樁基檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望

葛遠(yuǎn)樂

1 樁基質(zhì)量檢測技術(shù)概述

1.1 樁基檢測的重要性

隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，樁基工程越來越多，因而樁基工程檢測技術(shù)也就成為一個熱門而得到廣泛重視。特別是近10年來，檢測領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展，目前我國從事樁基工程檢測的單位有700家以上，從事樁基檢測儀器制造的單位有10余家，動測儀器的軟件、硬件水平已經(jīng)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。誠然，我們在先進(jìn)檢測技術(shù)上的創(chuàng)新和開拓需進(jìn)一步加強和提升。

1.2 樁基檢測的分類

1)直接法:即通過現(xiàn)場原型試驗直接檢測項目結(jié)果的檢測方法。主要有鉆孔取芯法(樁身完整性檢測)和靜載荷試驗(承載力檢測)。2)間接法:指在現(xiàn)場原型試驗基礎(chǔ)上，同時基于一些理論假設(shè)和工程實踐經(jīng)驗并加以綜合分析才能最終獲得檢測項目結(jié)果的檢測方法。

2 樁基檢測的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

1)靜載荷試驗。樁基靜載測試技術(shù)是隨著樁基礎(chǔ)在建筑設(shè)計中的使用越來越廣泛而發(fā)展起來的。新中國成立以前，在國內(nèi)基本上沒有樁基靜載測試技術(shù)的發(fā)展，新中國成立以后，樁基靜載測試技術(shù)才逐步發(fā)展起來。傳統(tǒng)靜載荷試驗采用手動加壓、人工操作、人工記錄的方式進(jìn)行。進(jìn)入到20世紀(jì)80年代以后，隨著改革開放的深入，基本建設(shè)規(guī)模的逐年加大，特別是灌注樁在工程上的廣泛應(yīng)用，我國的樁基靜載測試技術(shù)也進(jìn)入了一個全新的發(fā)展時期。至今，樁基靜載試驗作為一項方法成立，理論上無可爭議的樁基檢測技術(shù)。

2)低應(yīng)變檢測。20世紀(jì)80年代，以波動方程為基礎(chǔ)的低應(yīng)變法進(jìn)入了快速發(fā)展期，各種低應(yīng)變法在基礎(chǔ)理論、機理、儀器研發(fā)、現(xiàn)場測試和信號處理技術(shù)、工程樁和模型樁驗證研究、實踐經(jīng)驗積累等方面，取得了許多有價值的成果。

3)高應(yīng)變檢測。我國的高應(yīng)變動力試樁法研究是起于20世紀(jì)80年代中后期，到90年代初期已有相關(guān)的軟硬件問題，其實際應(yīng)用效果已不弱于國外，其后面向國內(nèi)大量的灌注樁檢測，已有單位在模型改造值得一提的是，樁基動測方面，國產(chǎn)儀器和軟件業(yè)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，許多方面甚至更具有中國特色。

4)聲波透射法?；炷凉嘧兜穆暡ㄍ干浞z測是在結(jié)構(gòu)混凝土聲學(xué)檢測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。至20世紀(jì)70年代，聲波透射法開始用于檢測混凝土灌注樁的完整性。目前大量使用的數(shù)字式聲波儀有很強的數(shù)據(jù)處理、分析功能，幾乎所有的數(shù)學(xué)運算都是由計算機來完成的。

5)鉆孔取芯法。目前鉆孔取芯法主要應(yīng)用在鉆孔灌注樁檢測上，同時在技術(shù)條件成熟的地區(qū)也用在檢測地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。鉆芯法是一種微破損或局部破損的檢測方法，具有科學(xué)、直觀、實用等特點。

3 樁基檢測存在的問題

3.1 單一檢測方法的局限性

目前聲波透射法、高低應(yīng)變法等樁身完整性檢測方法，一般適用符合“一維均質(zhì)桿件”假定的混凝土樁，不能完全適用于組合樁，異形樁、薄壁鋼管樁;地基處理中應(yīng)用的水泥攪拌樁、碎石樁、低強度等級混凝土樁、GFG樁等樁型，也不能簡單套用基樁工程中的基樁完整性檢測方法，鉆孔取芯法目前幾乎九成以上都用在混凝土灌注樁檢測上。

3.2 樁基動力檢測方法在應(yīng)用中存在的不足

3.2.1 樁基完整性動力分析

1)基本上不能對截面的變化程度作出定量評定，而只能對樁身缺陷的存在作出定性和定位的判斷;2)大批試樁中能鑒別出肯定合格的基本完整樁和肯定不合格的嚴(yán)重缺陷樁，對許多具有中等程度缺陷樁，較難對其合格性作出判斷。

3.2.2 樁基承載力動力分析

物理數(shù)學(xué)模型、力學(xué)模型、樁土材料模型、計算公式、分析流程、應(yīng)用軟件及儀器設(shè)備等各個方面，在對承載力的分析計算上都存在一些問題，這些問題都會導(dǎo)致承載力分析計算的系統(tǒng)誤差，是本質(zhì)的、急需創(chuàng)新的不足。

3.3 靜載荷檢測存在的問題

1)現(xiàn)場準(zhǔn)備工作不認(rèn)真，測試儀表不符合要求，在加載設(shè)備方面，受現(xiàn)有設(shè)備的限制，采用大千斤頂量測小噸位樁，不認(rèn)真執(zhí)行規(guī)范制定的試驗步驟，提前加壓或記錄，卸載時不進(jìn)行回彈觀測;檢測報告不規(guī)范，內(nèi)容過于簡單，無工程概況及土層分布情況。2)現(xiàn)在的高層建筑一般都有地下室，其樁的有效長度應(yīng)從最底層地下室的底板算起，受施工時間條件所限傳統(tǒng)的靜載方法無法測得其有效樁長的實際承載力。近年來盡管有各種動測方法，也需大量的動靜資料對比才能提高其精度。3)樁靜載荷試驗盛行堆載平臺法，但目前的平臺對試樁及基準(zhǔn)樁附近形成大面積堆載，應(yīng)力高達(dá)300 kPa以上，影響試樁工作狀態(tài)和基準(zhǔn)樁的設(shè)置，甚至造成平臺失穩(wěn)事故，因此，必須改進(jìn)平臺的結(jié)構(gòu)形式。

3.4 尚不能應(yīng)用聲波透射法推定樁身強度

樁中混凝土因受重力、地下水等多種因素的影響而產(chǎn)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身各個區(qū)段混凝土的實際配合比產(chǎn)生變化，而這種變化情況無法預(yù)估，因而無法對“強度—聲速”曲線作合理的修正。另一方面，聲測管的平行度也會對強度的推定產(chǎn)生很大影響。

4 樁基檢測的創(chuàng)新和發(fā)展

4.1 單一性檢測技術(shù)

1)靜載荷試驗。增加了儀器硬件技術(shù)的創(chuàng)新和科研:發(fā)明了自動化測讀和分析系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的精密測試儀器，能夠滿足野外晝夜連續(xù)測試的要求。傳感器本身帶有液晶顯示器能夠?qū)⒔邮招盘柾瑢崪y位移數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。系統(tǒng)對于自動控制中的加壓與穩(wěn)壓部分，壓力控制以開關(guān)量控制為主。同時在軟件設(shè)計中增加了自適應(yīng)點觸式加補荷方式，最大限度的減少加荷時產(chǎn)生的超壓現(xiàn)象。

2)低應(yīng)變反射波法。結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄分析基樁完整性。樁型、施工工藝對基樁的完整性以及缺陷類型影響很大。因此查看地質(zhì)資料、了解施工記錄對確定缺陷位置有很好的幫助。利用定量分析軟件對基樁缺陷程度的判定。同一工程的地質(zhì)和施工狀況大致相同，通過尋找被測樁之間的共性，再來分析每一根樁的情況，往往能有效的提高分析效果。

3)高應(yīng)變法。由于樁土系統(tǒng)的復(fù)雜性及外界噪聲的影響，從而使有用信號難以直觀把握，因此采用良好性能的信號分析技術(shù)，提取有用信號是最終正確判斷樁身特性的基礎(chǔ)之一。在經(jīng)典譜分析中主要采用了FFT變換、倒頻譜分析及希爾伯特變換。對于不同特性的信號，分別選用不同的分析技術(shù)，就會改善信號判斷的難易?，F(xiàn)在提出的分析方法有:時序分析技術(shù)和小波分析技術(shù)。

4)聲波透射法。目前，國內(nèi)主要把重點放在超聲波在混凝土中傳播時控制接收信號的漂移和控制波形發(fā)生畸變。因此，很多科研單位都組織成立了一批優(yōu)秀的科技隊伍從理論上著手，再體現(xiàn)在儀器設(shè)備上的創(chuàng)新。

5)鉆孔取芯法。目前增加了鉆機設(shè)備的技術(shù)含量，從單一的效率低的向效率高多功能的鉆機發(fā)展。

4.2 多種檢測技術(shù)相結(jié)合

當(dāng)采用一種方法對樁身質(zhì)量(完整性)做出正確判定時，可同時選用兩種或多種方法進(jìn)行檢測，使各種方法能夠相互補充、驗證，提高檢測結(jié)果的可靠性，對設(shè)計等級高、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工質(zhì)量變異性大的樁基，或低應(yīng)變判斷完整性可能有技術(shù)問題時，提倡采用直接法進(jìn)行驗證。

5 樁基檢測的展望

深基坑支護樁的檢測，目前國內(nèi)尚無明確規(guī)定。對于樁身質(zhì)量可用動測法檢測，對于其橫向承載力沒有可行的檢測方法。用動測法測定支護樁的橫向承載力是值得研究的課題。研制和改進(jìn)孔底沉渣測定儀，控制和檢測灌注樁孔壁泥皮厚度的設(shè)備，對提高施工階段的檢測水平具有重要意義。

從國外的發(fā)展情況來看，快速荷載試驗法將是一個試驗手段的發(fā)展方向。在這方面，有些地方規(guī)范已明確規(guī)定了快速荷載試驗法的試驗步驟。樁承載力自平衡試驗方法是大承載力樁基靜載試驗的一種發(fā)展方向，但這種技術(shù)方法才剛剛興起，其理論研究還在進(jìn)行當(dāng)中，該方法測出的上段樁的摩阻力方向是向下的，與常規(guī)方法測出的摩阻力方向相反，這方面還需要做進(jìn)一步的理論研究與現(xiàn)場對比試驗。采用樁底加載法進(jìn)行試樁，可縮短工期，節(jié)省大量人力、物力。目前較多是用于測定嵌巖樁的嵌固力，這是傳統(tǒng)方法難以做到的。樁底加載法如能及早采用，實為我國建筑業(yè)中的一項飛躍。

中國土木工程建設(shè)的規(guī)模、持續(xù)發(fā)展的時間、工程建設(shè)中遇到的巖土工程技術(shù)問題，都是其他國家不能相比的。這給我國巖土工程研究躋身世界一流并逐步處于領(lǐng)先地位創(chuàng)造了很好的條件。展望21世紀(jì)巖土工程的發(fā)展，挑戰(zhàn)與機遇并存，讓我們共同努力將中國巖土工程推向一個新水平。

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