施工技术与应用 四圈四 四 浅析地基基础检测技术 基础工程是建筑工程的重要组成部份，万丈高楼从地起，地基基础工程 各种地基检测方法一览表 检测 具体的物理 对应的 目标参数 力学参数 检测方法 表３ １ 备注 应用是文泛，也是验 的质量直接关系到整个建筑物的结构安全，因此地基基础检测在现代工程建 设中有举足轻重的作用。本文试图将目前地基基础检测领域的所有检测方法 按检测目标参数作一总结，同时论述各种检测方法的局限性及各自的优缺 子 检测方法 浅层平载荷试验 适用范围殛优缺点 适用于浅部地基 载荷试验 深层平板载荷试验 适用于深层地基 收强制性条文规定的 点；最后简单介绍一下几种新的地基基础检测方法。 １、地基与基础的概念 建筑物的基础是指建筑物 的最底下的部分，它将上部结 构作用的荷载传到支承它们的 地基上。地基是受基础传下来 ｉ 一一的荷载影响的地层。它一般在 基础宽度的数倍范围，承受荷 载并产生大部分变形的那部分 地层。直接承受荷载的地层是 持力层，持力层以下是下卧层。 如图ｌ。 力 ２、地基与基础的分类 图ｌ地基与基础 ２ １地基的分类 如果地基内部是良好的 土层或者上部有较厚的良好 的土层时，一般将基础做在天然土层上，这种地基称为天然地基。反之， 如果天然地基的物理力学性能不能满足上部荷载的要求时，需对地基 进行改良或处理，然后再将基础做在经过处理的地基上，这种地基称为 人工地基。 ２，２基础的分类 根据埋置深度及其与基础宽度的关系，基础分为浅基础与深基础。 埋置深度小于５ｍ的一般基础以及埋置深度虽超过５ｍ，但小于基础宽度 的大尺寸的基础，在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，称为浅基础。 浅基础的基本结构类型又分为单独础、条形基础、筏形基础／箱形基础及 壳体基础四种。 深基础分为桩基础与沉井基础。 ３、地基基础检测 地基基础检测实际上是对基础底面以下地基（即图１中虚线以下部分的 空间范围）的检测。根据以上论述，地基基础检测即可分为两大部分： （１）地基检测，包括天然地基和人工地基的检测。 （２）人工地基中用以改良地基力学性能的各种物质和构件的检测。如各 种类型的桩。由于近年来桩基础在基础工程中的数量占绝对优势，相应的检 测方法就主要以基桩检测为主，因此为方便姑且称这部分检测为基桩检测 （注意这其中不仅仅含基桩检测）。 ３．１地基检测 所有的地基基础检测都是为获取某项或多项目标参数为目的。各个目标 参数下又分为单个或多个具体的物理力学参数。这单个或多个具体的物理力 学参数组成对某一具体对象的某项目标参数，从而对该项参数进行测定或判 定。对具体检测对象的单个或多个目标参数进行测定或判定后，最终对具体 检测对象的工程质量进行判定。 为获取某一具体对象的一项或多项具体的物理力学参数而采用的 试验方法就是本文论述的地基基础检测方法。各检测方法再衍生出各 种子方法。 地基检测的目标参数主要有三个：①地基承载力②地基均匀性③地 基稳定性。相应的具体物理力学参数及具体的检测方法及适用范围见 表３．１ 复合地基载荷试验 适用于复合地基 方法 地基承载力 地基承载力 重型动力触探 适用于碎石土地基 利用勘察规范，将船 标准贯入试验 适用于砂 或粉 地基 探击数、静探锥尖域 触探试验 侧壁阻力与地基承裁 轻型动力触探试验 适用于粘性土地基 力建立联系，从而捧 静力触探试验 适用于除碎石土以外的地基 算地基承载力 重型动力触探 适用于碎石土地綦 通过布置相肘数量龄 标准贯入试验 适用于砂ｔ或粉土地基 测点．测定各个测点 地基均匀性 地基均匀性 触探试验 的地基密实度，从而 轻型动力触探试验 适用于粘性土地基 对整个场地的均匀性 静力触探试验 适用于除碎石土以外的地基 作出评价 水平位移 水平位移监测 间隔一定时问测定水平位移，沉降、 沉降 沉降监测 地Ｆ水位、支撑轴力等参数，从而舰 地基稳定性 地基稳定性 基坑及边坡监测 地下水位 地下水位监测 察其变化．对整个地基的稳定性作出 支撑轴力 支撑轴力监测 ［评价 ３．２基桩检测 涉及基桩的检测参数共有１７个，其中主控参数有桩位偏差、桩身砼强度、 桩身完整性和单桩承载力四个。与地基基础检测密切相关又不可回避有ｉ 个：桩身砼强度、桩身完整性和单桩承载力。其中桩身砼强度、桩身完整性两 个参数也是为单桩承载力这一参数服务的，所以单桩承载力就成为基桩检测 参数中的重中之重。 相应的基桩检测方法及适用范围汇总于表３．２，以下就表中各种方法进 行有选择的逐一简单介绍。 各种基桩检测方法一览表 表３ ２ 检测 具体物理 对应的 参数 力学参数 检测方法 目标 检测方法 适用范围及优缺点 备注 堆土法 誓 羹是暴 ≤差 釜篓粟 差翟 据可情度不高’实铡。～ 曲线 堆载法受最大试验 砂包法 低．但随着人工价格的抬长，其优势逐 荷载的限制，目前 堆载法 纂 鑫 箍器 规范 能做到的展大加载 量为３８０００ｋＮ．采 在浙江地区逐步推广中，价格较高，对 用的是标准配重法 场地要求高．榆洲过程中的人员安全风 标准配重法 险较高，但其基准粱安装可完全满足规 范要求，数据可信度高，且检测现场整 洁，便于监督管理。 因受铜粱材料强度 检测价格 高，其基准粱安装可完全满 限制，其虽大试验 桩蛏向． 锚桩法 足规范要求，数据可信度高，囡需要打 荷载也受到限制， 抗压静载试验 薯嚣； 盖 利用工程桩作锚桩，其综 加载量可达到目前浙汀地区最大 ２５０００ｋＮ 单桩竖向抗 堆锚结合法 程中荷载不够时，作为补充手段使用， 压承载力 应用不广 地锚法 只适用１ 荷载较小（一般小于ｌＯ００ｋＮ） 的基桩或地基卜使用 国内新引入的新拄术，不受最大试验荷 单桩承 载的限制，对场地无任何要求，基准粱 安装可完全满足规范要求，价格也相对 载力 自平衡洼 高，但其对荷载箱的安装要求高，有 试验失败的风险，且对于较低荷载（小 于２０００ｋＮ）的基桩而言信价比不高， 目前贝在大或特大荷载的桥梁基桩上 使用 ＣＡＳＥ法 嚣 夥 銎撼 亦受锤重限制的比对数据参照，基本没有实际应 人承载力检测值未 ．最 高成变法 用 应用的岩土力学模型有假设条件突破３００００ｋＮ，， 适 制性条文规定不得 强 用于以摩擦力为主的基桩，也只适用于 用于为设计提供依 实测曲线拟合法 长径比犬于ｌ０的桩，桩身存在明显缺 据的试桩 陷时，承载力实测值町信度太幅降低。 国外土Ｊ用在预制桩上。 动静法 动静法 检铡设备笨重庞大，与静载试验相比无 任何优势，在国内其应用已不见踪影 抗拔承载力验收的强制性方法，与自平 单桩竖向抗拔试验 衡相比．对于大吨位的基桩需另外制作 单桩竖向抗 单桩竖向 支墩桩（若无可利用的上程桩时） 抗拔静荷栽 国内新引入的新技术．不受最大试验荷 拔承载力 载的限制，对场地无任何要求，无精另 试验 自平衡法 外伟０作立墩桩，但其对荷载箱的安装要 求高，有试验失败的风险．目前应用夼 广泛 单桩水平承 单桩水平静载 载力 试验 单桩水平静载试验 目前检测水平承载力的唯 力法 ・４６９・ ｄ臼口 四ｉ 反射波法 瞬态机械阻抗法 水电效应法 施工技术与应用 卷嚣 釜 蓑磊 竺器 为其可靠的桩长检测范围为不超过其 直径的３０倍（软土地区可达到５０倍） １、桩身完照性是反 低应变法 稳态机械阻抗法 荔筹 秦 罂萎篆 设备 映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料 目前已基本被淘汰 密实性和连续性的 综合定性指标。 动力参数法 高应变法 桩身完 桩身完茌性 ：、其范围应是涵益 桩长、桩身砼强度 在检测完整性方而，弥补了低应变法检 桩底沉渣厚度、桩 围内。减少了周边土体对采集信号的影响。②钻孔垂直度应能保证，和基桩的 轴线基本平行，保证钻孔和基桩之间的距离基本相同。③钻孔直径应能容纳 三分量检波器。一般采用中１１０钻孔，ＰＶＣ管采用 １００，切不可采用钢管（钢 材声速要远大于混凝土）。④成孔并埋设ＰＶＣ管后放置７天以上，使周围土体 与ＰＶＣ管之间无太大空隙。 ３．２ ６钢筋笼长度检测 商应变法 测桩长范围受限的不足，但由于信价比 身缺陷厦桩端持力 层的岩土性状。 钢筋笼的长度与基桩的抗拔及水平承载力密切相关，近年来由于各种基 盏 前只作为一种补充手段存在， ３、各种检铡方法均 桩检测技术的日益成熟，极个别桩基施工企业将偷工减料的目光放在了钢筋 整性 由于要预埋声测管．所以只适用于直径 只能检出这５个物 大于６ｏｏ叫的灌注桩。且对声测管的埋 理参数的一个或多 声波透射法 声波透射法 设要求较高，失效概翠存在，但其检测 个，但对检铡出的 深度不受限制，检测精度高，检测结果 参数必须纳＾到桩 直观准确，目前已广泛用于大直径灌注 身完整性这一参数 桩中 的评价范围 蜘钻 是完整性检测中罐直观准确的一种方 芯法如发现桩端有 法，可同时准确测定桩长、桩身砼强度、 沉渣且厚度超过 桩底沉渣厚度、桩身缺陷及鉴另ｌｌ桩端持 ５ｃｍ的端承桩，就 钻芯法 钻芯法 力层的岩土性状，但由于钻芯孔数量的 不应给出完整性合 限制，对桩身全断面的缺陷判定存在不 格的结论 足，且由于价格相对于低应变法太过昂 贵．目前只应用于对动测法和声波透射 法的补充检测 桩身砼 留样法 留样法 嚣 篙 强度 桩身砼强度 当留样法测出的砼强度不能满足设计 钻芯法 钻芯法 要求或对工程的砼强度有怀疑时．常用 的补充检测手段 ３．２１单桩承载力 由于基桩的受力是立体的，所以单桩承载力又衍生出竖向抗压、竖向抗 拔、水平承载力三个参数。显然，对于抗拔或水平承载力没有要求的工程或各 种用柔性桩处理的地基，抗拔及水平承载力两个参数就无实际意义。 ３．２ ２桩身完整性 桩身完整性是反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的 综合定性指标。其范围应是涵盖桩长、桩身砼强度、桩底沉渣厚度、桩身缺陷 及桩端持力层的岩土性状。目前各种检测方法 芯法除外）均只能检出这５个 物理参数的一个或多个，但对检测出的参数必须纳入到桩身完整性这一参数 的评价范围。如钻芯法如发现桩端有沉渣且厚度超过５ｃｍ的端承桩，就不应给 出完整性合格的结论。 ３．２ ３桩身砼强度 桩身砼强度与基桩的耐久性密切相关，基桩的承载力取决于以下两点： ①桩身砼强度决定的桩身材料强度；②岩土对桩的支承能力。以上两者中的 小值就是单桩的承载力。 ３．２ ４桩身内力测试 桩身内力测试依附于单桩承载力静载试验而存在，当设计需要提供场地 内各岩土层侧壁摩阻力和端承力时，需在桩身埋设应变式传感器和钢筋计， 进行内力测试。 ３．２ ５桩长测定 桩长是桩身完整性中的一项重要指标，它与桩身承载力密切相关，可以 说有了准确的桩长，推算单桩承载力才成为可能。 桩长测定一直是钻芯法的优势所在，同时也是各种动测法的不足这处， 规范给出的结论是各种检测方法只能校核受检方提供的桩长，而不是准确地 测定桩长。本文简要介绍一种新方法——平行地震法检测基桩桩长的方法。 本方法最大的优点是可在不损坏上部结构的情况下测定既有建筑物的基桩 桩长。 １）检测原理：在被检测的基桩旁边合适距离内钻一个和桩身平行的钻孔 （钻孔深度大于预估桩长３～５ｍ），在钻孔中布置ＰＶＣ管，管内注入清水，将三 分量检波器放入管内部，在基桩的上部或在与基桩相连接的承台上激振产生 激震波，沿钻孔三分量检波器（每拉一次，激振一次，上拉间距一般为５０ｃｍ，可 随时加密），三分量检波器可以接收到经过桩身和桩的下层向上层传递过来 的震动波。同时由于震动波在地层中传播的速度和桩身的传播速度不一样， 因此，在桩长范围内的震动波传播时间应基本相同，而超出桩长范围内的震 动波传播时间应明显延长；而且地震波在土层中的衰减系数比桩身的要大得 多，所以可以通过测得的地震波延迟时间和振幅进行分析，比较，从而判断出 桩身的长度，参见图３。 ２）注意事项：①钻孔位置距离被测的基桩越小越好，一般不大于２ｍ的范 ’４７０。 笼上，所以钢筋笼的长度检测很有必要。 钢筋笼的长度检测主要有磁测法和电测法两种，由于磁测法采集信号稳 定，相对直观，成为应用较多的一种方法。本文简要介绍下磁测法。 １）检测原理 钢筋笼是由数根粗的主筋和在其上按一定间距缠绕绑扎的细箍筋构成。 钢筋笼之类的铁磁性物质，在地磁场作用下钢筋笼产生的感应磁场。钢筋笼 上的感应磁场可以分别按主筋和箍筋计算和叠加。其大小与测试距离和钢筋 笼铁磁性物质的量有关。假设钢筋笼主筋为无限长线状体，在与钢筋笼主筋 平行方向上，可以推导出一根主筋的磁感应强度公式为： Ｚ＝Ｂ１‘ｋ。Ｓ／２１ｒ‘Ｌ２ （１） 式（１）中ＢＪ－为垂直方向地磁场强度；ｋ为主筋的磁化率；Ｓ为主筋横截面 积；Ｌ为测点与主筋的垂直距离。这里假设有效磁化倾角为９Ｏ度。 由式（１）可以看出，主筋磁感应强度大小与主筋间距的平方成反比．与主 筋面积成正比。在钢筋笼主筋平行方向上，磁感应强度为定值，因此其梯度值 为零。 对于有限长钢筋笼中的主筋，可以用有线元积分近似计算其磁感应强度 大小。在钢筋笼端部，随着与钢筋笼的远离，磁感应强度迅速衰减，直到减至 背景地磁场大小。对于箍筋同 样也可以用线元法近似计算 其磁感应强度大小。在与螺线 轴线近距离平行方向上，感应 磁场大小周期变化。 根据关系式可计算出基 桩钢筋笼旁侧磁梯度ＡＺ随深 度（ｚ）的理论变化曲线。其形 态见右图２。 图２磁梯度探测桩基钢筋笼长度原理示意图 在钻孔灌注桩的一侧一定距离 差性， 磁场强度（梯度）探测钢筋笼鬈 长度 ｝牟 就是利用磁场强度探头在桩侧附近 。…ｌｌ Ｉ 的钻孔中测出磁场强度值随深度变 …… 化的曲线，依据曲线特征判定钢筋笼 ＝｝ 顶底深度，由此确定钢筋笼下放长 …ｌＪ Ｉ 度。 如图３，在桩外侧不超过１ｍ范围ｌ…… Ｌ 内钻孔（也可利用桩内取芯孔）到笼 Ｉ『ｌ ｌ１ ｌ 底标高下约５米处，成孔后下ＰＶＣ塑 料套管护壁。塑料套管内径选用 ｄ）１００ｍｍ，以保证磁梯度探头可以顺 图３现场连接示意困 畅上下。然后，以承台底部（ｔｔｉ￣面）以下为起始，向下以０．２５ｍ间距在钻孔中进行 探测，为确保测读数据准确、可靠，对同一钻孔自下而上的测点进行重复读 数。置人探头到孔底，支好管口滑轮和电动计数滑轮，连接计数电缆、探头数 据线和电机电源线，开机，自下而上采集数据。 ４、结语 地基基础检测是一项复杂的技术性工作，本文通过简要的论述，试图对 整个地基基础检测方法有个全面而简单的介绍。限于篇幅，对于各种方法的 检测原理及操作流程都未进行深入解析，希以此为基础，与同行进行深入交 流，以期为地基基础检测技术的发展略尽薄力。
