覃乐洋
广西佰冠工程检测有限公司
摘要：本文通过研究水利工程中的桩基检测工作，梳理了相关的检测技术，对相关技术的应用进行了探讨，并基于现有检测技术基础上，提出了当前在技术层面困扰水利工程桩基检测的主要原因，同时提出了具有针对性的意见与建议，为我国水利工程排除安全隐患、加强运营维护质量提供了一些技术层面的支撑。
关键词：水利工程；桩基检测；检测技术；安全验证
桩基工程作为水利工程施工与运营中的重要施工要点，是维持水利工程长效正常运转的关键。水利工程在长期运转过程中会受到多种因素的干扰，从而出现安全隐患，需要开展针对性的维护保养工作，而桩基检测技术的应用能够有效提高维护效果。针对桩基开展无损检测，了解桩基所具有的承载力，从而对桩基进行相应的维修和管理工作，确保桩基结构的安全性。在水利工程的建设阶段和运营阶段，都应重视检测桩基的质量，不断提高检测技术水平，保证检测结果无误，进而确保水利工程的整体质量。基于此，围绕水利工程中桩基检测技术展开探讨就显得尤为重要。
1.水利工程中常见的桩基检测技术
1.1高应变法
这种检测方法，是水利工程桩基检测中比较多见的技术，可以有效检测出桩基激发的阻力信息，也就是速度波的数据或是应力波的数据，再将这些信息收集整理之后，准确计算出桩基的压力。在实践检测当中，一般是通过波形拟合法来展开，同时配合凯斯法来完成最后的检测。所谓的凯斯法，是在建立波动方程的基础上，对桩基围岩土周围的压力进行精确计算，最后算出其支撑阻力。如果桩身截面保持一致，同时也不考虑桩基周边的压力分布，仅仅是观察应力波在传播过程中出现的能量损耗以及信号变化幅度，还假设桩基底部的阻土阻力和桩端的运动速度保持一致，呈现出正比例关系。在假设条件下，按照行波方程以及波动方程，就能够得到桩基的极限承载力共识。但这种检测方式一般仅仅会用在预制桩、预应力管桩的检测上，而且波形拟合也常常用在单桩的承载力检测当中，通过上传到计算机当中进行处理之后，对不同单元的桩基信息、力波以及速度波的数据进行拟合之后，在波形贴合的情况，就能够获得桩基的真实承载力水平。
1.2低应变法
在运用低应变法的过程中，通常都会通过低能量瞬态或是稳态激发振动的方式，在桩基的合理弹性范围内，让其躯干出现低幅度振动，随后再通过波力检测技术以及振动理论来验证其承载力以及躯干的完整程度。就目前我国水利工程检测实践中的技术水平以及装备情况来看，应力波反射法是比较合适的检测方式，而且通过分析应力波的特点，就能够详细了解桩基的完整性，同时配合反射波、频率以及施工资料，能够更准确地了解桩基的使用情况。在实践中采用这项技术进行检测时，一方面要关注波形曲线可能会受到桩基周边的土质影响出现波动，这是在土壤力学性质干扰下，可能出现的应力波损耗；另一方面，这一检测技术不能体现出桩基的深浅，分析结果不够全面。
1.3声波透射法
声波透射法是通过混凝土结构声学检测技术优化实现的，用途在于检测桩基是否完整，并在撞击后产生应力波后，通过研究其传播路径之后，就可以观察波形、波速、波峰值的稳定性，若是应力波能够维持传播速度相对恒定，就意味着桩基的完整性较高，如果波形、波速、波峰值的稳定性较差，那么存在缺陷的地方就很容易出现较剧烈的应力波变化，导致应力波形成透射波。这种检测方式对桩基的性能与质量没有任何影响，可以广泛应用于多种水利工程建设场景的检测。
2.水利工程中桩基检测技术的应用途径
一些水利工程建设年代过于久远，安全隐患较大，所以在工况允许、环境允许、技术设备允许的情况下，在桩基检查中，桩端多以中风化岩层为主，选择低应变反射波的方式进行桩基可能存在的缺陷部位的探测，为后期的修复与管理提供可靠依据。
2.1完整性检验
按照《建筑基桩检测技术规范》桩身完整性分为下列四类。
首先，是桩身完全完整且能够完全发挥性能的，属于I类桩；
其次，是桩身完整性较强桩基，但桩身当中有轻微缺陷，对桩身结构承载力的正常发挥影响不大，属于II类桩；
再次，是桩身完整性不足、缺陷较为明显，且已经影响整体结构的承载性能，属于III类桩；
最后，是桩身完整性已经出现严重缺陷，基本已经不具备承载力，属于IV类桩；
在检测实践中，如果桩径未达到600mm，不宜采用声波透射法来进行无损探测。在灌注混凝土浆液之前，检测工作者应该预埋声测管；桩径小于或等于800mm，则埋设2根或以上的声测管，桩径大于800mm且小于或等于1600mm时，就应该埋设3根或以上的声测管，桩径大于1600mm，就应该埋设4根或以上的声测管，在桩径大于2500mm时，还应该进一步增加埋设声测管的数量，所有声测管的埋设位置，都要对称分布在桩基当中。在现场检测中采用平测时，声波发射与接收声波换能器应始终保持相同深度；斜测时，声波发射与接收声波换能器应始终保持固定高差，且两个换能器中点线的水平夹角不应大于30°，声波发射与接收换能器应从桩底向上同步提升，声测线间距不应大于100mm；提升过程中，应校核换能器的深度和校正换能器的高差，并确保测试波形的稳定性，提升速度不宜大于 0.5m/s。而针对检测中不能明确桩身完整性类别属于III类或IV类的桩，可根据实际情况采用钻芯法进行验证检测，重点检测对象是隐患较为显著的桩基，对桩身混凝土钻进深度，芯样连续性、完整性、胶结情况、表面光滑情况、断口吻合程度、混凝土芯是否为柱状、骨料大小分布情况，以及气孔、空洞、蜂窝麻面、沟槽、破碎、夹泥、松散的情况进行完整的描述。
2.2承载力检测
如果要检测桩基承载力，大直径灌注桩自平衡检测前，应先进行桩身声波透射法完整性检测，后进行承载力检测。基桩自平衡检测法需要的设备包括环形荷载箱、基准梁、高压油管、油表、电动油泵、数据采集仪以及位移装置构成。
试验加载卸载应符合以下规定：①加载应分级进行，采用逐级等量加载，每级荷载宜为最大加载值的1/10，其中，第一级加载量可取分级荷载的2倍；②卸载应分级进行，每级卸载量宜取加载时分级荷载的2倍，且应逐级等量卸载；③加、卸载时，应使荷载传递均匀、连续、无冲击，且每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%；④采用双层荷载箱时，宜先进行下荷载箱测试，后进行上荷载箱测试。
慢速维持荷载法：① 每级荷载施加后，应分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读位移，以后每隔 30min且测读一次位移；②位移相对稳定标准:从分级荷载施加后的第30min开始，按1. 5h连续三次每30min的位移观测值计算，每小时内的位移增量不超过0.1mm，并连续出现两次；③当位移变化速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；④卸载时，每级荷载维持1h，分别按第15min、30min、60min测读位移量后，即可卸下一级荷载;卸载至零后，应测读残余位移，维持时间不得小于3h，测读时间分别为第15min、30min，以后每隔30min 测读一次残余位移量。
荷载箱上段或下段位移出现下列情况之一时，即可终止加载：①某级荷载作用下，荷载箱上段或下段位移增量大于前一级荷载作用下位移增量的5倍，且位移总量超过40mm；②某级荷载作用下，荷载箱上段或下段位移增量大于前一级荷载作用下位移增量的2倍，且经24h尚未达到位移相对稳定标准；③已达到设计要求的最大加载量且荷载箱上段或段位移达到位移相对稳定标准；④当荷载位移曲线呈缓变型时，向上位移总量可加载至40mm~60mm；向下位移总量可加载至60mm~80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至总位移量超过80mm；⑤荷载已达荷载箱加载极限，或荷载箱上、下段位移已超过荷载箱行程，即可终止加载。
3.Ⅲ类桩、Ⅳ类桩施工处理技术
3.1扩大承台法
III类桩一般出现在建设年代较为久远的水利工程设施上，桩基因为不同原因出现了位移情况，导致原本的承台断面已经不能起到承载作用，所以在处理当中就应该通过扩大承台的方式恢复承载力。由于桩基的共同作用原理，如果一个桩基出现位移后承载性能下降，那么就应该扩大承台，由于桩以及和天然地基共同分组成上部结构荷载，在施工过程中，要加入更多的承台配筋。
3.2原位复桩
在进行检测之后，如果发现有桩基断裂的情况，处理人员应该进一步对桩基进行清理之后，在原本的桩基位置再次进行浇筑，从而彻底解决桩基存在的各类隐患。虽然这种处理方案最有效，然而施工难度过高、配套要求过多且并不适用于大多数现场环境，加上昂贵的处理费用，一般很难采用此类处理方式。
3.3接桩
所谓接桩，就是在检测确定桩基/桩身存在缺陷的位置以及缺陷形状，在进行施工设计之后，先行降水、挖掘以及通过素混凝土作为护壁的方式，对桩基内部进行钢筋匝圈固定，直到位置合适后，在进行挖孔法进行施工，完成浇筑。
4.水利工程桩基检测准确性的影响因素
4.1检测结论的多解性
如上文所述，按照《建筑基桩检测技术规范》桩身完整性分为下列四类，即I类桩、II类桩、III类桩、IV类桩。然而，根据这一标准，桩基的完整性定义不够严谨，所以在很多检测结果中很难准确指出不同类型的断裂情况。
在实践当中，不同的仪器、不同的检测方式甚至是不同单位所做出来的检测结果往往存在很大差异，尤其是对于II类以及III类桩的定义更是时常会出现不同，以至于一些防洪指挥部在加固水利工程时，不得不寻找三至四家检测单位联合检测，在重合的检测区当中就发现有出现同一条桩被不同单位定义为II类以及III类桩的情况，所以检测结果是不一定十分精确的。
4.2非理想状态时出现的误判
在上文中曾经提到过，低应变反射波法需要有桩身截面保持一致、也不考虑桩基周边的压力分布，仅仅是观察应力波在传播过程中出现的能量损耗以及信号变化幅度，还假设桩基底部的阻土阻力和桩端的运动速度保持一致等诸多限定条件的情况下才比较有效，如果不具备这样的条件，在进行检测的时候就很容易出现环境不理想导致的误差。
4.3人员素质对检测结果的影响
诚然，能够参与水利工程桩基检测的单位，检测资质、设备配置以及人员配备一应俱全，但从实践中看，检测单位的工作人员综合素养并不能有效完成好检测任务。一些技术人员仅仅懂得在特定场景下进行检测，一些技术人员只能够根据仪器采集的数据与波形来进行质量检测评价。所以，人员素质也会对桩基检测结果造成不良影响。
5.水利工程桩基检测优化建议
整体来看，虽然近年来我国在检测水利工程桩基安全隐患时，常常会运用到低应变反射波检测技术，但这一技术本身对检测工况的要求比较苛刻，同时检测单位在出具检测结果时常常会出现误差。所以一方面有关部门应该通过多单位分区检测、部分分区重合的方式来综合考察检测结果，另一方面检测单位应该更深入地考察成孔以及混凝土灌浆过程中的实际情况以及施工资料，同时采用钻芯检测的方式来进一步明确检测结果，在初步检测时也可以选择声波透射、高应力等技术搭配检测，进一步加强检测的准确性。
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