1、既有建筑桩基检测技术的发展及探讨 徐志华 李志强 荣耀 江西省高速公路投资集团有限责任公司宜春管理中心 江西省交通科学研究院 摘 要: 针对既有建筑物桩基质量安全性问题, 介绍了当前既有建筑桩基检测技术的方法和原理, 并总结归纳了不同桩基检测手段的特点。荷载试验技术、低应变动力测试技术及其衍变方法仍是目前既有建筑桩基检测的主要手段, 而物探方法也为既有建筑桩基质量安全的检测开辟了新的途径。通过对传统检测方法现场测试条件的改良以适应既有建筑桩基具有上部结构的特点, 加强对测试数据的分析与判定, 是未来既有建筑桩基检测的主要发展方向。关键词: 既有建筑; 桩基检测; 质量安全; 检测技术; 作者简
2、介:徐志华 (1971-) , 男, 高级工程师, .作者简介:李志强 (1990-) , 男, 硕士, 助理工程师, .收稿日期:2017-09-07基金:江西省交通厅科技项目 (2015C0067, 2015C0015, 2015C0016) Analysis of detection techniques of pile under existing buildingsXU Zhihua LI Zhiqiang RONG Yao Yichun Management Center, Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Co., Lt
3、d.; Jiangxi Institute of Transportation Research; Abstract: In view of the quality and safety of pile foundation under existing buildings, we introduce the principle of detection techniques of pile under existing building and summarize the characteristics of the different detection methods and its a
4、pplicability. It points out that the loading test, low-strain integrity testing and its development methods are still the major detection means of pile foundation of the existing buildings, and the geophysical method also opens a new route for existing buildings pile foundation detection. The resear
5、ch shows that improving the field test conditions of traditional test method to adapt to the existing buildings pile foundation detection and reinforcing the analysis of the test data is the main development directions of existing buildings pile foundation detection in the future.Keyword: existing b
6、uilding; piles detection; quality and safety; detection techniques; Received: 2017-09-07目前, 既有建筑物桩基质量安全性检测评价越来越受到行业工作者的关注, 由于既有建筑的桩基础顶部已经建成了建筑物, 且其地基基础情况更为复杂, 工程界尚没有成熟的检测技术手段1, 行业工作者进行了一些有益的研究与探索。张振拴2-3等采用载荷试验技术、探地雷达测试技术、低应变动力测试等技术对既有建筑物地基基础安全性的检测与评定进行了主要研究, 证明了这些测试技术具有很好的适用性和可靠性。林信虎4提出采用基桩原位托换静载试验、
7、浅层局部开挖检查以及近位勘探等配套技术, 实现了对既有建筑桩基可靠性鉴定结果可信性和量化准确性的明显提高。众多桩基检测技术工作者对当前的低应变反射波法进行了改良试验5-7, 以适应具有上部结构的桩基检测, 由此也衍变出了单速度8和双速度9低应变检测方法。此外, 借鉴地球物理测井中旁孔透射波法10-12、桩侧激振接收法13和井间电磁波 CT 法14, 也能够实现对于既有建筑桩基的检测评价。本文总结归纳了前人的研究工作的成果, 探讨了对于具有上部结构的建筑物桩基检测方法的适用性。1 既有建筑桩基检测技术评述当前桩基质量安全检测主要包括两方面内容, 分别为对桩身承载力及其完整性的检测。针对既有建筑桩
8、基础上部已经建有建筑物的特点, 传统的检测方法做出了相应的改进, 以适应具有上部结构的桩基础桩身检测与安全性评定。当前典型的检测技术手段主要有荷载试验技术、低应变动力测试技术及其衍变方法。此外, 电磁波 CT 技术, 探地雷达测试技术、沉降观测技术、剪切波速试验技术在既有建筑桩基检测中也有各自的适用性。2 检测方法2.1 静载荷试验法在进行载荷试验过程中, 应当合理选取独立典型的或者条形基础建筑, 在条形或者独立基础旁边进一步开挖竖向试坑, 紧接着在既有建筑地基基础之下开挖试验的适当位置处, 采用载荷试验法测试地基基础承载力并分析判断其在长时间荷载作用之下发生变化的规律。张振拴2等成功完成了某
9、一炼钢厂地基的载荷试验 (图 l 所示) , 探讨了该方法对既有建筑地基承载力评价的有效性。图 1 载荷试验法装置示意图 下载原图评定既有建筑物地基基础的承载力有很多的方式, 然而都以载荷试验的最终结果作为主要的依据, 它是现阶段测试地基承载力的方法中不可代替的一项技术, 对于当前既有建筑增层改造时对桩基承载力的评价具有很强的适用性。2.2 低应变动测法低应变动测法因其操作简便, 费用低廉而在桩顶自由条件下的桩身完整性检测方面取得了相当丰富的成果。基于低应变法在工程桩基质量检测中的广泛应用, 通过对方法和测试条件的改进以适应既有建筑物下桩基的质量安全检测, 仍是目前的主要研究方向。(1) 单速
10、度低应变法单速度低应变法通过在桩顶激振来产生应力波, 当遇到桩底或不连续界面时会产生反射波, 采用单个速度传感器接收反射波信号, 检测分析反射波的特性来判断桩基完整性。张艳玲8等结合工程实例, 采用单速度低应变法对既有建筑3 根桩进行测试, 在承台上竖向激振, 在承台顶处接收的方式进行测试, 现场检测示意图见图 2。实践证明, 单速度低应变法能够较好的检测既有建筑桩身的完整性。单速度低应变法具有检测速度快、费用低的特点, 且能够较好的检测出既有建筑基桩的完整性, 在工程应用上有很好的推广价值, 适用于一些具有承台的既有建筑桩基质量安全检测评定。(2) 双速度低应变法双速度低应变法是由美国基桩动
11、力学公司提出的一项测试技术, 是在桩的侧面距桩顶不同深度处布置两个加速度传感器 A1 和 A2, 测试时在 A1 之上某一位置激振, 测取 A1 和 A2 的速度信号, 如图 3 所示, 通过双速度传感器所测得的两个曲线时间差以及两个传感器之间的已知距离计算出桩身纵波波速, 从而判定缺陷位置和检验桩长。唐勇9通过有无承台模型桩的单速度与双速度测试结果表明双速度低应变法能够有效克服上部结构变截面处的干扰, 检测效果较好。图 2 单速度法现场检测示意图 下载原图图 3 双速度法现场检测示意图 下载原图该方法对于无承台条件下既有建筑桩基检测的优势不明显, 而桩身的平整度影响、激振位置的选择与接收的间
12、距与安装等问题还有待进一步试验研究。(3) 旁孔透射波法旁孔透射波法是在被测试桩旁一定范围内预钻一平行于桩身的孔并在其中设置一钻孔套管, 将检波器置于管中, 套管与周围土体紧密结合且在套管内充满清水。测试时, 在基桩顶部或与基桩相连的刚性结构激振产生的压力波, 遇到周围土层进行透射, 同时在套管内检测桩顶敲击所产生的初至波, 绘制初至波的时间-深度曲线, 通过对图形曲线分析可以判断桩身长度和评价桩身完整性, 现场测试如下图 4 所示。最早该方法在法国得到应用, 国内方面陈龙珠10等对这一方法进行了探索研究。张克平11等借鉴地球物理测井技术中的单孔波速测试技术通过工程实例探讨了单孔透射波法对既有
13、建筑下基桩检测的可行性。吴宝杰12等初步实现了利用旁孔透射波法对既有建筑物下基桩的质量进行检测, 提出需进一步研究波速与桩身质量、周围各土层关系等问题。由于旁孔透射波法克服了桩顶上已经存在建筑物而影响检测的困难, 具有对桩基无损、简便易行等特点, 是一种非常适合既有建筑物桩基检测的新方法, 其对于桩顶非自由端的既有建筑桩基检测尤为适用。(4) 桩侧激振接收法桩侧激振接收法与传统的低应变法所不同的是, 它是在桩侧应用竖向激振产生应力波, 通过桩侧的接收器实测桩侧的速度时程曲线, 进而分析波动曲线特征来实现桩身完整性的判定, 现场测试如图 5 所示。高飞13系统的研究了既有结构下桩侧激振接收法的基
14、本原理、现场检测、信号分析等内容, 提出在桩侧采用敲击膨胀螺栓的方式进行激振, 可以较好地达到检测既有结构下基桩完整性的目的。桩侧激振接收法仍然是考虑到常规的低应变反射波法对于既有结构下桩基检测不再适用所提出的一种新的检测思路, 同样对于既有建筑下桩基检测有很好的适用性。图 4 旁孔透射波法检测示意图 下载原图图 5 桩侧激振接收法示意图 下载原图2.3 电磁波 CT 法电磁波 CT 法是在不需要灌水的钻孔内或坑道中分别发射和接收无线电波发射的电磁波信号, 依照电磁波在地下不同介质 (如基桩、土体、岩层) 中传播时介质对电磁波吸收系数差异的规律, 通过反演获得剖面上物性参数的分布的一种物探方法
15、。其工作原理如下图 6 所示。电磁波 CT 法能够在不影响基桩正常使用的前提下, 保持既有建筑桩基原有状态准确检测出其桩长及进入持力层的深度, 为既有建筑地基处理及稳定性分析与评价等提供技术依据14。图 6 电磁波 CT 法工作示意图 下载原图2.4 其他其他桩基检测方法还包括探地雷达测试技术、沉降观测技术、剪切波速试验技术及原位取样技术, 其在既有建筑桩基检测中具有各自的适用性:探地雷达测试技术可较准确的确定基桩的位置和埋置深度, 其发射天线的选取与基础的埋深密切相关, 但雷达测试的结果受地下水因素的影响较大, 对于地下水位较高的既有建筑桩基检测还有待进一步研究。沉降观测技术通过对既有建筑高
16、程的变化进行测量, 可以确定建筑物在不同时期的沉降变形和变化状态及特征, 它是验证地基基础是否处于安全状态的一种有效方法。剪切波速试验技术主要是将建筑物放于物理试验的角度, 统一测量物理指标, 如此一来, 就能很好的推测出建筑物地基基础的承受力, 而且也能判定相关土的物理力学指标, 依据物理公式合理设定检测方式, 从而依据相关的规律统一进行分析, 最终能很好的确定既有建筑物地基基础的具体情况。土的物理力学性质指标测试的准确程度直接关系到地基基础及上部结构的安全度, 原位取样技术是在既有建筑基础下方直接取原状试样进行土工试验来确定其地基土物理力学性质指标最直接有效的办法, 根据地基土的抗剪强度指
17、标c、 标准值, 利用规范公式就可确定基础下和基础外地基承载力特征值。3 结束语(1) 目前荷载试验技术、低应变动力测试技术及其衍变方法仍是既有建筑桩基检测的主要手段, 未来努力的方向是根据具体情况改进现有的检测技术手段的现场测试条件 (如激振位置、激振方式、及传感器接收的放置等方面) , 以适应既有建筑下的桩基检测。(2) 单一检测存在局限性, 不能实现对截面的变化程度做出定量评定, 因此, 可考虑多方法配合应用, 发挥各自的特点和优势, 形成优势互补, 才能使检测结果更加准确可靠。(3) 借鉴物探方法技术原理, 尝试将地球物理方法应用于桩基检测工作中来, 为既有建筑桩基检测开辟新的途径。参
18、考文献1张程林, 胡贺松, 戚玉亮.既有建筑物桩基检测技术研究现状与发展J.广州建筑, 2014, 42 (2) :3-6. 2张振拴, 崔峰, 刘波等.既有建筑物地基基础检测与评定技术的研究J.建筑科学, 2011, 27 (z1) :163-166. 3张振拴, 李春占, 张宗会等.既有建筑物地基基础检测技术探讨J.建筑科学, 2011, 27 (z1) :98-100 4林信虎.已建成建筑桩基础可靠性鉴定方法研究J.工程建设标准化, 2004 (5) :20-25. 5徐攸在, 刘家林, 刘杰.用小应变动测法测定码头完整性的初步探讨J.港工技术, 2001, 12 (4) :36-37.
19、 6翁友法, 曹金宝, 朱光裕.既有结构下基桩桩身完整性测试技术及其应用J.工业建筑, 2010, 40 (增) :644-647. 7姜卫方, 王培军, 李熹等.桩顶非自由端低应变动测法应用研究J.工程地球物理学报 2006, 3 (1) :16-21. 8张艳玲, 褚少辉, 张涛.单速度低应变法检测既有桩基的应用研究J.华北地震科学, 2015, 33 (S) :24-26. 9唐勇.双速度法检测基桩完整性试验研究J.路基工程, 2012 (6) :115-117. 10陈龙珠, 赵荣欣.旁孔透射波法确定桩底深度计算方法评价J.地下空间与工程学报, 2010 (1) . 11张克平, 蔡香平, 丁华.既有建筑物基础下基桩质量检测分析和探讨J.浙江建筑, 2012, 29 (4) :37-38. 12吴宝杰, 杨桦, 潘金炎.既有建筑物下基桩检测技术研究J.工业建筑, 2009, 39 (s) :768-770. 13高飞.既有结构下基桩完整性检测的桩侧激振接收法J.中国港湾建设, 2012 (1) :37-46. 14程光贵.电磁波 CT 技术在既有建筑桩基检测工作中的应用研究J.工程勘察, 2014 (6) :94-98.