桩基工程检测技术概述

2023-01-20

1 桩基的发展历史及现状

作为一种古老的基础形式, 桩的应用至今已经有12000~14000年的历史, 最初的桩是木桩。我国是使用桩基比较早的国家之一, 始建于公元247年的上海龙华塔及十世纪筑成的杭州湾大海塘的石砌岸壁, 是凝聚我国古代劳动人民聪明智慧的, 最早采用桩基础而完好保存至今的著名建筑。在浙江省余姚市河姆渡村发掘的新石器时代的文化遗址中, 发现数百根桩, 经测定这些桩距今约为6000年至7000年, 这是全球迄今发现的规模最大的木桩遗存。人类应用木桩经历了漫长的历史时期, 直到19世纪后期, 钢筋、水泥和钢筋混凝土相继问世, 木桩逐渐被钢桩和钢筋混凝土桩取代。最先出现的是打入式预制桩, 随后发展了灌注桩。后来随着机械设备的不断改进和高层建筑对桩基的需要, 产生了很多新的桩型, 开辟了桩利用的广阔天地;桩的广泛应用也促进了人们对桩的进一步探索研究, 其中包括新桩型、施工手段、检测手段、模型实验和设计计算方法等的研究。

到了20世纪60年代, 由于桩基的大量使用, 人们逐渐认识到理论研究的重要性, Poulos等人对群桩进行了理论研究, 并据此对桩的分析方法进行了分类。第一类为经验方法;第二类为相对简单的理论分析方法, 以线弹性或非线性弹性和刚塑性为理论基础, 采用土力学原理进行计算, 计算参数通过试验室相关分析得到;第三类为相对复杂的数值分析方法, 诸如有限元方法、边界元方法等, 这些数值方法以线性弹性或非线性弹性和刚塑性为理论基础, 采用土力学原理进行计算, 计算参数通过详细的应力路径实验分析得到。

随着高、重建筑和市政建设的发展, 桩基在基础工程中的作用愈显重要, 混凝土灌注桩、混凝土预制桩和钢桩这三大系列都有所发展, 尤以灌注桩的发展最为突出。桩基础的发展主要有如下特点。

单桩设计承载力越来越大, 达到了以“万k N”计的水平。为了满足设计承载力要求, 于是出现了各种系列的新兴改良桩系。

桩基础的设计理论吸取了其他学科的先进科研成果, 取得了迅速和深入的发展。复合地基理论、疏桩理论、桩基与上层建筑协同作用理论、桩基环境效应理论等相继问世并不断完善。

由于在城区兴建高层建筑的需要, 沉桩的环境效应消减问题受到充分的重视, 并提出了一系列计算方法和控制措施。

桩基工程机械也趋向于专门化和复杂化, 新型的工程机械、施工工艺和用途范围也在不断发展。

2 桩基工程检测的重要性

桩基是各种建筑物的基础形式之一, 属于隐蔽工程, 起着将结构上部荷载传递到较深和较好地层中的作用, 是构筑物的重要组成部分, 对工程结构质量和安全起着相当重要的作用。桩基检测是对单桩承载力和桩身质量等内容进行全面评价的重要措施, 它是评价桩基工程是否合格的依据, 同时也是对不合格桩进行补强的基础。

正是因为桩基是隐蔽工程, 其检测和事故后的处理均较困难, 因此, 在桩基设计前和施工后都需要进行必要的试验和检测, 以保证桩基工程的质量。

目前, 我国桩基施工队伍庞杂, 施工工艺各异, 施工机具也良莠不齐, 桩基的施工质量不佳是较为普遍的问题, 甚至有偷工减料的现象, 如果不及时查出并采取补救措施, 将会对整个工程造成无法估量的损失, 这已被许多严重的桩基工程事故所证实。无论从保证桩基工程质量和安全需要还是避免桩基工程浪费的角度考虑, 都必须及时进行桩基的检验和测试。

3 桩基工程检测的国内外研究现状

桩基检测技术是一门新兴行业, 我国的检测技术起源于20世纪80年代末, 当时的检测方法主要采用声波透射法来抽检。由于我国工程建设的的蓬勃发展, 在桥梁、高层建筑、重型厂房、港口码头、海上采油平台等工程中大量采用桩基础, 从而推动了检测频率、检测方法的不断改进。目前对于桩基工程的检测手段已发展到静载试验、高应变、低应变、声波透射、钻孔取芯法等方法的综合运用和全面的普检。

其中, 静载荷试验以其直观、可靠的优势引起了检测人员的普遍重视, 该试验是用千斤顶给桩施加竖向荷载, 通过油泵给千斤顶送油加压, 千斤顶出力值可以用荷载传感器或精密标准油压表标定后量测, 桩顶沉降可以用大量程百分表或位移传感器 (电阻式、电感式、差动变压器等) 量测。用该方法可以确定单桩竖向极限承载力, 结合在桩身和桩底埋设测试元件还可以测定桩侧摩阻力分布情况、桩端反力和桩身轴力等, 但该方法用来评价桩身完整性的结果还不理想, 因此, 近几年基桩动力检测法日趋流行。其实早在100多年前就有人将桩假定为刚性模型, 根据牛顿碰撞定律导出动力打桩公式, 通过锤击能量、贯入度和一些经验常数估算单桩承载力。

随着数值分析技术、计算机技术和网络技术的发展, 计算机数值分析方法也在桩基分析计算中得到了广泛的应用和发展。其常用的分析方法有有限元法和有限差分法。工程设计人员根据原位测试和现场监测得到岩土工程施工过程中的各种信息进行数值分析, 根据分析的结果及时修改设计, 指导施工。

桩基检测技术在国内经过几十年的发展, 已经取得了一系列成果, 更多的则表现在正确的检测方法和手段已得到及大的推广和贯彻, 表现在测试人员对于各种桩基检测方法的合理运用和理性思维, 以及各级行业主管对桩基检测市场的正确导向与管理。

4 桩基工程质量检测中存在的主要问题

近10多年来, 检测领域取得了长足的发展, 检测技术不断趋于成熟, 有关桩基工程检测的标准、规范相继发布、施行, 使桩基检测工作进一步规范化, 对保证工程质量起到了良好的作用。但是, 在桩基检测中同样也存在不少问题。归纳起来, 主要包括以下两个方面。

人为因素:检测人员施工、编写检测报告不规范。这就要求加强桩基检测工作的管理, 提高检测人员的素质, 确保检测工作本身质量, 必须重视检测队伍建设, 提高思想及业务素质。

客观因素:由于桩基工程属于隐蔽工程, 无论采用哪种检测方法, 都存在着一定的不足, 都不能完全反映出桩基的全部特性。这就要求检测人员应用以往的实际检测经验, 根据实地的地层结构和经验数据不断改进检测方法, 逐渐减少检测结果的不确定性。

摘要：随着桩基的广泛应用, 与此相关的问题研究成为了大家关注的焦点。本文正是以此为研究对象, 详细分析了与桩基工程检测技术相关的一些问题。文章首先回顾了桩基发展的历史及现状, 然后阐述了桩基工程检测的重要性, 最后在总结桩基工程检测国内外研究现状的基础上, 提出了桩基工程质量检测中存在的主要问题。为桩基工程检测领域的进一步研究提供了方向性的指导依据。

关键词：桩基,工程检测,检测技术