房屋建筑桩基工程检测质量研究

王 东

广东国基检测科技有限公司 广东 广州 511453

桩基础是一种既古老又现代的高层建筑的物和重要建筑物工程中被广泛采用的基础形式。桩基的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。桩基具有承载力高，沉降量小而均匀，沉降速率缓慢等特点。目前，随着我国工程建设事业的蓬勃发展，桩基础已成为我国工程建设中最重要的一种基础形式。桩基础工程的造价通常占土建工程总造价的1/4以下，属于隐蔽工程。桩基工程直接关系到整个建筑物的安危。桩基础通常在地下或水下，施工工序繁琐，技术要求高，施工难度大，容易出现质量问题。因此，桩基础工程的试验和质量检验尤其重要[1]。

1 桩基的概述及桩基工程常见的质量问题

桩基工程是建筑物中重要的构成部分。桩按承载性状分为摩擦型桩、端承型桩；按成桩方法分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩；按桩身材料不同分为钢筋混凝土桩、钢桩、木桩；按直径大小分为小直径桩、中等直径桩、大直径桩；按制作工艺不同分为预制桩、灌注桩。当桩基工程中的质量出现问题的时候，那么也会致使建筑物在使用过程中出现相关的质量问题，从而严重地威胁人们的生命以及财产安全。因此，在房屋建筑工程项目的施工过程中对桩的质量把控就尤为重要。在当前的房屋建筑工程建设过程中，很难确保建筑工作人员团队的专业水平，并且房屋建筑项目的建设过程大不相同，因此，就很容易使桩基工程出现相关的质量问题。比如灌注桩在灌注过程中操作不当就容易出现以下问题：1、导管提升过快导致混凝土存在大量蜂窝麻面缺陷；2、泥浆护壁塌孔形成断桩或桩身含泥；3、孔底沉渣太厚，影响桩端承载力发挥；4、混凝土和易性不好，产生离析现象等等。预制桩在打入过程中容易出现以下问题：1、拉应力引起桩身开裂；2、桩锤选用不合适，桩难于打至预定设计标高或不满足贯入度要求；3、打桩次序安排不合理，导致邻近桩上浮或挤压折断；4、桩尖遇硬土层、孤石，因锤击次数过多，冲击能量过大引起桩身破裂或折断等等。那么这个时候如果没有开展有效桩基工程检测工作，就会导致桩基工程出现严重的质量问题。鉴于桩基础在施工中容易出现各种质量问题，因此桩基工程的试验、检测、验收工作非常重要。如何做好桩基工程的质量检测是我们应该思考的问题。

2 房屋建筑工程中桩基工程的质量检测方法及技术应用

房屋建筑工程中桩基工程的质量检测方法主要分为两大方面：一、承载力检测，判断桩的承载能力；二、完整性检测，检测桩身材料、尺寸方面的问题。承载力检测的方法有静载试验法、高应变法；完整性的检测的方法有低应变法、声波透射法、钻芯法、高应变法。

2.1 静载试验检测技术

静载试验是指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。以单桩竖向抗压静载试验为例，广东地区常用的加载反力装置为压重平台反力装置（见图1），试验过程中对数据采集的影响主要体现在以下几个方面：a)压重平台支墩对测量装置的影响；b)位移测量装置安装不规范；c)加载装置的不稳定。为了降低不利因素对数据的影响提高检测数据的准确度就要逐一解决以上问题：a)降低压重平台支墩对测量装置的影响可以采取以下措施：严格控制支墩地基土的压应力，对地基土进行加固，提高支墩地基土的承载能力（检测员容易忽略支墩地基土的压应力的影响）；加大钢平台中次梁的长度，使支墩与检测桩的距离加大；b)位移沉降测定平面应该设在桩身侧面混凝土上，如果位移沉降测定平面安装在千斤顶与受检桩之间的钢板上，就要保证钢板的刚度足够大，基准桩应打入地面以下足够的深度，且基准梁应有一定的刚度来减少自重引起的基准梁挠度变形；c)因加载装置油泵、油管及千斤顶质量问题引起的不间断补载对数据的影响较大，所以保证加载装置的稳定可靠也就显得尤其重要。另外我们检测人员要清楚的是所测沉降量不仅仅是桩的贯入量，该部分还包括桩身弹性压缩量。对桩承载力的分析两种情况值得我们注意：一种情况是经过静载试验后桩的承载力提高了，另一种情况是经过静载试验后桩的承载力降低了[2]。

图1 压重平台反力试验装置示意图

2.2 声波透射法检测技术

声波透射法是用人工方法在混凝土介质中激发一定频率的弹性波，该弹性波在介质中传播时，遇到混凝土介质缺陷会发生反射、透射、绕射，由接收换能器接收的波形，对波的到时、波幅、频率及波形特征进行分析，就能判断混凝土桩的完整性及缺陷的性质、位置、范围及缺陷程度。以广东省建筑地基基础检测规范为例声学参数中主要用声速、波幅、波形特征判定桩身完整性，且综合考虑缺陷的空间分布（深度范围、径向范围）。声速是由管距、声时（v=l/t）计算而来，测试时管距取两声测管口的外壁间净距离带来的误差是显而易见的（管距的误差可以通过在换能器上安装测斜传感器来更正），且收发换能器都是按居中计算未充分考虑换能器在两管中最远及最近距离的不利影响会叠加至声时中，在这种状态下，单纯用声速来分析混凝土的质量就会产生较大的误差，同根桩不同剖面的声速值也不具备可比性。为提高声速的数据准确性就要保证声测管的刚度、声测管应呈对称形状布置且应相互平行保证管距等净距、在保证换能器能正常提升下降的情况下尽量选择更小内径的声测管。波幅是测点首波幅值，波幅的数值与测试系统的性能、状态、设置参数、声耦合状况、测距、测线倾角相关，在保证上述条件一直的情况下，测点波幅的差异才能真实的反应被测混凝土质量差异导致的声波能量衰减的差异。波形特征是判断混凝土缺陷的一个参考，声波与波幅只与接收波的首波有关，接受波的后续部分是各种路径声波叠加的结果，后续波的强弱反映了声波在桩身混凝土内各种声传播路径上总的能量衰减。在实际应用中，既不能唯“声速论”，也不能不分主次将各种判据同等对待。

2.3 低应变法检测技术

利用应力波在桩中传播时，当桩身的波阻抗发生变化会产生反射的原理，通过分析反射波的幅值、相位、到达时间，得出桩缺陷的大小、性质、位置等信息，最终对桩基的完整性给予评价。低应变法包括稳态激振的稳态机械阻抗法和共振法、瞬态激振的反射波法、瞬态动力法、水电效应法等。由于反射波法具有简单、快速、实用等特点，绝大多数的单位采用发射波法，即通过速度时域曲线分析，判断桩身完整性为主。反射波法假设桩为连续弹性一维匀质杆件，在桩顶施加一脉冲冲击力，就有弹性波沿桩身向下传播，根据波动理论，介质中传播的波遇到波阻抗差异（ρcA）界面时，就会产生反射。设桩底反射初至时间为T，桩长为L。基本公式：T=2L/c（c—压缩波在桩身中传播速度；L桩顶至反射界面的距离；T压缩波自桩顶激发，传至反射界面后，反射回桩顶所需时间。）测试过程中根据桩长及桩身传播速度即可计算出桩底位置，再结合2L/c范围内的缺陷反射综合判定桩身完整性。因此L、c的输入对数据的影响至关重要，为确定准确的桩长可通过钢筋笼长度测试仪检测桩身长度。受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波在传播过程中出现能量和幅值逐渐衰减过程，致使仪器测不到桩底反射信号，此时不应对整根桩进行完整性检测。激振点与传感器安装点的距离太近，入射波后面往往紧跟着一个负向脉冲，影响浅部缺陷的分析判断。影响测试信号的因素很多，它们往往使波形畸变而偏离“正常”状态，导致误判桩身质量。因此检测时应随时检查采集信号的质量，判断实测信号是否反映桩身完整性特征，如果实测信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。

2.4 高应变动力检测技术

高应变动力试桩的基本原理：用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对位移，以激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的应变和加速度传感器接受到的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身完整性。现场测试数据主要由力曲线、速度曲线、上下行波、位移曲线组成，力值（F=AEε）经由应变换算而成，速度由加速度积分得到，位移由加速度曲线二次积分及水准仪测量后综合确定。高应变试验成功的关键是信号质量以及信号中的信息量是否充分。应根据每锤信号质量以及动位移、贯入度和大致的土阻力发挥情况，初步判别采集到的信号是否满足检测目的要求。同时也要检查混凝土桩锤击拉、压应力和缺陷程度大小，以决定进一步锤击，以免桩头或桩身受损。高质量的高应变波形信号有以下特点：力和速度的时程一致，峰值之前两者重合，当出现上行波时两曲线开始拉开，力曲线在速度曲线之上（除非桩身有缺陷），两曲线间距离随桩侧土阻力增加而增大，其差值等于相应深度的总阻力，真实反映桩周土阻力的实际情况；力和速度曲线的时程波形最终归零；锤击没有严重偏心，对称两个力或速度传感器的测试信号相差不大，力信号不出现受拉；波形平滑，无明显高频干扰，摩擦型桩桩底反射明确；有足够的采样长度，保证曲线拟合时间段长度不少于5L/c，并在2L/c时刻后延续时间不小于20ms；贯入度适中，一般单击贯入度不宜小于2mm，也不宜大于6mm。

为了保证数据的准确度，桩顶面应平整（与桩轴线垂直），应重锤低击，锤架安放在平整稳固的地基上，传感器安装应紧贴桩身表面，锤击时不得产生滑动，减少锤击过程活动阻力的产生。高应变信号不同于随机信号的可解释性—即使不采用复杂的数学计算和提炼，只要检测波形质量有保证，就能定性地反映桩的承载性状及其他相关的动力学问题。高应变分析计算结果的可靠性高低取决于动测仪器、分析软件和人员素质三个要素，起决定作用的是具有坚实理论基础和丰富实践经验的高素质检测人员[3]。

2.5 钻芯法检测技术

钻孔取芯法主要是采用钻孔机对桩基进行抽芯取样，根据取出芯样，可对桩基的长度、混凝土强度、桩身完整性、桩底沉渣厚度、持力层情况等作清楚的判断。混凝土钻芯的桩长是通过量取芯样的长度进行统计的，当部分芯样有斜断面时操作人员按每回次的长度统计是错误，这样会导致记录的桩长比实际桩长长。混凝土芯样在缺陷位置进行取样抗压时，根据试件抗压强度公式：cu=4P/πd2（P—芯样试件抗压试验测得的破坏荷载；d—芯样试件的平均直径）可知如果缺陷较大，试件的受力面积就不能按d进行计算。桩底沉渣厚度的确定根据现场的钻孔深度及芯样长度进行计算是比较粗劣的，力保数据的准确就应该使用孔内摄像法对桩底沉渣厚度进行核实。由于建筑场地地质条件复杂多变和非均匀的，各桩成桩质量变化较大，不应根据几根桩的钻芯结果对整个工程桩基础进行评价。

3 桩基检测技术的优缺点

静载试验法的优点是操作简单，结果直接可靠，缺点是劳动强度大，危险性高，造价高。低应变反射波法优点是仪器轻便、现场检测快捷，从理论到实际应用较为成熟，但也要充分考虑到它的局限性：桩长较长时较难测量深部缺陷以及桩底反射波不明显时容易造成误判。声波透射法与其他完整性检测方法相比，声波透射法能够进行全面、细致的检测，且基本无限制条件，缺点是声测管埋设比较随意，容易对检测结果造成影响。高应变法优点是仪器设备较为轻便，检测费用较传统静载低，能较好测试深部缺陷，但是测试过程力量一旦过大就会破坏桩的结构，且对人员素质要求较高。钻芯法优点是直观实用，根据芯样情况可以直接进行判定，但钻芯法是一种有损检测方法，应充分考虑对结构受力的影响。

4 桩基工程质量检测控制措施

根据各检测方法测试原理，结合实际情况我们在桩基工程质量检测过程中应首先我们国家通过连续修订完善现有相关规格和国家的相关标准，提高桩基础项目的高质量测试标准，从而可以有效的促进桩基础工程检测质量和效率；其次检测人员应树立正确的质量意识观，提高专业技术能力，充分考虑测试过程中输入的量对检测结果输出量的影响，对容易造成检测结果失真的影响因素进行严格把控。

5 结束语

总而言之，现阶段我们国家的房屋建筑工程的建设区域正在不断的增加，因此房屋建筑工程和相关的建筑物的项目不断扩大，并且建筑工程的施工时间逐渐增加。因此，很多建筑工程建设企业只关注企业的效益，而对建设的施工品质不够关注，这样就非常容易导致建设施工工程中发生相关的安全事故。因此检测桩基础工程对于提高房屋建筑工程非常重要，尤其是检测桩基础工程的质量。因此，在建造房屋建筑工程的过程中，利用桩基测试的方法可以实现房屋建筑工程质量的保障。并且在提升房屋建筑工程项目质量的同时，因为桩基工程的检测更为复杂。员工需要具体专门的建筑技术素养，并且建筑团队需要组织员工以及时完成桩基工程测试以及完成专业的培训学习活动。因此，桩基础工程质量检测行业的高质量发展也是建筑工程相关方需要持续进行研究的主题。