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深基坑工程桩基检测技术分析

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：阳鑫

[导读] 摘要：在深基坑工程施工过程中，桩基结构属于非常重要的承重结构，由于桩基结构的施工位置比较隐蔽，为了确保桩基结构的施工质量，需要应用相应的检测技术。

        郑州中核岩土工程有限公司河南郑州 450000
        摘要：在深基坑工程施工过程中，桩基结构属于非常重要的承重结构，由于桩基结构的施工位置比较隐蔽，为了确保桩基结构的施工质量，需要应用相应的检测技术。文章针对桩基检测的主要内容展开分析，包括桩基成孔的基本情况、桩基机构的承载能力、桩基结构的完整性等，通过研究桩基检测技术在工程中的具体应用，提高检测技术的应用水平，提升建筑工程施工过程的有序性。
        关键词：桩基检测技术；深基坑工程；桩基结构
        引言
        伴随着城市化进程和交通设施建设的完善，更多的超高层建筑与地铁工程快速兴起，在这些工程中，面临着大量的深基坑工程，这常常需要处理好许多问题，如开挖基坑对周围建筑物的影响、基坑回弹对工程桩产生的影响、软土地区基坑开挖的稳定问题、工程桩的变位问题等，均应加强防范，防止工程事故的发生。
        在深基坑工程中，基坑开挖土体的卸载往往会对桩基的承载力及竖向刚度产生影响。目前广泛采用的是地面试桩的方法，但其测试结果与桩的承载力存在偏差。对于深基坑工程的工程桩，桩顶往往在地面以下十多米的深度处，由于软土及地下水等诸多因素的限制，当前桩基的测试只能在地面上，尽管可以在计算中减去开挖区域的摩阻力，但地面试桩的条件与深基坑开挖后的情况并不相同。部分研究通过数值模拟了深基坑情况，揭示了深基坑开挖对桩基承载力的影响，但仍缺乏现场测试的相关数据，也没有测试结果与承载能力的相关验证，同时桩基的上拔、变位等问题，目前仍没有较好的测试方法。
        一、桩基检测的主要内容
        1.桩基成孔的基本情况
        在桩基技术应用的过程中，桩基成孔情况属于非常基础的应用内容，具体可以分为以下几部分内容：（1）做好成孔孔径的检测工作，针对地质结构情况不同的区域，需要成桩的孔径也存着不同，因此在检测过程中，需要结合设计图纸对孔径情况进行检查，提高检查结果的准确性。（2）成孔直径的统一性，即对成孔上下孔径尺寸进行检查，如果成孔直径出现不统一的情况，那么很容易造成结构阻力出现不规律变化，增加了混凝土浇筑成本的支出。（3）成孔垂直度情况，地质结构的复杂程度较高，在遇到到节理裂缝、坚硬碎石时，很容易出现钻杆倾斜的情况，这也为后续施工带来了较大的负面影响，因此此类内容也属于检测的重点所在。（4）进行成孔桩底质量检测，桩底是支撑桩基结构的重要载体，如果桩底残渣较多或桩底较薄，势必会影响后续的成桩效果，因此，需要做好该环节的检查工作。检测工作程序具体如下图：

        2.桩基机构的承载能力
        现阶段，高层建筑已经成为城市的主体建筑结构类型，建筑高度的增加，也提升建筑的载荷能力，据相关数据显示，建筑高度每增加一层，其单位面积的载荷将增加1 700 kN，对于地下结构而言，其载荷在单位面积上会增加2 100 kN。桩结构作为重要的受压结构，对于结构的承载能力也是非常重要的检测内容之一。在对其进行检测时，一般会通过静荷载实验或动荷载实验来完成，以静荷载试验为例，若结构能够诚承重既定承载压力材料重量的1.2倍，那么结构满足既定的测试要求。
        3.桩基结构的完整性
        目前在建筑工程中，桩结构主要是用混凝土浇筑而成，如果浇筑时没有控制好浇筑速度，很容易出现桩结构缺失的情况。因此在进行桩结构质量检测时，其完整性也属于基础的检测内容。桩基结构位于地下，在对其进行完整性检测时，无法借助外观观察法对其进行检测。结合以往的检测检验，一般会选择声波探伤类的检查方法，如低应变动检测法、超声波检测法等，在分析数据时，需要对干扰因素进行提前排除，从而提升分析结果的准确性。
        二、桩基承载力检测
        1.静力载荷试验
        通过静力荷载试验可以得到桩基的抗压、抗拔以及横向承载力，这是当前较为广泛采用的方法。随着科技的不断进步，为进一步探究桩基的作用机理创造了条件。在对深基坑开挖条件下的单桩竖向承载力进行试验时，可以采用与桩基受力状态类似的方法。在加载时，利用堆载或者锚桩提高支反力，通过千斤顶对桩基逐步增大荷载，测出荷载随桩顶位移变化的曲线、位移－时间曲线等，确定单桩的承载力、桩身摩阻力及桩端阻力等。如采用慢速维持荷载的方法，通过逐级等步增加荷载，每步荷载为预估最大荷载的10%，其中第一级的荷载可取最大荷载的20%，在卸载过程中按照与加载过程相反的次序逐级卸载。加载和卸载过程应保证荷载的均匀、连续保持荷载的过程中荷载的变化幅度不能超过该步分级荷载的±10%。
        对于基坑底部的工程桩，桩顶通常在地面下10 m左右的深度处，开挖到基坑底部时，由于软土及地下水等因素，仅能在地面上进行试桩。常用的试桩方法有两种:一种是常规试桩法，如图1所示，通过试桩的承载力减去开挖面以上桩的侧摩阻力来确定桩基承载力;另一种是套管试桩法，在常规试桩法的基础上，在基坑开挖深度范围增加套管，以消除开挖范围的桩基侧摩阻力，但桩基的受力状态与该加载方法亦存在区别。较为理想的试桩方法则如图2所示，在土体开挖完成后进行桩基试验，这在现实中常常无法实现。但对于大面积深基坑开挖工程，应当考虑土体开挖回弹对桩基承载力等的影响。
        2.自平衡检测
        对于大范围开挖的深基坑坑底试桩、水上试桩及大吨位试桩等，通常的静载试验堆载平台无法实现，此时可以通过桩基自平衡检测的方法进行。该方法试验装置较为简便，同时不需要占用较多场地，操作简单方便，同时又安全可靠。其原理是通过安装于桩底附近的千斤顶，由油泵在地面进行加载，千斤顶向上对桩身加载，向下压桩底，这样便能实现桩的摩阻力和桩的端阻力相互成反力，测出荷载－位移曲线，并进行叠加，得到桩顶的承载力－位移曲线。在试验过程中，荷载的大小通过千斤顶油泵的压力表获得，位移则通过位移计获得，上、下部桩的位移均采用两只百分表测试。
        自平衡检测方法的主要设备是经特殊设计的液压千斤顶式的压力单元。该压力单元分为不可回收(一次性)和可回收两种。不可回收的压力单元通常为锅式、鞘式。可回收的压力单元是安装在空心预制桩的内部、桩底附近。通过预先加工的卡口浇筑在桩端附近，试桩时将压力单元放在卡口位置，再顺时针旋转90°将其锁住，试桩完成后再卸下压力单元。
        三、桩身缺陷检测
        1.钻芯法
        通过钻芯法对桩身缺陷进行检测是比较直观的方法，可以了解灌注桩的完整性、确定断裂位置，了解桩身缺陷与基坑回弹的关系，同时检测出混凝土是否存在离析、蜂窝等缺陷，了解桩底沉渣的厚度等，为准确分析开挖基坑导致工程桩竖向刚度降低提供有效数据。
        钻芯法是微破损或局部破损的方法，该方法适合大直径桩的检测，但该方法在检测受基坑开挖影响上拔断裂破坏时，宜与其他方法结合进行检测。在试验前，确定钻芯检测方案，如钻孔的深度、数量、位置等，钻芯时应避开桩内的钢筋。
        2.钻孔内水下摄像钻芯法检测时往往容易受到制约，甚至在部分工程中出现争议，如由于机械原因导致芯样破损，这时则需要辅助光学技术进行判断。通过拍摄的图像进行观察，对于桩身的缺陷位置进一步的进行识别，对缺陷的大小、桩底沉渣的厚度等均能够进行判断。
        结束语
        在深基坑工程中，往往由于土体开挖卸载导致基坑底部土体回弹，这对基坑底部的工程桩承载力及竖向刚度产生影响，甚至引发桩身受拉裂缝、断裂等问题。在工程中，可以综合选择静载试验或自平衡试验进行桩基检测，通过钻芯法与钻孔内水下摄像结合的方法，对桩身缺陷进行检测。
        参考文献：
        [1]封其坚.桩基检测技术在建筑工程中的应用分析[J].广东建材，2019，32（8）：41-43
        [2]黄沛，刘铭，陈华，等.桩基建筑物受临近深基坑施工影响的安全评[J].岩土工程学报，2012，34(S 1):347－351.