建筑桩基检测技术浅析
2015-07-09
引言
随着建筑工程技术的发展，桩基在建筑物地基基础中使用越来越多，到目前为止，桩基已经成为建筑工程结构所采用的最主要的基础形式。因为桩基结构可以把建筑结构上层的载荷传递到底部的土壤层中，从而减少建筑物的基础沉降和不均匀沉降，因此在高层建筑、交通、水利等工程领域，桩基的使用非常广泛。但是，由于桩基深埋于地下，属于隐蔽工程，且施工工序复杂，主要施工工序都在地下或水下完成，施工难度大。同时，桩基是建筑物的基础，桩基质量的好坏直接决定了建筑物的安全与否，关系极其重大。而且，桩基一旦发生事故，加工处理很困难。所以，必须在桩基施工过程中对桩基进行相应的实验，以保证桩基质量符合设计要求。桩基检测一直都是一项很复杂的系统工程，如何能够快速的检验工程质量，以满足日益增长的桩基检测要求，是我国建筑界一直关注的焦点。到目前为止，桩基检测方法主要有钻孔取芯法，动测量法、超声波测量法等。本文就一些主要的桩基检测方法尤其是高应变动力测试法进行了分析和探讨，并结合灌注桩分析了各种桩检测方法的特点和不同。
钻心法钻心法是最直观的桩基检测方法，具有科学、简便、实用的特点，在混凝土桩基检测中应用比较广泛。通常钻心法用来测量桩长、混凝土强度、桩底沉渣厚度以及桩身的完整性。其特点是可以用来鉴别桩端受力层的岩土情况，这是别的测试方法无法实现的目标。钻心法测试桩基，要求采集的桩芯要完整，不能破损。且采芯方向必须与桩面垂直，否则容易偏出桩外，因此要求较高的抽芯技术。为保证抽芯质量，对抽芯钻机以及钻头在检测规范中都有相应的规定，必须按规定执行，以免造成误判。在《建筑地基基础施工质量验收规范》中规定，灌注桩抽芯时允许的垂直度偏差为1%，而钻芯孔的垂直度允许偏差仅为0.5%。因此，配备测斜仪来保证抽芯的垂直度是非常必要的，可以减少检测部门与施工方的争议。
超声波透射法超声波透射法是利用超声波的透射原理来对混凝土桩基进行检测的。超声波透射法需要在桩内预埋声测管道，并将超声波发生装置和接受装置放置于声测管道中。测试时，管道中要充满超声波耦合剂（通常可用清水），通过脉冲发生装置发出周期性超声脉冲信号穿透混凝土，接收探头接收透过混凝土的超声信号并转换为电信号。由于发射管与接受管之间的间距固定且已知，只需要根据声波的振幅、频率等就可以对桩体进行分析。例如通过对波速的分析就可以得知混凝土的强度变化情况。波速小，则混凝土强度低；波速大，则混凝土强度高。而通过对振幅的测量也可以分析装置是否存在缺陷以及混凝土强度是否符合要求，通常，不存在缺陷且混凝土强度大的地方，可检测到的振幅大，反之，由于存在缺陷会吸收超声波能量，就会导致振幅偏小。
低应变发射法低应变动力测试法是用过低能量的振动波对桩基进行激振，以使桩基在弹性范围内产生小幅振动，利用振动回波和波动理论来分析桩基缺陷的方法。目前，我国采用最多的是反射波法（即瞬态时域分析法），该方法具有使用的仪器轻便，可实现现场的快速检测的优点。除此之外，还有机械阻抗法、动力参数法以及共振法等。
高应变动力测试法前面介绍了桩基检测的典型方法，下面重点介绍高应变动力测试法。高应变动力测试法不仅可以用来检测桩身的完整性，还可以用来确定桩基的承载能力以及对桩基进行阻力和分层摩阻力分析，以得到桩身阻抗的全面变化情况和桩底密实情况，这是其他检测方法无法达到的效果。在各项指标当中桩基的承载能力最为重要。高应变动力检测法通过在桩基顶部测量被激发的阻力产生应力波和速度波，并进行分析，以确定桩基的承载能力。目前使用比较广泛的是阻力系数法（CASE法）和曲线拟合法（CAPWAP法）。
5.1 阻力系数法（CASE法）CASE法是通过一维波动方程来计算岩土对桩基的支撑阻力的。他有三条基本假设：（1）桩身阻抗相等；（2）土壤对桩基的运动阻力分为动阻力和静阻力，假设动阻力全部分布在桩尖；（3）静阻力模型为理想刚塑性体，即假设应力波在桩身中传播以及传向桩周土壤时没有能量损耗。在这三条假设的基础上，可以从波动方程及应力波传播理论出发，推导出CASE法单桩极限承载力公式，通过该公式，结合具体实验参数，可以求得桩基的最大承载能力。应该注意的是，在公式中的地区性经验系数Jc，应该根据不同的土质来凭经验确定。
5.2 波形拟合法
波形拟合法相对于CASE法要准确很多，被认为是确定单桩承载力的最准确方法。其原理是将桩——土模型进行离散化，得到离散的质量弹簧模型，将实测的桩顶速度波（或力波）作为边界条件，并通过特征方程法求解波动方程，反算出桩顶力波（或速度波）。通过将计算波形与实测波形比较来进一步修正模型参数，直至拟合准确，这样就可以得到承载力、侧阻力分布和计算的Q—S曲线。
桩基检测方法比较前面介绍了桩基检测的几种基本方法，下面针对建筑施工中的灌注桩质量检测，分析几种桩基检测方法的优缺点。钻心法主要用来检测灌注桩桩身的完整性和强度，因为可以直接看到桩芯的实际情况，并可以通过进一步的强度试验确定桩芯强度，因此试验结果直观可靠。但是，在实际过程中，不可能对每根桩进行钻心取样，因此只能检测小部分的桩基，存在检查盲区，此外，桩芯采样需要庞大的钻心设备，费用高昂，而且检测效率很低。相对于钻心法，低应变和超声波检测法要快捷方便的多，但是其缺点和局限性也显而易见。首先，这两种方法都是用来检测桩身完整性的，只能定性的分析桩基是否存在缺陷，而无法反映出缺陷的大小，更不能反映出桩基的承载能力。其次，超声波检测法虽然检测过程简单，但是需要在桩基内预埋与桩同长的声测管，费用也比较高。高应变法的检测结果较为全面，即可以检测桩基完整性又可以定量的检测桩基缺陷及承载能力，而且相对于钻心法要简单快捷，但是其检测准确度不高，且所用设备昂贵，而且高应变法要求实施检测的人员有较高的理论水平和操作经验。由此可见，各种检测方法各有特点，没有哪种方法有绝对的优势，在实际的检测过程中，首先需要充分了解各种检测方法的特点和局限性，然后在根据桩基检测的现场情况，合理取舍，进行组合检测，这样才能全面、准确的了解桩基情况。
