苗鹏勇,王宝军,施斌,曾绍洪,孟志浩.分布式光纤桩基检测数据智能化处理方案的研究与应用[J].工程地质学报,2017,25(06):1610-1616.

      [2]  徐华鑫.超声波在桩基检测中的应用与研究[J].甘肃科技,2017,33(21):80-81+124.

      [3]  张伟.基于透射波法和声波CT的桩基检测仿真研究[D].南昌航空大学,2017.

      [4]  肖然,王波,高荆.建筑工程桩基检测中存在的问题与对策[J].城市建设理论研究(电子版),2017(09):110-112.

      [5]  高飞.旁孔透射波法检测桩长的理论与实践[J].工程勘察,2012,40(4):88-91.

      作者简介:赵关华(1983-),男,陕西汉中人,工程师。



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