淺議大直徑樁基檢測

淺議大直徑樁基檢測樁基礎(chǔ)是工程結(jié)構(gòu)中采用的主要基礎(chǔ)類型，目前約占全部工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的70%以上，其中鋼筋混凝土灌注樁又是目前在工程實踐中應(yīng)用最多的樁基類型。由于大直徑鋼筋混凝土灌注樁問世時間不長，相關(guān)規(guī)范出臺以前使用范圍小，相關(guān)規(guī)范對這類基礎(chǔ)考慮較少，而目前其在工程中使用卻相當(dāng)廣泛，在檢測工作中或多或少的存在對規(guī)范理解不夠透徹的地方，這里提出來請同行一起探討和學(xué)習(xí)。1、樁基的歷史問題我國考古學(xué)家在山西半坡村遺址以及浙江河姆渡遺址出土大量木結(jié)構(gòu)遺存，證實了先人在約6500年前就開始采用木樁插入土中支撐房屋，19世紀(jì)20年代人類開始采用鑄鐵板樁修筑圍堰和碼頭，1898年俄國率先提出使用混凝土或鋼筋混凝土做樁身材料的構(gòu)想，20世紀(jì)初鋼樁和鋼筋混凝土預(yù)制樁相繼問世；我們國家在上個世紀(jì)50年代末才開始將鋼筋混凝土預(yù)制樁運用到鐵路工程中，隨后20年才開始采用人工挖孔灌注樁。從樁基礎(chǔ)的發(fā)展歷史看，因依賴混凝土技術(shù)的原因，大直徑人工挖孔灌注樁應(yīng)用歷史較短，在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》<JGJ94-94>（以下簡稱JGJ94-94）編制以前和編制期間，大直徑人工挖孔灌注樁應(yīng)用相對于配合承臺的群樁基礎(chǔ)使用范圍較小，導(dǎo)致其在規(guī)范編制工作中分量較輕，進(jìn)而影響了其在（2000年后頒發(fā)的）相關(guān)規(guī)范中的應(yīng)有地位，無形中使相關(guān)規(guī)范編制時考慮群樁基礎(chǔ)較多，考慮單樁基礎(chǔ)較少，如果對這些規(guī)范沒有透徹的認(rèn)識，在使用規(guī)范時就容易用錯條款，輕則造成資源浪費，重則埋下工程隱患。本文將要談到的檢測問題也與樁基礎(chǔ)的發(fā)展歷史影響有關(guān)。2、單樁豎向承載力的確定單樁豎向承載力的確定有兩個作用，一是為設(shè)計提供依據(jù)，二是為驗收提供依據(jù)。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》<GB50007-2002>（以下簡稱GB50007-2002）第10.1.8條規(guī)定施工完成后的工程樁應(yīng)進(jìn)行豎向承載力檢驗；《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》<JGJ106-2003>（以下簡稱JGJ106-2003）第3.1.1條規(guī)定工程樁應(yīng)進(jìn)行單樁承載力和樁身完整性抽樣檢測；《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》<GB50202-2002>第5.1.5條規(guī)定工程樁應(yīng)進(jìn)行承載力檢驗；凡是與樁基有關(guān)的規(guī)范，都規(guī)定了基樁在施工前和施工后應(yīng)進(jìn)行確定豎向承載力的試驗，用詞一律采用了正常情況下均應(yīng)該這樣做的嚴(yán)格用詞“應(yīng)”，而且都是以“必須嚴(yán)格執(zhí)行”的強制性條文來規(guī)定。承載力檢測方式無一例外地規(guī)定了采用“靜載荷試驗”，為設(shè)計提供依據(jù)的豎向抗壓靜載試驗“應(yīng)”采用慢速維持荷載法，施工后的工程樁驗收檢測“宜”采用慢速維持荷載法，當(dāng)有成熟的地區(qū)經(jīng)驗時，也“可”采用快速維持荷載法。進(jìn)行靜載荷試驗的樁基范圍：設(shè)計等級為甲級、乙級的建筑樁基，或者地質(zhì)條件復(fù)雜、施工質(zhì)量可靠性低的建筑樁基，以及本地區(qū)采用的新樁型、新工藝的建筑樁基。檢驗樁數(shù)不應(yīng)少于總數(shù)的1％，且不應(yīng)少于3根，當(dāng)總樁數(shù)少于50根時，不應(yīng)少于2根。而工程實踐中很難看到做單樁豎向靜載荷試驗，特別是大直徑灌注樁基工程。根據(jù)規(guī)范要求必須嚴(yán)格執(zhí)行的強制性條文規(guī)定，不少監(jiān)理單位提出疑問：沒有做單樁豎向靜載荷抽檢試驗的工程，樁基工程驗收以什么為依據(jù)？xx地區(qū)巖體覆土厚度不大，是建筑工程采用端承樁基的有利地質(zhì)條件，大直徑灌注樁在本地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。近十年大量建設(shè)高于30層的高層建筑98%以上采用的都是大直徑人工挖孔灌注樁。由于巖體覆土厚度不大，較短的樁身長度就能穿透地震時可能液化的土層，理所當(dāng)然地就采用端承型嵌巖樁了。這種端承型嵌巖樁基本不需要考慮土體對樁基承載力的有利作用，更無須采用群樁承臺來借用承臺底面土體增加基礎(chǔ)的承載力，一般只需要單根基樁就足以支承一個上部豎向構(gòu)件（框架柱、剪力墻）；如果上部豎向構(gòu)件的斷面長度超出單樁斷面范圍，可在單樁頂部增設(shè)單樁承臺來解決。所以，地質(zhì)條件確定了本地區(qū)的大直徑人工挖孔灌注樁具有“端承型嵌巖”和“單柱單樁”兩個特點。大直徑人工挖孔灌注樁的這兩個特點決定了這種樁基的承載力很大，而規(guī)范規(guī)定，對工程樁抽樣檢測時，加載量不應(yīng)小于設(shè)計要求單樁承載力特征值的2.0倍，一般30層樓的建筑樁基單樁承載力特征值在10000KN左右，試驗荷載就需要24000KN，這就使得靜載荷試驗實施難度大或者根本無法做試驗。影響摩擦樁實際樁側(cè)土體摩阻力的因素太多，設(shè)計計算樁側(cè)土體摩阻力有時候與實際值偏差很大，而決定端承型的大直徑人工挖孔嵌巖灌注樁承載力的主要因素，是樁身混凝土質(zhì)量以及嵌巖段巖性特征、下臥層持力性狀，考慮到實驗難度和影響因素的單一性，GB50007-2002第8.5.5條規(guī)頂當(dāng)樁端持力層為密實砂卵石或其他承載力類似的土層時，對單樁承載力很高的大直徑端承型樁，可采用深層平板載荷試驗確定樁端土的承載力特征值；第10.1.8條還規(guī)定：施工完成后的工程樁應(yīng)進(jìn)行豎向承載力檢驗，……，大直徑嵌巖樁的承載力可根據(jù)終孔時樁端持力層巖性報告結(jié)合樁身質(zhì)量檢驗報告核驗。端承型大直徑灌注樁(事實上對所有高承載力樁)，往往不允許任何一根樁承載力失效，否則后果不堪設(shè)想。由于試樁荷載大或場地限制，有時很難、甚至無法進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力靜載檢測。對此，JGJ106-2003第3.3.7條規(guī)定對于端承型大直徑灌注樁，當(dāng)受設(shè)備或現(xiàn)場條件限制無法檢測單樁豎向抗壓承載力時，可采用鉆芯法測定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣檢驗樁端持力層，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10％，且不應(yīng)少于10根。實際是對第3.3.5條的補充，體現(xiàn)了“多種方法合理搭配，優(yōu)勢互補”的原則，如深層平板載荷試驗、巖基載荷試驗，終孔后混凝土灌注前的樁端持力層鑒別，成樁后的鉆芯法沉渣厚度測定、樁端持力層鉆芯鑒別（包括動力觸探，標(biāo)貫試驗、巖芯試件抗壓強度試驗），有條件時可預(yù)埋荷載箱進(jìn)行樁端載荷試驗等?！秞x地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》<DBJ50-047-2006>第9.3.2條規(guī)定，對建筑物安全等級為一級且直徑不大于600mm的鉆孔灌注樁，應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷實驗方法。對其他情況的鉆孔灌注樁和各種情況的人工挖孔灌注樁，可根據(jù)終孔時持力層的檢驗情況和樁身質(zhì)量檢驗情況核驗。綜上所述：終孔時樁端持力層巖性報告、樁身質(zhì)量檢驗報告、用鉆芯法測定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣試驗報告可以作為大直徑端承型嵌巖樁的單樁豎向承載力驗收依據(jù)。另外，理論上高應(yīng)變動測法能夠檢測單樁豎向承載力，但由于目前技術(shù)上還不夠精準(zhǔn)，隨著相關(guān)技術(shù)水平的提高，估計用高應(yīng)變動測法檢測單樁豎向承載力是遲早的發(fā)展方向。3、樁身質(zhì)量（完整性）檢測先介紹一個在xx具有代表性的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)甲級樁基工程，總樁數(shù)為120根，其中一根樁基支撐一根框架柱的基樁20根（圖1.1）；上部豎向構(gòu)件（剪力墻）的斷面長度超出單樁斷面范圍，在單樁頂部增設(shè)單樁承臺的基樁40根（圖1.2）；對于剪力墻的斷面尺寸實在太大，在剪力墻邊緣約束構(gòu)件的下面設(shè)置基樁，基樁之間用承臺梁（框支梁、深受彎墻梁）連接，剪力墻支撐于承臺梁上的基樁60根（圖1.3），柱下獨立兩樁承臺，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010）中的深受彎構(gòu)件配置縱向受拉鋼筋、水平及豎向分布鋼筋。樁身質(zhì)量檢測根據(jù)JGJ106-2003第3.3.4條規(guī)定，設(shè)計等級為甲級的灌注樁，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20根規(guī)定，以上被檢測樁身完整性的三種形式基樁根數(shù)分別為6根、12根、18根。這種確定方式咋一看還是符合規(guī)范要求的。JGJ106-2003第3.3.4條第1項：柱下三樁或三樁以下的承臺抽檢樁數(shù)不得少于1根；第2項：設(shè)計等級為甲級，或地質(zhì)條件復(fù)雜，成樁質(zhì)量可靠性較低的灌注樁，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20根；其他樁基工程的抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不得少于10根；備注項：地下水位以上且終孔后樁端持力層已通過核驗的人工挖孔樁，以及單節(jié)混凝土預(yù)制樁，抽檢數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%，且不應(yīng)少于10根。第1項文字上限定了“承臺下”的基樁，而第2項和備注項卻沒有限定僅適用于具有承臺的基樁，在確定類似本文例舉的這類基樁檢測數(shù)量時，很容易自然地把目光放在了后項規(guī)定上，導(dǎo)致“分別檢測為6根、12根、18根”的結(jié)果。當(dāng)同一承臺下的個別基樁質(zhì)量上有缺陷時，相鄰基樁以及承臺下土體客觀上會產(chǎn)生內(nèi)力重分布和群樁效應(yīng)而不至影響承臺上豎向構(gòu)件的結(jié)構(gòu)安全，采用一定百分率的抽檢方式是經(jīng)濟、合理、可靠的；當(dāng)同一承臺下的基樁根數(shù)少于四根且基樁質(zhì)量上有缺陷時，群樁效應(yīng)已經(jīng)不明顯了，特別是承臺下只有1根或2根基樁的承臺，某根基樁一旦失效，承臺以及上部豎向構(gòu)件就失去了根基，所以才有第一項的規(guī)定。顯然象圖1.1、圖1.2那樣“獨擋一面”的基樁的重要性是不亞于柱下承臺三根基樁的情況，雖然象圖1.1這種由柱與樁直接聯(lián)結(jié)的單樁基礎(chǔ)根本就沒有承臺，雖然第1項文字上限定了“承臺下”的基樁，但從受力性質(zhì)和結(jié)構(gòu)重要性上理解，第1項已經(jīng)涵蓋了象圖1.1這種基樁應(yīng)該全數(shù)檢測的意思；圖1.2這種基樁符合第1項的文字意義規(guī)定，應(yīng)該全數(shù)檢測；象圖1.3這種樁基礎(chǔ)，有人說這不是“單柱單樁”，認(rèn)為應(yīng)套用第2項規(guī)定按30%抽檢。這里強調(diào)一下，承臺梁不是承臺，第2項采用一定百分率的抽檢方式是基于樁數(shù)多余3根的承臺下基樁而言，圖1.3這種樁基礎(chǔ)的確不是“單柱單樁”，但筆者以為，這種樁基的重要性和一旦失效的后果嚴(yán)重性要求：應(yīng)該全數(shù)檢測。JGJ106-2003第3.1.1條要求樁身完整性檢測宜采用兩種或多種合適的檢測方法進(jìn)行?，F(xiàn)在樁身完整性檢測的手段多，準(zhǔn)確度高，特別是低應(yīng)變動測成本也低，考慮到這種大直徑人工挖孔灌注樁實際上很難做或不做承載力試驗，全數(shù)檢測樁身質(zhì)量（完整性檢測）是有必要的，也是應(yīng)該的。這里提一下JGJ106-2003第3.3.4條備注項“對端承型大直徑灌注樁，應(yīng)在上述兩款規(guī)定的抽檢樁數(shù)范圍內(nèi)，選用鉆芯法或聲波透射法對部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%”的規(guī)定，意思是對于端承型大直徑灌注樁，其中10%的基樁應(yīng)采用鉆芯法或聲波透射法檢測樁身完整性。實際工程中因為聲波透射法的檢測費用比低應(yīng)變動測費用高，有的工程與監(jiān)理單位協(xié)商確定超過某深度的基樁才做聲波透射法檢測，或因為鉆芯法費用高又耽誤工期就根本不采用等做法是不對的。關(guān)于鉆芯法檢測，JGJ106-2003第7.6.1條規(guī)定：混凝土芯樣試件抗壓強度代表值應(yīng)按一組三塊試件強度值的平均值確定。這與《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ

107考慮“最大值和最小值與中間值之差是否超過15%”的離散性因素有一點區(qū)別。筆者曾經(jīng)看到有檢測單位以當(dāng)3個芯樣強度中的最大值和最小值與中間值之差均超過15%為由，判定該組試件不作為強度評定的依據(jù)，甚至監(jiān)理單位就說混凝土不合格了。關(guān)于這兩套規(guī)范的差異，JGJ106-2003的主編陳凡教授是這樣解釋的：由于混凝土芯樣試件抗壓強度的離散性比混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件大得多，采用GBJ107來計算混凝土芯樣試件抗壓強度代表值有時會出現(xiàn)無法確定代表值的情況。為了避免這種情況，對數(shù)千組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗算，證實取平均值的方法是可行的。同一根樁有兩個或兩個以上鉆芯孔時，應(yīng)綜合考慮各孔芯樣強度來評定樁身承載力。取同一深度部位各孔芯樣試件抗壓強度的平均值作為該深度的混凝土芯樣試件抗壓強度代表值，是一種簡便實用的方法。4、結(jié)語考慮樁基的歷史原因，用發(fā)展的思想去理解與樁基有關(guān)的規(guī)范，我們會發(fā)現(xiàn)，端承型大直徑灌注樁因其特殊性（早期相對特殊），雖然在