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建筑工程基桩检测技术及应用研究

2016-03-16 20:16 字体:   打印 收藏 

摘要:基桩质量和性能检测是基础工程安全性的重要保障,论文针对钻芯法、静载试验法、声波透射法和低应变、高应变声波反射法等主要基桩检测技术,总结并分析了其物理原理、优缺点及工程应用特征,提出了应该根据基桩条件选择对应的检测手段,并就基桩检测可能出现的技术问题进行了分析。总结出应该从检测方法选择、激励方式选择和施工管理三个层面,加强基桩检测的合理性和准确性。
关键词:建筑工程,基桩检测,高应变,低应变,钻芯法
 
 
基础工程是建筑结构的根基,其施工质量直接关系到建筑的稳定及人员、财产的安全。桩基础由于其承载力高、沉降量少、抗震性能好和施工噪声小等优势,广泛应用于建筑工程的基础建设中。受到复杂地质条件和桩土作用的不确定性影响,基桩施工过程中质量和安全性较难保证,因而需要采用专业检测技术识别施工状态下的基桩的施工质量、偏差和影响。
低应变反射波法、高应变反射波法、静载试验法、声波透射法和钻芯法是目前桩基质量检测的主要方法[1],论文将对上述方法的原理和检测手段进行总结分析,提出上述方法在桩基完整性检测上存在的技术问题和解决方法,为建筑桩基的质量检测和保障提供参考。
1. 基桩检测主要方法
1.1 钻芯法
钻芯法是采用钻机钻取目标检测部位的芯样,通过对芯样的观察、试验分析等确定基桩的施工质量。钻芯法是检测桩身完整性最为直接的方法,可以检测桩的长度、桩身缺陷、桩底沉渣的厚度以及桩端岩土的状况[2]。由于地下岩石的强度较大,一般钻机需要配置金刚石钻头,并采用单动双管钻具,才能保证芯样的完整性。为了明确桩基的实际施工质量或者获得桩端持力层的力学特性时,需要对芯样进行强度试验。
钻芯法作为最直接检测基桩质量的手段,不受场地条件的限制,特别适用于大直径桩的检验,当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时,可采用钻芯法测定持力层的岩土性能。钻芯法的缺点是施工成本高、检测速度慢,需要较长的周期,此外当桩本身存在偏斜情况时,钻孔法较难钻至桩底,对基桩本身的施工质量检验也有限。
 
1.2 静载试验法
静载试验法时针对单桩采用试验的方法,确定桩的极限承载力和沉降值,是目前确定单桩极限承载力最为准确、可靠的检验方法,判定某种动载检验方法是否成熟,均以静载试验成果的对比误差大小为依据。静载试验的基本原理是通过一组完全测试的单桩竖向抗压静载荷试验Q-s曲线的发展趋势,预测对应的极限荷载和沉降[3]。
静载试验法几乎可以用于任意结构特点的基桩质量检测,早先的静载试验法只能对低承载力的桩进行试验,在目前各种反力装置开发的条件下,任意量级承载力的基桩均可以采用静载试验方法。静载试验法存在的不足是需要严格按照测试步骤开展,基准梁的设置、反力装置、试桩等间距布置需要按照标准,测试的周期长、成本高。
   
1.3 声波透射法
声波透射法是通过发射探头间断地发出不连续的以一定重复频率的超声波,超声波在穿过混凝土的过程中,会携带关于混凝土的结构特性和材料特性的信息,通过接收转换器识别声波中携带的声学参数和变化规律,从而分析出桩基混凝土的质量特性。声波在混凝土中的传播能量会衰减,一般而言,混凝土质量越差声波衰减越大[4]。
超声波透射法的主要特点是检测细致,检测结果较为准确,且可估算混凝土的强度,检测方法简单可靠,并不受桩长、桩径等因素限制,信噪比较高抗干扰能力强。该检测手段基本能够获取基桩的所有信息,只要声测管埋在什么部位,便可以检测该部位的质量,包含桩顶低强区和桩底沉渣厚度,检测无盲区。存在的主要缺陷是,超声波检测方法的成本较高。声测管的费用很高,且当声测管与混凝土的握裹不好或者声测管周围存在局部泥团时,会呈现处断桩信号,容易造成重判或者误判的现象。
1.4 低应变反射波法
低应变反射波法是在混凝土桩的桩顶施加一定的激振行为,弹性波沿桩身往下传播,在传播过程中若混凝土桩出现一定的质量问题:如裂缝、缺口、破断等,则会产生明显的波阻效应而产生反射波,通过拾取反射波的特性以及监测桩顶加速度和速度响应,便可以判别桩身混凝土的完整性和缺陷存在的性质和位置。
低应变反射波法操作简单、效率高,基本不影响工期的开展,且检测费用很低,较广泛用于基桩质量的监测。存在的问题是,对于长度很大的桩,由于弹性波传播过程中的能量消耗以及激发能量的制约,判别的效果很差,此外低应变反射波法也会受到很多因素的影响,如桩身的截面突变、桩端持力层岩性、缺陷反射等,测试结果的准确性相对较差。
 
1.5 高应变反射波法 
高应变反射波法的物理原理基本与低应变一致,所不同的是高应变的激励方式一般选择重锤冲击桩顶,通过测试桩顶部的速度和力的时程曲线,基于波动理论分析,对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定,比起低应变方法,高应变能测试桩基的承载力。
高应变方法不仅能获取桩身完整性的参数,还能得到桩的极限承载力、桩身侧阻力和端阻力等参数,测试的过程可以结合打桩过程同步进行,开展过程简单。由于采用重锤冲击,在重锤贯入度和拾振设备要求较高。
2. 基桩检测的应用技术
上述各种检测手段和方法均有其使用的检测范围和要求,应该在相应的施工环境、条件和限制因素下采取对应的检测技术。
1. 长桩的检测  高层建筑结构中桩长超过50m的长达灌注桩应用较为广泛,低应变反射波法由于受限于激励能量的技术限制,桩长超过一定范围后来自桩身下部的信息很少,无法得到全桩的质量评价,因而需要避免低应变的检测手段。
2. 嵌岩桩的检测  嵌岩桩是在岩土性能稳定和承载力强的持力层嵌入基桩,嵌岩桩不能采用低应力反射波法,由于受到桩端土层阻力的影响,应力波能量衰减很快,使得有效的测试范围很小,容易造成该检测方法无法对整桩的成桩质量进行评判。
3. 小桩径的检测  直径较小的桩基础,钻芯法可能没有施工条件,无法采用钻机获取样本,如若采用钻芯法,可能会对桩身周围土层进行较大的扰动,不利用桩基础的长期性能。
3. 基桩检测的问题和对策
现场检测中,因为检测条件不好会造成数据的质量不高,为桩身质量和承载力的评判带来误差和问题。声波检测中声测管弯曲变形、赌管、漏水、管间距不合理以及接头处理不当等因素,都会严重影响检测工作的顺利进行或者引起声学参数的异常。低应变检测中,桩端处理不好、清理不干净或者有露筋、桩头开裂以及浅部断开等问题时,会严重影响信号的采集和筛选[5]。
基于上述在基桩检测中出现的问题,应该从检测方法的选择、激励方式的选取和施工管理三个角度把控:
检测方法的选择  基于章节2的分析,说明在不同的检测技术的适用范围是不同的,实际中应该因地制宜地选择恰当的方法:在桩身质量检测方面,对于嵌岩桩和超长桩,建议选用超声波透射法;对于浅部桩身质量存在缺陷或者严重变形的桩,建议采用钻芯法取样检测。在基桩承载力检测方面,对于超长和嵌岩桩,建议采用高应变检测手段,对于要想获取桩基础各个土层特性的,建议采用钻芯法,其他可以根据条件和要求取用静载试验法。
激励方式的选择  高应变和低应变检测中,应该根据桩长和桩型选用适宜的力棒或者力锤,长桩应该取用重力型棒并加大锤击力度,增大脉冲宽度来提高声波检测效果,重锤轻击的方式可以排除高频信号的干扰。
施工管理  施工中存在操作失误或者不规范而导致的试验数据误差大,而导致对桩身质量和承载力的错误评价,因而需要加强对施工过程的管理,特别是对操作方法严格的检测技术,如静载试验和钻芯法等。
4. 结论
论文比较研究了建筑工程基桩检测的主要技术方法:钻芯法、静载试验法、声波透射法和高应变、低应变反射法,总结和各种方法的基本原理和操作过程,分析了其优缺点和工程中的应用。并就不同条件的桩基检测提出了主要应用技术,针对基桩检测问题总结了应从检测手法的选取、机理方式的选择和施工管理三个层次,解决基桩检测问题,确保检测过程的合理和结果的可靠性。
参考文献
[1]周东泉. 基桩检测技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社. 2010
[2]蔡小华, 李歌华. 建筑基桩质量钻芯法检测几个问题的探讨[J]. 工程勘察. 2005年第4期:31-35
[3]刘巧玲. 基桩检测静载试验的质量控制[J]. 西部探矿工程. 2007年9期:27-28
[4]刘占文. 超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用[J]. 山西建筑. 2012. 38(29): 219-220
[5]马凤生. 基桩检测技术常见问题分析[J]. 山西建筑. 2011. 37(22):58-59

 

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