大直径桩基检测

大直径桩基检测[摘要]由于桩基础的历史发展原因，在早期规范编制的时候，考虑群桩基础较多，考虑单桩基础较少，导致我们在根据规范检测桩基时，容易用错条款，轻则造成资源浪费，重则埋下工程隐患。本文结合几套与桩基础有关的规范，讨论大直径灌注桩检测技术应用中的特殊问题。[关键词]桩基础；单桩竖向承载力；桩身质量桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的70%以上，其中钢筋混凝土灌注桩又是目前在工程实践中应用最多的桩基类型。由于大直径钢筋混凝土灌注桩问世时间不长，相关规范出台以前使用范围小，相关规范对这类基础考虑较少，而目前其在工程中使用却相当广泛，在检测工作中或多或少的存在对规范理解不够透彻的地方，这里提出来请同行一起探讨和学习。1、桩基的历史问题我国考古学家在山西半坡村遗址以及浙江河姆渡遗址出土大量木结构遗存，证实了先人在约6500年前就开始采用木桩插入土中支撑房屋，19世纪20年代人类开始采用铸铁板桩修筑围堰和码头，1898年俄国率先提出使用混凝土或钢筋混凝土做桩身材料的构想，20世纪初钢桩和钢筋混凝土预制桩相继问世；我们国家在上个世纪50年代末才开始将钢筋混凝土预制桩运用到铁路工程中，随后20年才开始采用人工挖孔灌注桩。从桩基础的发展历史看，因依赖混凝土技术的原因，大直径人工挖孔灌注桩应用历史较短，在《建筑桩基技术规范》JGJ94-94（以下简称JGJ94-94）编制以前和编制期间，大直径人工挖孔灌注桩应用相对于配合承台的群桩基础使用范围较小，导致其在规范编制工作中分量较轻，进而影响了其在（2000年后颁发的）相关规范中的应有地位，无形中使相关规范编制时考虑群桩基础较多，考虑单桩基础较少，如果对这些规范没有透彻的认识，在使用规范时就容易用错条款，轻则造成资源浪费，重则埋下工程隐患。本文将要谈到的检测问题也与桩基础的发展历史影响有关。2、单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定有两个作用，一是为设计提供依据，二是为验收提供依据。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（以下简称GB50007-2002）第10.1.8条规定施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验；《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003（以下简称JGJ106-2003）第3.1.1条规定工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002第5.1.5条规定工程桩应进行承载力检验；凡是与桩基有关的规范，都规定了基桩在施工前和施工后应进行确定竖向承载力的试验，用词一律采用了正常情况下均应该这样做的严格用词“应”，而且都是以“必须严格执行”的强制性条文来规定。承载力检测方式无一例外地规定了采用“静载荷试验”，为设计提供依据的竖向抗压静载试验“应”采用慢速维持荷载法，施工后的工程桩验收检测“宜”采用慢速维持荷载法，当有成熟的地区经验时，也“可”采用快速维持荷载法。进行静载荷试验的桩基范围：设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，或者地质条件复杂、施工质量可靠性低的建筑桩基，以及本地区采用的新桩型、新工艺的建筑桩基。检验桩数不应少于总数的1％，且不应少于3根，当总桩数少于50根时，不应少于2根。而工程实践中很难看到做单桩竖向静载荷试验，特别是大直径灌注桩基工程。根据规范要求必须严格执行的强制性条文规定，不少监理单位提出疑问：没有做单桩竖向静载荷抽检试验的工程，桩基工程验收以什么为依据？重庆地区岩体覆土厚度不大，是建筑工程采用端承桩基的有利地质条件，大直径灌注桩在本地区得到了广泛应用。近十年大量建设高于30层的高层建筑98%以上采用的都是大直径人工挖孔灌注桩。由于岩体覆土厚度不大，较短的桩身长度就能穿透地震时可能液化的土层，理所当然地就采用端承型嵌岩桩了。这种端承型嵌岩桩基本不需要考虑土体对桩基承载力的有利作用，更无须采用群桩承台来借用承台底面土体增加基础的承载力，一般只需要单根基桩就足以支承一个上部竖向构件（框架柱、剪力墙）；如果上部竖向构件的断面长度超出单桩断面范围，可在单桩顶部增设单桩承台来解决。所以，地质条件确定了本地区的大直径人工挖孔灌注桩具有“端承型嵌岩”和“单柱单桩”两个特点。大直径人工挖孔灌注桩的这两个特点决定了这种桩基的承载力很大，而规范规定，对工程桩抽样检测时，加载量不应小于设计要求单桩承载力特征值的2.0倍，一般30层楼的建筑桩基单桩承载力特征值在10000KN左右，试验荷载就需要24000KN，这就使得静载荷试验实施难度大或者根本无法做试验。影响摩擦桩实际桩侧土体摩阻力的因素太多，设计计算桩侧土体摩阻力有时候与实际值偏差很大，而决定端承型的大直径人工挖孔嵌岩灌注桩承载力的主要因素，是桩身混凝土质量以及嵌岩段岩性特征、下卧层持力性状，考虑到实验难度和影响因素的单一性，GB50007-2002第8.5.5条规顶当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值；第10.1.8条还规定：施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验，……，大直径嵌岩桩的承载力可根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验。端承型大直径灌注桩(事实上对所有高承载力桩)，往往不允许任何一根桩承载力失效，否则后果不堪设想。由于试桩荷载大或场地限制，有时很难、甚至无法进行单桩竖向抗压承载力静载检测。对此，JGJ106-2003第3.3.7条规定对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，抽检数量不应少于总桩数的10％，且不应少于10根。实际是对第3.3.5条的补充，体现了“多种方法合理搭配，优势互补”的原则，如深层平板载荷试验、岩基载荷试验，终孔后混凝土灌注前的桩端持力层鉴别，成桩后的钻芯法沉渣厚度测定、桩端持力层钻芯鉴别（包括动力触探，标贯试验、岩芯试件抗压强度试验），有条件时可预埋荷载箱进行桩端载荷试验等。《重庆地基基础设计规范》DBJ50-047-2006第9.3.2条规定，对建筑物安全等级为一级且直径不大于600mm的钻孔灌注桩，应采用现场静载荷实验方法。对其他情况的钻孔灌注桩和各种情况的人工挖孔灌注桩，可根据终孔时持力层的检验情况和桩身质量检验情况核验。综上所述：终孔时桩端持力层岩性报告、桩身质量检验报告、用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样试验报告可以作为大直径端承型嵌岩桩的单桩竖向承载力验收依据。另外，理论上高应变动测法能够检测单桩竖向承载力，但由于目前技术上还不够精准，随着相关技术水平的提高，估计用高应变动测法检测单桩竖向承载力是迟早的发展方向。3、桩身质量（完整性）检测先介绍一个在重庆具有代表性的框架-剪力墙结构甲级桩基工程，总桩数为120根，其中一根桩基支撑一根框架柱的基桩20根（图1.1）；上部竖向构件（剪力墙）的断面长度超出单桩断面范围，在单桩顶部增设单桩承台的基桩40根（图1.2）；对于剪力墙的断面尺寸实在太大，在剪力墙边缘约束构件的下面设置基桩，基桩之间用承台梁（框支梁、深受弯墙梁）连接，剪力墙支撑于承台梁上的基桩60根（图1.3），柱下独立两桩承台，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010）中的深受弯构件配置纵向受拉钢筋、水平及竖向分布钢筋。桩身质量检测根据JGJ106-2003第3.3.4条规定，设计等级为甲级的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根规定，以上被检测桩身完整性的三种形式基桩根数分别为6根、12根、18根。这种确定方式咋一看还是符合规范要求的。JGJ106-2003第3.3.4条第1项：柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根；第2项：设计等级为甲级，或地质条件复杂，成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20%，且不得少于10根；备注项：地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。第1项文字上限定了“承台下”的基桩，而第2项和备注项却没有限定仅适用于具有承台的基桩，在确定类似本文例举的这类基桩检测数量时，很容易自然地把目光放在了后项规定上，导致“分别检测为6根、12根、18根”的结果。当同一承台下的个别基桩质量上有缺陷时，相邻基桩以及承台下土体客观上会产生内力重分布和群桩效应而不至影响承台上竖向构件的结构安全，采用一定百分率的抽检方式是经济、合理、可靠的；当同一承台下的基桩根数少于四根且基桩质量上有缺陷时，群桩效应已经不明显了，特别是承台下只有1根或2根基桩的承台，某根基桩一旦失效，承台以及上部竖向构件就失去了根基，所以才有第一项的规定。显然象图1.1、图1.2那样“独挡一面”的基桩的重要性是不亚于柱下承台三根基桩的情况，虽然象图1.1这种由柱与桩直接联结的单桩基础根本就没有承台，虽然第1项文字上限定了“承台下”的基桩，但从受力性质和结构重要性上理解，第1项已经涵盖了象图1.1这种基桩应该全数检测的意思；图1.2这种基桩符合第1项的文字意义规定，应该全数检测；象图1.3这种桩基础，有人说这不是“单柱单桩”，认为应套用第2项规定按30%抽检。这里强调一下，承台梁不是承台，第2项采用一定百分率的抽检方式是基于桩数多余3根的承台下基桩而言，图1.3这种桩基础的确不是“单柱单桩”，但笔者以为，这种桩基的重要性和一旦失效的后果严重性要求：应该全数检测。JGJ106-2003第3.1.1条要求桩身完整性检测宜采用两种或多种合适的检测方法进行。现在桩身完整性检测的手段多，准确度高，特别是低应变动测成本也低，考虑到这种大直径人工挖孔灌注桩实际上很难做或不做承载力试验，全数检测桩身质量（完整性检测）是有必要的，也是应该的。这里提一下JGJ106-2003第3.3.4条备注项“对端承型大直径灌注桩，应在上述两款规定的抽检桩数范围内，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。抽检数量不应少于总桩数的10%”的规定，意思是对于端承型大直径灌注桩，其中10%的基桩应采用钻芯法或声波透射法检测桩身完整性。实际工程中因为声波透射法的检测费用比低应变动测费用高，有的工程与监理单位协商确定超过某深度的基桩才做声波透射法检测，或因为钻芯法费用高又耽误工期就根本不采用等做法是不对的。关于钻芯法检测，JGJ106-2003第7.6.1条规定：混凝土芯样试件抗压强度代表值应按一组三块试件强度值的平均值确定。这与《混凝土强度检验评定标准》GBJ107考虑“最大值和最小值与中间值之差是否超过15%”的离散性因素有一点区别。笔者曾经看到有检测单位以当3个芯样强度中的最大值和最小值与中间值之差均超过15%为由，判定该组试件不作为强度评定的依据，甚至监理单位就说混凝土不合格了。关于这两套规范的差异，JGJ106-2003的主编陈凡教授是这样解释的：由于混凝土芯样试件抗压强度的离散性比混凝土标准试件大得多，采用GBJ107来计算混凝土芯样试件抗压强度代表值有时会出现无法确定代表值的情况。为了避免这种情况，对数千组数据进行验算，证实取平均值的方法是可行的。同一根桩有两个或两个以上钻芯孔时，应综合考虑各孔芯样强度来评定桩身承载力。取同一深度部位各孔芯样试件抗压强度的平均值作为该深度的混凝土芯样试件抗压强度代表值，是一种简便实用的方法。4、结语考虑桩基的历史原因，用发展的思想去理解与桩基有关的规范，我们会发现，端承型大直径灌注桩因其特殊性（早期相对特殊），虽然在早期没有得到足够的重视，在某些现行规范中的相关规定不太明朗，总还是有可以类通旁证的地方；端承型大直径灌注桩凭借其承载力大、施工工艺简单、质量较易保证等优点，很快在现代建筑工程中得到广泛应用。《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008在今年10月开始执行，学习新规范会发现，在强调“概念设计”的思想指导下，端承型大直径灌注