淺議大直徑樁基檢測(cè)

淺議大直徑樁基檢測(cè)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(shí)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(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，相關(guān)規(guī)范出臺(tái)以前使用范圍小，相關(guān)規(guī)范對(duì)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(cè)工作中或多或少的存在對(duì)規(guī)范理解不夠透徹的地方，這里提出來(lái)請(qǐng)同行一起探討和學(xué)習(xí)。1、樁基的歷史問(wèn)題我國(guó)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(shí)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(guó)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(wèn)世；我們國(guó)家在上個(gè)世紀(jì)50年代末才開始將鋼筋混凝土預(yù)制樁運(yùn)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(jiǎn)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(duì)于配合承臺(tái)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(wú)形中使相關(guān)規(guī)范編制時(shí)考慮群樁基礎(chǔ)較多，考慮單樁基礎(chǔ)較少，如果對(duì)這些規(guī)范沒(méi)有透徹的認(rèn)識(shí)，在使用規(guī)范時(shí)就容易用錯(cuò)條款，輕則造成資源浪費(fèi)，重則埋下工程隱患。本文將要談到的檢測(cè)問(wèn)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(gè)作用，一是為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，二是為驗(yàn)收提供依據(jù)?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》<GB50007-2002>（以下簡(jiǎn)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(yàn)；《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》<JGJ106-2003>（以下簡(jiǎn)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(cè)；《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(yàn)；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(yàn)，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(qiáng)制性條文來(lái)規(guī)定。承載力檢測(cè)方式無(wú)一例外地規(guī)定了采用“靜載荷試驗(yàn)”，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的豎向抗壓靜載試驗(yàn)“應(yīng)”采用慢速維持荷載法，施工后的工程樁驗(yàn)收檢測(cè)“宜”采用慢速維持荷載法，當(dāng)有成熟的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也“可”采用快速維持荷載法。進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)的樁基范圍：設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)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(yàn)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(shí)，不應(yīng)少于2根。而工程實(shí)踐中很難看到做單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，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(qiáng)制性條文規(guī)定，不少監(jiān)理單位提出疑問(wèn)：沒(méi)有做單樁豎向靜載荷抽檢試驗(yàn)的工程，樁基工程驗(yàn)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(zhǎng)度就能穿透地震時(shí)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(duì)樁基承載力的有利作用，更無(wú)須采用群樁承臺(tái)來(lái)借用承臺(tái)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(gè)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(zhǎng)度超出單樁斷面范圍，可在單樁頂部增設(shè)單樁承臺(tái)來(lái)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(gè)特點(diǎn)。大直徑人工挖孔灌注樁的這兩個(gè)特點(diǎn)決定了這種樁基的承載力很大，而規(guī)范規(guī)定，對(duì)工程樁抽樣檢測(cè)時(shí)，加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)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(yàn)荷載就需要24000KN，這就使得靜載荷試驗(yàn)實(shí)施難度大或者根本無(wú)法做試驗(yàn)。影響摩擦樁實(shí)際樁側(cè)土體摩阻力的因素太多，設(shè)計(jì)計(jì)算樁側(cè)土體摩阻力有時(shí)候與實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)砂卵石或其他承載力類似的土層時(shí)，對(duì)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(yàn)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(yàn)，……，大直徑嵌巖樁的承載力可根據(jù)終孔時(shí)樁端持力層巖性報(bào)告結(jié)合樁身質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告核驗(yàn)。端承型大直徑灌注樁(事實(shí)上對(duì)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(chǎng)地限制，有時(shí)很難、甚至無(wú)法進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力靜載檢測(cè)。對(duì)此，JGJ106-2003第3.3.7條規(guī)定對(duì)于端承型大直徑灌注樁，當(dāng)受設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)條件限制無(wú)法檢測(cè)單樁豎向抗壓承載力時(shí)，可采用鉆芯法測(cè)定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣檢驗(yàn)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(shí)際是對(duì)第3.3.5條的補(bǔ)充，體現(xiàn)了“多種方法合理搭配，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的原則，如深層平板載荷試驗(yàn)、巖基載荷試驗(yàn)，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(cè)定、樁端持力層鉆芯鑒別（包括動(dòng)力觸探，標(biāo)貫試驗(yàn)、巖芯試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)），有條件時(shí)可預(yù)埋荷載箱進(jìn)行樁端載荷試驗(yàn)等?！秞x地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》<DBJ50-047-2006>第9.3.2條規(guī)定，對(duì)建筑物安全等級(jí)為一級(jí)且直徑不大于600mm的鉆孔灌注樁，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)靜載荷實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)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(shí)持力層的檢驗(yàn)情況和樁身質(zhì)量檢驗(yàn)情況核驗(yàn)。綜上所述：終孔時(shí)樁端持力層巖性報(bào)告、樁身質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、用鉆芯法測(cè)定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣試驗(yàn)報(bào)告可以作為大直徑端承型嵌巖樁的單樁豎向承載力驗(yàn)收依據(jù)。另外，理論上高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法能夠檢測(cè)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(jì)用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)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(cè)先介紹一個(gè)在xx具有代表性的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)甲級(jí)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(zhǎng)度超出單樁斷面范圍，在單樁頂部增設(shè)單樁承臺(tái)的基樁40根（圖1.2）；對(duì)于剪力墻的斷面尺寸實(shí)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(tái)梁（框支梁、深受彎墻梁）連接，剪力墻支撐于承臺(tái)梁上的基樁60根（圖1.3），柱下獨(dú)立兩樁承臺(tái)，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)根據(jù)JGJ106-2003第3.3.4條規(guī)定，設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)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(cè)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(xiàng)：柱下三樁或三樁以下的承臺(tái)抽檢樁數(shù)不得少于1根；第2項(xiàng)：設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，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(xiàng)：地下水位以上且終孔后樁端持力層已通過(guò)核驗(yàn)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(xiàng)文字上限定了“承臺(tái)下”的基樁，而第2項(xiàng)和備注項(xiàng)卻沒(méi)有限定僅適用于具有承臺(tái)的基樁，在確定類似本文例舉的這類基樁檢測(cè)數(shù)量時(shí)，很容易自然地把目光放在了后項(xiàng)規(guī)定上，導(dǎo)致“分別檢測(cè)為6根、12根、18根”的結(jié)果。當(dāng)同一承臺(tái)下的個(gè)別基樁質(zhì)量上有缺陷時(shí)，相鄰基樁以及承臺(tái)下土體客觀上會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力重分布和群樁效應(yīng)而不至影響承臺(tái)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(jì)、合理、可靠的；當(dāng)同一承臺(tái)下的基樁根數(shù)少于四根且基樁質(zhì)量上有缺陷時(shí)，群樁效應(yīng)已經(jīng)不明顯了，特別是承臺(tái)下只有1根或2根基樁的承臺(tái)，某根基樁一旦失效，承臺(tái)以及上部豎向構(gòu)件就失去了根基，所以才有第一項(xiàng)的規(guī)定。顯然象圖1.1、圖1.2那樣“獨(dú)擋一面”的基樁的重要性是不亞于柱下承臺(tái)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(méi)有承臺(tái)，雖然第1項(xiàng)文字上限定了“承臺(tái)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(xiàng)已經(jīng)涵蓋了象圖1.1這種基樁應(yīng)該全數(shù)檢測(cè)的意思；圖1.2這種基樁符合第1項(xiàng)的文字意義規(guī)定，應(yīng)該全數(shù)檢測(cè)；象圖1.3這種樁基礎(chǔ)，有人說(shuō)這不是“單柱單樁”，認(rèn)為應(yīng)套用第2項(xiàng)規(guī)定按30%抽檢。這里強(qiáng)調(diào)一下，承臺(tái)梁不是承臺(tái)，第2項(xiàng)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(tái)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(cè)。JGJ106-2003第3.1.1條要求樁身完整性檢測(cè)宜采用兩種或多種合適的檢測(cè)方法進(jìn)行?，F(xiàn)在樁身完整性檢測(cè)的手段多，準(zhǔn)確度高，特別是低應(yīng)變動(dòng)測(cè)成本也低，考慮到這種大直徑人工挖孔灌注樁實(shí)際上很難做或不做承載力試驗(yàn)，全數(shù)檢測(cè)樁身質(zhì)量（完整性檢測(cè)）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(xiàng)“對(duì)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(duì)部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%”的規(guī)定，意思是對(duì)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(cè)樁身完整性。實(shí)際工程中因?yàn)槁暡ㄍ干浞ǖ臋z測(cè)費(fèi)用比低應(yīng)變動(dòng)測(cè)費(fèi)用高，有的工程與監(jiān)理單位協(xié)商確定超過(guò)某深度的基樁才做聲波透射法檢測(cè)，或因?yàn)殂@芯法費(fèi)用高又耽誤工期就根本不采用等做法是不對(duì)的。關(guān)于鉆芯法檢測(cè)，JGJ106-2003第7.6.1條規(guī)定：混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值應(yīng)按一組三塊試件強(qiáng)度值的平均值確定。這與《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)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(guò)15%”的離散性因素有一點(diǎn)區(qū)別。筆者曾經(jīng)看到有檢測(cè)單位以當(dāng)3個(gè)芯樣強(qiáng)度中的最大值和最小值與中間值之差均超過(guò)15%為由，判定該組試件不作為強(qiáng)度評(píng)定的依據(jù)，甚至監(jiān)理單位就說(shuō)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(qiáng)度的離散性比混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件大得多，采用GBJ107來(lái)計(jì)算混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法確定代表值的情況。為了避免這種情況，對(duì)數(shù)千組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算，證實(shí)取平均值的方法是可行的。同一根樁有兩個(gè)或兩個(gè)以上鉆芯孔時(shí)，應(yīng)綜合考慮各孔芯樣強(qiáng)度來(lái)評(píng)定樁身承載力。取同一深度部位各孔芯樣試件抗壓強(qiáng)度的平均值作為該深度的混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值，是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。4、結(jié)語(yǔ)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(huì)發(fā)現(xiàn)，端承型大直徑灌注樁因其特殊性（早期相對(duì)特殊），雖然在