建设工程桩基质量检测技术研究
作者：陈伟
来源：《科技创新导报》2011年第11期
摘 要:桩基是建筑物的重要组成部分, 其质量的好坏直接关系到建设工程的安全问题, 而桩基检测是保证建筑安全并对其进行加固处理的的重要手段和前提。为有效解决上述问题, 本文提出了缺陷桩的判断依据及桩基的成孔、成桩质量检测技术, 以为保障建设工程的质量安全提供技术手段和决策依据。
关键词:建设工程 桩基 检测技术
中图分类号:TU473 文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)04(b)-0029-01
1 引言
鉴于建设工程高强度地基处理的需要, 桩基础以其承载能力高、抗震性能好等优点在建设工程中得到广泛使用。桩基是建筑物的重要组成部分, 其主要作用是穿过软弱土层, 将上部结构的荷载传到深层稳定坚硬、可压缩性小的土层, 以减少基础和建筑物的不均匀沉降, 对于保障工程安全发挥着重要的作用。因此, 桩基质量的好坏直接关系到建设工程的安全问题, 如果桩基因为质量不合格而发生事故, 将使得建设工程的加固难度相当大, 因而桩基的质量对整个建设工程的安全性起着决定性作用。据不完全统计, 我国每年桩基用量约为百万根, 桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率高达15%-20%。所以, 桩基检测就成了保证建设工程质量的一个重要措施。桩基检测是对单桩承载力、桩身完整性进行全面评价的基本手段, 以确定桩基工程是否合格, 并进而提出对不合格桩基的补强方案。而我国现行的《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202) 和《建筑基桩检测技术规范》(JG J106)对于建设工程的桩基承载力及桩身完整性检测也提出了强制性要求。
2 桩基检测及缺陷桩的判断
建设工程桩基础属于隐蔽性工程, 其施工工序多, 施工难度大, 成桩质量和承载力受周围环境及施工过程等众多因素的影响, 因此, 桩基的施工质量很难保证。目前, 我国建设工程桩基中多采用钻孔灌注桩, 钻孔灌注桩的施工分为成孔和成桩两个基本环节。为此, 对桩基的检测便可从成孔质量和成桩质量两方面入手, 而成桩质量检测又可分为承载力检测和桩身完整性检测。 钻孔灌注桩是在地下或水下成孔、灌注混凝土, 加之所采用的成孔方法、所处地质条件以及混凝土浇注时间不同等因素的影响, 钻孔灌注桩极易出现断桩、缩颈、扩颈、离析等缺陷。在桩基检测中, 通常按照桩基的缺陷程度将其分为4类[1]:一类桩:桩身结构完整, 桩径均匀, 混凝土密实, 反射波波形规整, 上下幅值对称, 符合自由振动指数衰减规律; 二类桩:桩身基本完整, 桩径略有变化(轻度缩颈), 反射波波形欠规整, 上下幅值基本对称, 近似于自由振动衰减规律; 三类桩:桩
身完整性差, 桩身局部断裂, 严重缩颈或混凝土严重离析, 反射波波形不规整, 上下幅值不对称, 波形曲线不按自由振动衰减; 四类桩:桩身完整性极差, 判断为断桩, 反射波波形极不规整, 上下幅值极不对称, 波形紊乱, 不符合自由振动衰减规律。
3 桩基检测技术
3.1 桩基成孔质量检测技术
桩基施工过程中, 成孔质量的好坏将直接影响到混凝土浇注后的成桩质量:桩孔的上部扩颈将导致成桩上部侧阻力增大, 而下部侧阻力又不能完全发挥, 同时使得单桩的混凝土浇注量增加; 桩孔的孔径偏小则使得成桩的侧摩阻力减少, 从而导致整桩的承载能力降低; 而桩孔偏斜可在一定程度上改变桩竖向承载受力特性, 最终削弱桩基承载力的有效发挥; 桩底沉渣过厚可使得桩长减少, 对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。因此, 成孔质量检测对于控制成桩质量尤为重要, 成孔质量检测指标主要包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等。
3.2桩基成桩质量检测技术
1)桩基承载力检测技术 桩基的承载力与荷载加载速率有很大关系, 目前用于桩基承载力检测的方法主要有静荷载试验法和高应变动测法。静荷载试验法包括基桩竖向和水平承载力检测, 工程中多用到竖向静荷载试验, 优点是其受力条件比较接近桩基础的实际受力状况, 因此其检测精度高, 相对误差在10%范围内, 主要适用于工程试桩的承载力检测。桩基高应变动测法, 就是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击, 使桩周土产生塑性变形, 在桩头实测力和速度的时程曲线上, 通过应力波理论分析得到桩土体系的有关参数, 揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能, 分析桩身质量, 从而确定桩的极限承载力。
2)桩基完整性检测技术 桩身的完整性检测是桩基检测的重要内容, 主要包括桩身的无缩颈、断桩、夹泥、空洞、离析等缺陷的检测。目前, 用于桩身完整性检测的方法主要有低应变反射波法和超声波透射法。低应变反射波法首先假设桩基为等截面细长杆, 四周无侧阻力作用, 通过对桩顶施加一瞬时锤击力, 引起桩身及周围土体的微幅振动, 顶端受激振力冲击后, 桩顶处压力波以波速C 向桩底传播, 传递过程符合一维波动数学模型, 杆件变形与受力成正比, 当混凝土内存在缺陷面时, 缺陷面形成波阻抗界面, 当波到达该界面时, 产生的透射和反射将使桩顶接收到的反射波能量发生变化[2]。这时用仪表实测得到桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线, 便可利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析, 从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。
由于桩基混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体, 对于正常的混凝土, 声波在其中传播的速度是有一定范围的。超声波透射法检测桩身结构完整性时就是利用上述特征, 由超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波, 并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中的波动特性。如果桩基混凝土内存在不连续界面, 缺陷面便会形成波阻抗界面, 脉冲波到达该缺陷面时, 就会产生波的透射和反射, 使接收到的透射波能量明显降低; 而当混凝土内存在松
建设工程桩基质量检测技术研究
作者：陈伟
来源：《科技创新导报》2011年第11期
摘 要:桩基是建筑物的重要组成部分, 其质量的好坏直接关系到建设工程的安全问题, 而桩基检测是保证建筑安全并对其进行加固处理的的重要手段和前提。为有效解决上述问题, 本文提出了缺陷桩的判断依据及桩基的成孔、成桩质量检测技术, 以为保障建设工程的质量安全提供技术手段和决策依据。
关键词:建设工程 桩基 检测技术
中图分类号:TU473 文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)04(b)-0029-01
1 引言
鉴于建设工程高强度地基处理的需要, 桩基础以其承载能力高、抗震性能好等优点在建设工程中得到广泛使用。桩基是建筑物的重要组成部分, 其主要作用是穿过软弱土层, 将上部结构的荷载传到深层稳定坚硬、可压缩性小的土层, 以减少基础和建筑物的不均匀沉降, 对于保障工程安全发挥着重要的作用。因此, 桩基质量的好坏直接关系到建设工程的安全问题, 如果桩基因为质量不合格而发生事故, 将使得建设工程的加固难度相当大, 因而桩基的质量对整个建设工程的安全性起着决定性作用。据不完全统计, 我国每年桩基用量约为百万根, 桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率高达15%-20%。所以, 桩基检测就成了保证建设工程质量的一个重要措施。桩基检测是对单桩承载力、桩身完整性进行全面评价的基本手段, 以确定桩基工程是否合格, 并进而提出对不合格桩基的补强方案。而我国现行的《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202) 和《建筑基桩检测技术规范》(JG J106)对于建设工程的桩基承载力及桩身完整性检测也提出了强制性要求。
2 桩基检测及缺陷桩的判断
建设工程桩基础属于隐蔽性工程, 其施工工序多, 施工难度大, 成桩质量和承载力受周围环境及施工过程等众多因素的影响, 因此, 桩基的施工质量很难保证。目前, 我国建设工程桩基中多采用钻孔灌注桩, 钻孔灌注桩的施工分为成孔和成桩两个基本环节。为此, 对桩基的检测便可从成孔质量和成桩质量两方面入手, 而成桩质量检测又可分为承载力检测和桩身完整性检测。 钻孔灌注桩是在地下或水下成孔、灌注混凝土, 加之所采用的成孔方法、所处地质条件以及混凝土浇注时间不同等因素的影响, 钻孔灌注桩极易出现断桩、缩颈、扩颈、离析等缺陷。在桩基检测中, 通常按照桩基的缺陷程度将其分为4类[1]:一类桩:桩身结构完整, 桩径均匀, 混凝土密实, 反射波波形规整, 上下幅值对称, 符合自由振动指数衰减规律; 二类桩:桩身基本完整, 桩径略有变化(轻度缩颈), 反射波波形欠规整, 上下幅值基本对称, 近似于自由振动衰减规律; 三类桩:桩
身完整性差, 桩身局部断裂, 严重缩颈或混凝土严重离析, 反射波波形不规整, 上下幅值不对称, 波形曲线不按自由振动衰减; 四类桩:桩身完整性极差, 判断为断桩, 反射波波形极不规整, 上下幅值极不对称, 波形紊乱, 不符合自由振动衰减规律。
3 桩基检测技术
3.1 桩基成孔质量检测技术
桩基施工过程中, 成孔质量的好坏将直接影响到混凝土浇注后的成桩质量:桩孔的上部扩颈将导致成桩上部侧阻力增大, 而下部侧阻力又不能完全发挥, 同时使得单桩的混凝土浇注量增加; 桩孔的孔径偏小则使得成桩的侧摩阻力减少, 从而导致整桩的承载能力降低; 而桩孔偏斜可在一定程度上改变桩竖向承载受力特性, 最终削弱桩基承载力的有效发挥; 桩底沉渣过厚可使得桩长减少, 对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。因此, 成孔质量检测对于控制成桩质量尤为重要, 成孔质量检测指标主要包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等。
3.2桩基成桩质量检测技术
1)桩基承载力检测技术 桩基的承载力与荷载加载速率有很大关系, 目前用于桩基承载力检测的方法主要有静荷载试验法和高应变动测法。静荷载试验法包括基桩竖向和水平承载力检测, 工程中多用到竖向静荷载试验, 优点是其受力条件比较接近桩基础的实际受力状况, 因此其检测精度高, 相对误差在10%范围内, 主要适用于工程试桩的承载力检测。桩基高应变动测法, 就是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击, 使桩周土产生塑性变形, 在桩头实测力和速度的时程曲线上, 通过应力波理论分析得到桩土体系的有关参数, 揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能, 分析桩身质量, 从而确定桩的极限承载力。
2)桩基完整性检测技术 桩身的完整性检测是桩基检测的重要内容, 主要包括桩身的无缩颈、断桩、夹泥、空洞、离析等缺陷的检测。目前, 用于桩身完整性检测的方法主要有低应变反射波法和超声波透射法。低应变反射波法首先假设桩基为等截面细长杆, 四周无侧阻力作用, 通过对桩顶施加一瞬时锤击力, 引起桩身及周围土体的微幅振动, 顶端受激振力冲击后, 桩顶处压力波以波速C 向桩底传播, 传递过程符合一维波动数学模型, 杆件变形与受力成正比, 当混凝土内存在缺陷面时, 缺陷面形成波阻抗界面, 当波到达该界面时, 产生的透射和反射将使桩顶接收到的反射波能量发生变化[2]。这时用仪表实测得到桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线, 便可利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析, 从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。
由于桩基混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体, 对于正常的混凝土, 声波在其中传播的速度是有一定范围的。超声波透射法检测桩身结构完整性时就是利用上述特征, 由超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波, 并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中的波动特性。如果桩基混凝土内存在不连续界面, 缺陷面便会形成波阻抗界面, 脉冲波到达该缺陷面时, 就会产生波的透射和反射, 使接收到的透射波能量明显降低; 而当混凝土内存在松