论文部分内容阅读
摘要:桩基是建筑工程最重要的支撑构件,具有施工方便快捷,且应用范围广,承载能力大,技术成熟可靠等特点,在建筑基础施工中得到广泛应用。桩基决定了整个建筑工程的运行安全与服务寿命。因此,加强对建筑工程桩基设计与施工的研究与总结,具有十分重要的现实意义。
关键词:高层建筑和桥梁;桩基检测;检测判断;分析
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
国民经济的日益增长使得桩基已成功的应用于高层建筑、高层建筑和桥梁、厂房等工程中，另外各个基础领域的应用也越来越广泛。桩基特殊的结构设计保证了基础沉降的均匀性，它可以将上部高层建筑物载荷传递给土层深处的基础结构。因此，现代建筑中大多采用桩基作为牢固的地基处理策略。然而桩基质量的好坏受多种因素控制，如施工人员素质、地形、材料机械性能、隐蔽性等。出于工程整体质量和人身安全的考虑，把好桩基质量关理所当然成为一个国家建筑工程检测部门的首要任务。
二、桩基常用的检测方法
常规的基桩检测在宏观上分为直接法和半直接法，检测内容主要集中在完整性检测和承载力检测两个方面。直接法包括单桩竖向抗压静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、单桩水平静载荷试验和钻探抽芯检验方法;半直接法包括低应变法、高应变法和声波透射法等。下面就目前高层建筑和桥梁工程最常用的基桩低应变法做一个介绍。
（一）静载荷法
静载荷法主要应用于验证桩基建筑的负载力。但是实际的应用中检测时间较长，花费高，普通的桩基检测不予采用，而用于特殊工程要求的检测过程中。
静载荷法的试验装置一般包括监测、加载、反力系统三个方面，测试过程中不同荷载量对桩基整体沉降和形变的影响。该方法可用于桩基水平方向和竖直方向的承载力的测定，尤其是竖直方向的负载力的检测应用较为广泛。
（二）声波透射法
超声波透射法主要用于监测桩身结构完整性中的混凝土结构完整性。它的检测理论依据是：根据超声波弹性波测试的方法，利用人工激发向混凝土内发射弹性冲击波，分析弹性波在介质中的声学参数（振幅、声速、频率）变化，从而判断混凝土介质内部结构完整性的变化。声波透射法也存在各种限制性应用。如特殊情况下检测时间和花费将会增长特别是当弹性波透射截面较小发生阻塞时，难以取样，影响桩基质量判定。
（三）高应变法
高应变法是反射波法的一种补充方法。它主要用于检测单桩竖直方向的负载力，判断桩基竖直方向的承载力受水平桩身裂纹和关节点影响的大小，它需要能量较高的建筑结构动力支撑。它的基本原理阐述如下：如果假设桩基是一维弹性杆，施于外力时，桩基发生弹性形变，弹性位移随时间和纵向坐标而变化。
（四）低应变反射波法
低应变检测（即反射波法）是应用最为广泛的桩身完整性检测技术，它是一种瞬态时域分析方法，在传统方法的基础上辅以频域分析和激振分析方法。反射波法的基本原理为：重锤敲击桩身顶部后，瞬间的冲击波沿着桩身传递给桩身底部再反射回桩身顶部，该方法具有检测方便快捷、适用性强、操作方便等优点；但存在一些局限性，即桩基长度和桩径比例较大且截面阻抗浮动较大时，使得桩身底部接收不到反射信号，对桩身完整性检测造成误读。
三、桩基检测技术在工程上的应用
某办公楼为地上十四层，地下一层的高层办公楼，采用框架结构，总建筑面积38818.6m2，其基础采用钢筋混凝土预制桩。经勘探，场地地基根据其工程特性的差异，自上而下分为四层，分述如下: 粉土层、粉质粘土层、砾砂层和强风化泥岩层。基桩设计参数要求如下：桩径为φ500mm；桩长为10-12m；工程桩总桩数为170根；单桩承载力特征值2000kN；混凝土强度等级：C40；桩端持力层为砂砾层。本次工程实践中针对场地环境和地质条件，主要采用了如下几种检测手段：①成孔质量检测，检测数量40个；②试桩载荷试验，检测试桩数量3根；③高应变动力检测，检测数量10根；④低应变动力检测，检测数量30根。
（1）成孔质量检测本工程中基桩成孔质量测试采用的仪器设备主要有JJC-1A型孔径仪、JNC-1型沉渣测定仪、JJX-3A型井斜仪、深度记录仪（充电脉冲发生器）、电动绞车、孔口轮等组成。分别对成孔的孔深、孔径、孔斜及沉渣厚度进行了检测。检测结果：设计孔深介于10.45m～11.94m，实测孔深介于10.60m～12.20m，所有检测桩均大于设计要求孔深。实测局部最小孔径介于451mm～471mm，局部最大孔径介于524mm～633mm，无最小孔径<550mm的桩孔。实测垂直度介于0.68%～0.97%，均小于1%。实测孔底沉渣厚度介于80～100mm，均小于150mm。综上数据统计分析，本次桩孔成孔质量检测4项指标（孔深、孔径、孔斜、沉渣厚度）均能够达到规范要求。
（2）静载试验检测本次工程中，根据设计要求，对试桩检测过程中的3根试桩分别进行单桩竖向静载试验。本次检测使用的主要设备有:武汉生产的静载试验成套设备RS-JYB，主要包括主机、中继器、控载箱、5000kN千斤顶、位移传感器等。另外还有钢梁、压板等。检测方法如下：本次竖向静载试验，采用锚桩反力装置与配重联合加载法，即在试验桩桩顶放置千斤顶，再放主梁、次梁，次梁连接4根锚桩，同时在次梁之上堆放预制桩作为配重。对桩的加载方式采用快速维持荷载法，即逐级加荷，加荷后隔15min读一次数，每级加荷时间为2h。预计加荷为8级，每级荷载增量均为500kN。
（3）低应变动力检测根据《建筑桩基检测技术规范》规定，低应变方法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判断桩身缺陷的程度及位置，并要求根据桩身完整性检测结果，给出每根桩的桩身完整性类别。本次工程实践中共对工程桩中的30根桩进行了低应变动力测试。检测仪器由采用FDP204PDA型动测分析系统，加速度传感器，力棒组成。检测方法是：在桩顶放置一只加速度传感器，接受锤击过程中产生的加速度信号，通过FDP204PDA型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经计算机处理后，在屏幕显示实测波形，每根桩布采集点一个，每点采集5～6锤信号。将存储在磁盘上的测试信号在时域内进行处理，根据应力波反射等价地将实测速度信号通过时域由频域辅助，分析不同部位的反射信号，据此分析每根桩的桩身完整性。
（4） 高应变动力检测 本次工程中共对工程桩中的10根桩进行了低应变动力测试。检测仪器采用FEI-C3型动测分析系统，该系统由486/40微机，12位A/D转换器，加速度传感器，力传感器、重锤组成。检测方法是：将两只加速度计和两只应变式力传感器，分别对称安装在桩侧表面，锤自由下落锤击桩顶，瞬时冲击力产生的加速度和力信号，通过FEI-C3型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经过计算机软件处理后存入磁盘，同时显示实测波形。检测结果：所检测的10根桩的单桩竖向极限承载力基本值均位于2178kN～2342kN之间，单桩竖向极限承载力平均值为2260kN，故根据本次高应变检测结果综合判定单桩极限承载力为2260kN。
四、总结
桩基是高层建筑和桥梁的主要部分，承受着由桥跨结构传给墩台的巨大荷载，质量检测、评价又是工程建设各方所关心的。要想控制好其质量，不仅需要在设计和施工中进行全面控制，先进的检测技术也是不可或缺少的。低应变检测快速简便，但适用范围有其局限性，以上是作者提出的个人看法，只做抛砖引玉，望大家做更深入的討论与研究。
参考文献
[1]张世洪;刘道方;基桩动测与工程物探经验交流[C].云南:云南省地球物理学会，1998.
[2] 唐伟;浅谈混凝土灌注桩完整性超声检测技术[J].北方交通，2007，37(8).
关键词:高层建筑和桥梁;桩基检测;检测判断;分析
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
国民经济的日益增长使得桩基已成功的应用于高层建筑、高层建筑和桥梁、厂房等工程中，另外各个基础领域的应用也越来越广泛。桩基特殊的结构设计保证了基础沉降的均匀性，它可以将上部高层建筑物载荷传递给土层深处的基础结构。因此，现代建筑中大多采用桩基作为牢固的地基处理策略。然而桩基质量的好坏受多种因素控制，如施工人员素质、地形、材料机械性能、隐蔽性等。出于工程整体质量和人身安全的考虑，把好桩基质量关理所当然成为一个国家建筑工程检测部门的首要任务。
二、桩基常用的检测方法
常规的基桩检测在宏观上分为直接法和半直接法，检测内容主要集中在完整性检测和承载力检测两个方面。直接法包括单桩竖向抗压静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、单桩水平静载荷试验和钻探抽芯检验方法;半直接法包括低应变法、高应变法和声波透射法等。下面就目前高层建筑和桥梁工程最常用的基桩低应变法做一个介绍。
（一）静载荷法
静载荷法主要应用于验证桩基建筑的负载力。但是实际的应用中检测时间较长，花费高，普通的桩基检测不予采用，而用于特殊工程要求的检测过程中。
静载荷法的试验装置一般包括监测、加载、反力系统三个方面，测试过程中不同荷载量对桩基整体沉降和形变的影响。该方法可用于桩基水平方向和竖直方向的承载力的测定，尤其是竖直方向的负载力的检测应用较为广泛。
（二）声波透射法
超声波透射法主要用于监测桩身结构完整性中的混凝土结构完整性。它的检测理论依据是：根据超声波弹性波测试的方法，利用人工激发向混凝土内发射弹性冲击波，分析弹性波在介质中的声学参数（振幅、声速、频率）变化，从而判断混凝土介质内部结构完整性的变化。声波透射法也存在各种限制性应用。如特殊情况下检测时间和花费将会增长特别是当弹性波透射截面较小发生阻塞时，难以取样，影响桩基质量判定。
（三）高应变法
高应变法是反射波法的一种补充方法。它主要用于检测单桩竖直方向的负载力，判断桩基竖直方向的承载力受水平桩身裂纹和关节点影响的大小，它需要能量较高的建筑结构动力支撑。它的基本原理阐述如下：如果假设桩基是一维弹性杆，施于外力时，桩基发生弹性形变，弹性位移随时间和纵向坐标而变化。
（四）低应变反射波法
低应变检测（即反射波法）是应用最为广泛的桩身完整性检测技术，它是一种瞬态时域分析方法，在传统方法的基础上辅以频域分析和激振分析方法。反射波法的基本原理为：重锤敲击桩身顶部后，瞬间的冲击波沿着桩身传递给桩身底部再反射回桩身顶部，该方法具有检测方便快捷、适用性强、操作方便等优点；但存在一些局限性，即桩基长度和桩径比例较大且截面阻抗浮动较大时，使得桩身底部接收不到反射信号，对桩身完整性检测造成误读。
三、桩基检测技术在工程上的应用
某办公楼为地上十四层，地下一层的高层办公楼，采用框架结构，总建筑面积38818.6m2，其基础采用钢筋混凝土预制桩。经勘探，场地地基根据其工程特性的差异，自上而下分为四层，分述如下: 粉土层、粉质粘土层、砾砂层和强风化泥岩层。基桩设计参数要求如下：桩径为φ500mm；桩长为10-12m；工程桩总桩数为170根；单桩承载力特征值2000kN；混凝土强度等级：C40；桩端持力层为砂砾层。本次工程实践中针对场地环境和地质条件，主要采用了如下几种检测手段：①成孔质量检测，检测数量40个；②试桩载荷试验，检测试桩数量3根；③高应变动力检测，检测数量10根；④低应变动力检测，检测数量30根。
（1）成孔质量检测本工程中基桩成孔质量测试采用的仪器设备主要有JJC-1A型孔径仪、JNC-1型沉渣测定仪、JJX-3A型井斜仪、深度记录仪（充电脉冲发生器）、电动绞车、孔口轮等组成。分别对成孔的孔深、孔径、孔斜及沉渣厚度进行了检测。检测结果：设计孔深介于10.45m～11.94m，实测孔深介于10.60m～12.20m，所有检测桩均大于设计要求孔深。实测局部最小孔径介于451mm～471mm，局部最大孔径介于524mm～633mm，无最小孔径<550mm的桩孔。实测垂直度介于0.68%～0.97%，均小于1%。实测孔底沉渣厚度介于80～100mm，均小于150mm。综上数据统计分析，本次桩孔成孔质量检测4项指标（孔深、孔径、孔斜、沉渣厚度）均能够达到规范要求。
（2）静载试验检测本次工程中，根据设计要求，对试桩检测过程中的3根试桩分别进行单桩竖向静载试验。本次检测使用的主要设备有:武汉生产的静载试验成套设备RS-JYB，主要包括主机、中继器、控载箱、5000kN千斤顶、位移传感器等。另外还有钢梁、压板等。检测方法如下：本次竖向静载试验，采用锚桩反力装置与配重联合加载法，即在试验桩桩顶放置千斤顶，再放主梁、次梁，次梁连接4根锚桩，同时在次梁之上堆放预制桩作为配重。对桩的加载方式采用快速维持荷载法，即逐级加荷，加荷后隔15min读一次数，每级加荷时间为2h。预计加荷为8级，每级荷载增量均为500kN。
（3）低应变动力检测根据《建筑桩基检测技术规范》规定，低应变方法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判断桩身缺陷的程度及位置，并要求根据桩身完整性检测结果，给出每根桩的桩身完整性类别。本次工程实践中共对工程桩中的30根桩进行了低应变动力测试。检测仪器由采用FDP204PDA型动测分析系统，加速度传感器，力棒组成。检测方法是：在桩顶放置一只加速度传感器，接受锤击过程中产生的加速度信号，通过FDP204PDA型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经计算机处理后，在屏幕显示实测波形，每根桩布采集点一个，每点采集5～6锤信号。将存储在磁盘上的测试信号在时域内进行处理，根据应力波反射等价地将实测速度信号通过时域由频域辅助，分析不同部位的反射信号，据此分析每根桩的桩身完整性。
（4） 高应变动力检测 本次工程中共对工程桩中的10根桩进行了低应变动力测试。检测仪器采用FEI-C3型动测分析系统，该系统由486/40微机，12位A/D转换器，加速度传感器，力传感器、重锤组成。检测方法是：将两只加速度计和两只应变式力传感器，分别对称安装在桩侧表面，锤自由下落锤击桩顶，瞬时冲击力产生的加速度和力信号，通过FEI-C3型桩基动测系统放大和A/D转换，变成数字信号传给微机，信号经过计算机软件处理后存入磁盘，同时显示实测波形。检测结果：所检测的10根桩的单桩竖向极限承载力基本值均位于2178kN～2342kN之间，单桩竖向极限承载力平均值为2260kN，故根据本次高应变检测结果综合判定单桩极限承载力为2260kN。
四、总结
桩基是高层建筑和桥梁的主要部分，承受着由桥跨结构传给墩台的巨大荷载，质量检测、评价又是工程建设各方所关心的。要想控制好其质量，不仅需要在设计和施工中进行全面控制，先进的检测技术也是不可或缺少的。低应变检测快速简便，但适用范围有其局限性，以上是作者提出的个人看法，只做抛砖引玉，望大家做更深入的討论与研究。
参考文献
[1]张世洪;刘道方;基桩动测与工程物探经验交流[C].云南:云南省地球物理学会，1998.
[2] 唐伟;浅谈混凝土灌注桩完整性超声检测技术[J].北方交通，2007，37(8).