基樁檢測技術(shù)在煉油改擴建工程項目中的應(yīng)用

張旭　李文

摘 要：通過簡述現(xiàn)階段常用基樁檢測技術(shù)的檢測原理、應(yīng)用方向及自身特點，結(jié)合改擴建工程實例，明確基樁所處地質(zhì)條件，優(yōu)選適合的檢測技術(shù)手段，應(yīng)用高應(yīng)變檢測法、低應(yīng)變檢測法及靜載試驗等方法對基樁開展多維度檢測工作，準確獲知基樁承載力和完整性等相關(guān)要素，判斷基樁是否滿足工程需要，驗證多種基樁檢測技術(shù)的檢測效果。

關(guān)鍵詞：基樁；高應(yīng)變檢測法；低應(yīng)變檢測法；靜載試驗

Application of foundation pile detection technology in oil refining expansion project

ZHANG Xu1， LI Wen2，3

（1.Zhongkan Metallurgical Investigation Design & Research Institute Co， Ltd.， Baoding 071051， Hebei， China；

2.Beijing Institute of Geothermal Research， Beijing 100012， China；

3.Key Laboratory of Shallow Geothermal Energy， Beijing 100012， China）

Abstract： This paper briefly describes the detection principle， application direction and characteristics of the common foundation pile detection technology at the present stage. Taking the example of an expansion project， the geological conditions of the foundation pile were defined， and appropriate detection technology was selected. Applying the high-strain dynamic testing， low-strain integrity testing and static load test， multi-dimensional detection of the foundation pile was carried out， which produced the accurate bearing capacity and integrity of the foundation pile and other relevant factors. The research then determined whether the foundation pile met the project needs and verified the detection effect of various pile detection technologies.

Keywords： foundation pile; high-strain dynamic testing; low-strain integrity testing; static load test

現(xiàn)階段，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，各地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善，改擴建工程比比皆是。在改擴建工程中，樁基礎(chǔ)作為最基礎(chǔ)、最常見的支護結(jié)構(gòu)起到了不可替代的作用，其中基樁是樁基礎(chǔ)中最主要的受力構(gòu)件，確保基樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合工程要求尤為重要。近年來，我國加深了對基樁質(zhì)量安全的認識，對基樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量進行高效可靠、經(jīng)濟適用的檢測手段已被高度重視，并得到快速發(fā)展和應(yīng)用。目前，針對基樁檢測技術(shù)，前人已進行了大量探索與應(yīng)用：包括應(yīng)用高應(yīng)變檢測法（段海帆，2018）、靜載試驗（林國強，2008）檢測技術(shù)對基樁承載力檢測進行研究；應(yīng)用低應(yīng)變檢測法（蔡以智，2004；張振拴等，2011；徐志華等，2017）、透射法（張程林等，2014）檢測技術(shù)對基樁完整性檢測進行研究。而在改擴建工程項目中，基樁本身的情況則更加復(fù)雜，所受的外界因素影響變化相對更大，其質(zhì)量安全問題更具隱蔽性和多變性。本文以實際工程項目為例，結(jié)合工程設(shè)計需要，科學(xué)合理地選擇檢測方法，分析檢測試驗數(shù)據(jù)，論證工程基樁質(zhì)量，從而佐證各基樁檢測技術(shù)的有效性和準確性。

1? 常用的基樁檢測技術(shù)簡述

1.1? 高應(yīng)變檢測法

在開展基樁承載力檢測工作中，高應(yīng)變檢測法是常用手段，且具有檢測時間短、費用低、效率高等優(yōu)勢。高應(yīng)變檢測法的基本原理是向樁頂軸向施加一個沖擊力，使樁產(chǎn)生足夠的貫入度，實測由此產(chǎn)生的樁身質(zhì)點應(yīng)力和加速度的響應(yīng)，通過對應(yīng)力波理論分析，實現(xiàn)對基樁豎向抗壓承載力及樁身完整性的檢測。高應(yīng)變檢測法運用到一維波動方程、達朗貝爾公式及行波理論（羅輔前，2022），通過實測的應(yīng)力波曲線，結(jié)合土層參數(shù)，可求得與樁運動相關(guān)的土的最大靜、動阻力值，進而評價計算極限承壓力（中國生等，2017），亦可對樁身完整性做出準確評價（谷熠巖等，2008）。試驗過程中有一定的危險性，對基樁本身可能會造成影響，為確保高應(yīng)變檢測發(fā)揮作用，應(yīng)嚴格制定設(shè)計，按規(guī)定做好防護措施。在實際操作中，應(yīng)注意保持樁頭頂面水平、完整，樁頭中軸線與樁身中軸線完全重合，樁頭截面積應(yīng)與原樁身截面積相同。

1.2? 低應(yīng)變檢測法

低應(yīng)變檢測法檢測速度相對較快，操作較為簡單，短時間內(nèi)可完成基樁的檢測工作，在基樁完整性檢測方面，該方法是最簡單高效的技術(shù)手法（王磊等，2018）。低應(yīng)變檢測法是多種方法的統(tǒng)稱，目前常用反射波法，是通過對受檢樁樁頂施加沖激振力，并由預(yù)先設(shè)置的傳感器接受樁身的動態(tài)響應(yīng)函數(shù)信息，得到實測的頻率信號和速度信號，繪制速度響應(yīng)時域曲線，在假定應(yīng)力波在樁身傳播時平截面成立的前提下，借助一維波動理論，建立一維線性桿件模型（甘梓堅，2022），綜合曲線數(shù)據(jù)的相位和幅值計算基樁內(nèi)可能存在的缺陷類型，并根據(jù)波形參數(shù)推斷缺陷所處位置，進而實現(xiàn)對樁體混凝土完整性的判斷（高燕，2021；陳偉池等，2022）。為獲得清晰完整的反射波形，低應(yīng)變檢測中要根據(jù)基樁的實際情況，包括直徑大小、測試信號的傳遞效果等因素選擇、調(diào)整測試點點位，并對同一測試點位進行多次信號數(shù)據(jù)采集，形成最真實的波形和數(shù)據(jù)，從而達到測試目的。在實際操作中，應(yīng)注意保證樁頂干凈，保持樁頭的材質(zhì)、強度、截面尺寸與樁身基本相同，樁頂面平整、密實，并與樁軸線基本垂直。

1.3? 靜載試驗

基樁靜載試驗方法在檢測基樁承載力方面目前是最可靠、最成熟的方法，能夠直觀地展示試驗結(jié)果，在獲取基樁豎向抵抗壓承載力、豎向抗拔承載力或水平承載力等方面有較高的認可度。靜載試驗是通過在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，從而確定相應(yīng)極限承載力。根據(jù)基樁靜載試驗的加壓反應(yīng)裝置的不同大體分為堆重平臺反力法、錨樁橫梁反力法和自平衡法等（黃繁昌，2017；張訓(xùn)玉等，2021），在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用。在明確試驗項目、確定試驗方法、選取最大加載量等要求的前提下，開展測試試驗、采集數(shù)據(jù)并處理，繪制承載力-位移曲線（Q-S）或時間-位移曲線（S-log t），進而判斷樁身承壓力情況（洪鑫，2012；賀小青，2022）。靜載試驗所獲得的結(jié)果直接可靠，但由于其檢測設(shè)備重量較大，檢測數(shù)據(jù)收集過程較為復(fù)雜，試驗所需場地條件相對較大，目前多應(yīng)用無損檢測技術(shù)，以便更便捷地檢測荷載力。在實際操作中，多采用逐級加載的方式進行，在整個加載過程中控制加載速度，全程維持慢速加載。

1.4? 超聲波透射法

超聲波透射法在質(zhì)量檢測方面與低應(yīng)變檢測法相同，其主要指標是對基樁樁身進行的完整性檢測。超聲波透射法是通過在樁體混凝土中預(yù)埋聲測管，在聲測管之間接受并發(fā)射超聲波信號，根據(jù)實測超聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的波幅衰變、頻率、PSD、聲時等聲學(xué)參數(shù)，根據(jù)波動理論，分析判斷混凝土材料的結(jié)構(gòu)、密度及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等情況，進而完成對樁身完整性的檢測。在超聲波透射檢測中，可根據(jù)發(fā)射、接收換能器的3種不同位置分為平測、斜測和扇形掃描方式。通常情況下，多用平測進行全面普查，在發(fā)現(xiàn)缺陷，需對缺陷進行定位時，改用斜測和扇形掃描的方式進行檢測。超聲波透射法是依據(jù)聲學(xué)參數(shù)變化進行檢測，其檢測靈敏度很高，能較好地反應(yīng)較小的樁身缺陷，并可判斷缺陷具體長度。但由于超聲波透射法是依靠預(yù)埋的聲測管進行檢測，聲測管的外圍是其檢測盲區(qū)。同時在實際操作中，應(yīng)注意儀器設(shè)備的選用，儀器的精度和準確度直接影響超聲波透射法的實際效果。

1.5? 鉆孔抽心檢測法

鉆孔抽心檢測法通常是作為檢測樁長、樁身缺陷、樁底沉渣厚度以及樁身混凝土強度，判定或鑒別樁端巖土性狀的驗證方法，可有效提高檢測質(zhì)量，最大程度地減少誤判，漏判，提高檢測準確性。鉆心法多是采用液壓操縱的高速鉆機，配備適宜的水泵、孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩(wěn)定器和可撈取松軟渣樣的鉆具（王詩東，2020），由專業(yè)技術(shù)人員操控鉆取樁心進行檢測，參考相關(guān)數(shù)據(jù)信息，分析基樁澆筑及混凝土質(zhì)量問題。傳統(tǒng)的鉆心法檢測技術(shù)檢測過程相對較繁瑣，數(shù)據(jù)處理工作量大，檢測效率不高，質(zhì)量管理也存在一定難度（宋兵等，2019）。因此在整個檢測過程中要對樁心進行嚴格把控，取樣過程要求控制取樣速度，勻速推進鉆具，取樣深度保證在2 m以上，數(shù)據(jù)檢測要求借助專業(yè)信息技術(shù)，進行多次反復(fù)檢測，并比對結(jié)果控制誤差，避免偶然性，提高檢測準確性和合理性。

在實際工程項目中，根據(jù)工程項目檢測需要，綜合分析工程項目基樁實際情況、具體施工條件，檢測經(jīng)費預(yù)算等相關(guān)因素，選取適合工程項目的檢測方法，進而實現(xiàn)便捷、高效、經(jīng)濟的完成項目基樁檢測工作，達到基樁檢測目的。

2? 改擴建工程實例分析

2.1? 工程概況

某改擴建工程基樁采用鉆孔灌注樁和高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，總樁數(shù)為674根，分布位置見圖1，基樁概況見表1。根據(jù)前期勘察確定，改擴建場地分布有厚度較大的淤泥質(zhì)土，屬抗震不利地段，地形地貌中等復(fù)雜，周邊環(huán)境條件中等復(fù)雜，場地巖土種類較多，且分布不均勻。綜合考量，該工程重要等級為一級，場地復(fù)雜程度為二級，地基復(fù)雜程度等級為二級，巖土工程勘察等級為甲級。

根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)試驗成果，結(jié)合場地前期勘察報告，根據(jù)地層年代、成因、巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，將場地勘探揭露深度范圍內(nèi)的地層劃分為12層（包括亞層、夾層），各土層厚度及特征見表2。改擴建場地淺層地下水為第四系松散孔隙潛水，主要賦存在第四系全新統(tǒng)砂層（③2層）及壓實填土層（①1層、①2層）中。地下水的補給來源以大氣降水入滲、側(cè)向徑流為主，徑流方向自東南向西北（由陸域向海域），地下水側(cè)向流出、蒸發(fā)是地下水的主要排泄方式?？辈炱陂g測得場地穩(wěn)定地下水位埋深4.22～5.09 m，平均水位埋深4.66 m，穩(wěn)定水位高程為2.81～3.68 m，平均水位高程3.27 m。

2.2? 檢測方法

根據(jù)改擴建工程對基樁檢測的實際需要，分別選擇高應(yīng)變法，判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計要求，分析樁側(cè)和樁端土阻力；選擇單樁豎向抗拔靜載試驗，判定單樁豎向抗拔承載力是否滿足設(shè)計要求；選擇低應(yīng)變法，檢測樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。按照JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計文件要求，各檢測區(qū)域?qū)嶋H檢測工作量見表3。

2.3? 檢測結(jié)果

1）高應(yīng)變法檢測結(jié)果

本改擴建工程完成高應(yīng)變法檢測基樁73根，各樁實際檢測結(jié)果見表4。

2）低應(yīng)變法檢測結(jié)果

本改擴建工程完成低應(yīng)變法檢測基樁323根，其中Ⅰ類樁315根，占比97.5%，Ⅱ類樁8根，占比2.5%，各樁實際檢測結(jié)果見表5。

3）單樁豎向抗拔靜載試驗檢測結(jié)果

本改擴建工程完成單樁豎向抗拔靜載試驗3根，各樁實際檢測結(jié)果見表6。

2.4? 討論

分析高應(yīng)變檢測法檢測數(shù)據(jù)，可得出本工程項目基樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均大于單樁豎向抗壓承載力特征值的2倍，即單樁豎向抗壓承載力特征值均大于單樁豎向抗壓承載力特征值；分析低應(yīng)變法檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合樁身完整性判定要求，可得出本工程項目基樁樁身完整性均相對較好，均為Ⅰ、Ⅱ類樁；分析單樁豎向抗拔靜載試驗檢測數(shù)據(jù)，本工程項目基樁的極限承載力試驗值為600 kN，而其承載力特征值為300 kN，即極限承載力試驗值為承載力特征值的2倍。

根據(jù)分析上述3種檢測方法的檢測結(jié)果，可得出：1）通過對擬改擴建工程內(nèi)73根基樁進行高應(yīng)變法檢測，結(jié)果表明其樁基的單樁豎向抗壓承載力特征值均滿足設(shè)計要求；2）通過對擬改擴建工程內(nèi)323根基樁進行低應(yīng)變法檢測，結(jié)果表明抽檢樁均為Ⅰ、Ⅱ類樁；3）通過對擬改擴建工程內(nèi)3根基樁進行單樁豎向抗拔靜載試驗，結(jié)果表明其樁基的單樁豎向抗拔承載力特征值均滿足設(shè)計要求。

3? 結(jié)論

不同的基樁檢測方法具有不同的應(yīng)用方向和優(yōu)缺點。高應(yīng)變法、靜載試驗對基樁承載力具有很好的檢測效果，低應(yīng)變法在基樁完整性檢測方面具有很好效果。在實際工程項目中，應(yīng)結(jié)合實際情況，綜合分析其巖土工程條件、施工技術(shù)水平等因素，合理安排基樁檢測方法，加強基樁施工后的質(zhì)量檢測，提高基樁檢測工作水平和檢測評定結(jié)果的準確性和可靠性，保證樁基工程的質(zhì)量安全。尤其是在改擴建工程中的基樁檢測工作，要注意選擇多種檢測及驗證方法，相關(guān)補充、驗證，有效提高基樁檢測結(jié)果的準確性，避免檢測內(nèi)容單一、檢測結(jié)果不準確、檢測結(jié)論誤判等情況的出現(xiàn)。

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收稿日期：2023-03-08；修回日期：2023-04-12

第一作者簡介：張旭（1989- ），男，本科，工程師，主要從事樁基、地基承載力檢測。E-mail：1274496833@qq.com

通信作者簡介：李文（1990- ），男，碩士，工程師，主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)相關(guān)工作。E-mail：402128604@qq.com

引用格式：張旭，李文，2023.基樁檢測技術(shù)在煉油改擴建工程項目中的應(yīng)用［J］.城市地質(zhì)，18（3）：76-82