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【摘 要】 在城市化、新型城市化及城镇化日益发展的今日，高层建筑的出现已不足为奇，随着高层建筑基础形式的多样化，桩基础在高层建筑中得到普遍采用，同时高层建筑桩基检测也成为建筑施工中的一个关注点。本文通过高层建筑桩基础的施工技术，对高层建筑的桩基检测技术进行探析。
【关键词】 高层建筑;桩基检测;技术探析
引言：
所谓高层建筑，是指超过一定高度和层数的多层建筑。高层建筑在各个国家的标准也是不相同的，在美国，24.6m或7层以上的建筑被视为高层建筑;在日本，31m或8层及以上视为高层建筑;在英国，将等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑，我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑与超过24米高的其他民用建筑均被视为高层建筑。
一、高层建筑的桩基施工技术概述
1、高层建筑桩基的定义
桩基础是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成的承受承台及承台以上结构的压力并向下传递其荷载的一种基础的型式，它具有足够强大的群桩承载力和竖向单桩承载力，具有很大的群刚度或竖向单桩刚度，并且在相邻荷载或自重的影响下，不会产生超过使用要求的不均匀沉降，还能确保建筑物的倾斜不超过允许范围;它凭借巨大的单桩侧向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，能够抵御由于地震、风等外力引起的水平荷载与力矩荷载，保证了高层建筑的抗倾覆稳定性;不仅如此，桩基桩身穿过可液化土层而支承在稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化及震陷的情况下，桩基凭借深部稳固土层，仍具有足够的抗压与抗拔承载力，不产生过大的沉陷与倾斜。因此桩基在高层建筑基础施工中已经得到了普遍采用。
2、高层建筑桩基施工技术
高层建筑桩基根据桩基的施工方法不同主要可分为预制桩与混凝土灌注桩，预制桩是指在固定的场地按照设计图纸等相关要求将桩基事先预制成型，然后利用大型打桩机械设备将桩基沉至设计标高的一种桩基施工方法;混凝土灌注桩是指利用人工挖孔或钻孔机械，从地表向下在地下开挖成孔后，将预制好的钢筋笼吊放入孔，最后灌注混凝土使其成桩的一种施工技术。
1）预制桩施工技术要点
目前，高层建筑预制桩可大致分为混凝土桩（细分为方桩、管桩）和钢桩（分为H型钢桩、钢管桩）两大类。在实际进行混凝土桩、钢桩的沉桩时，可根据设计的要求及项目施工的特点，分别选择锤击打入法、水冲桩法、振动沉桩法等多种方式;采用锤击打入法、振动沉桩法进行高层建筑桩基施工时，需要采取有效措施使基础地基及作业面周围的土体结构变形得到控制;若采用水冲法沉桩的桩基施工方法，针对敞口混凝土桩、敞口钢管桩可以往其内部注水、喷射水的方式进行施工;对于混凝土方桩、H型钢桩，则需要在其外部以喷射水的方式直接进行施工。
2）灌注桩的施工技术要点
采用灌注桩施工高层建筑的桩基时，首先需要根据现场施工自然条件、施工项目特点及成桩所采用的方法，对工程现场的土层表面进行平整处理;如果采取人工挖孔的方式开设成桩孔时，在平整场地时应重点考虑土料的运输方式，还要做好桩孔护壁混凝土的安全保障，成孔后對孔进行检查合格后，若孔内无水，可采用泵送混凝土进行浇筑;倘若是以设备钻入的方式开设桩孔，应注意作业面的排水，沟槽、泥浆池的设置，成孔后利用机械吊放钢筋笼入孔，清孔达到各项指标后进行水下混凝土浇筑，桩基混凝土浇筑要控制好浇筑质量。
二、高层建筑桩基检测技术
高层建筑桩基检测技术是指采用一定的检测仪器，对桩的承载力、使用安全等相关指标是否达到相关要求进行检测分析，况且桩基属于隐蔽工程，一旦出现安全隐患，后果将不堪设想，所以高层建筑桩基检测是一项非常重要的工作程序。高层建筑桩基检测技术主要有成孔质量检测（混凝土灌注桩）、桩的承载力检测与桩的完整性检测三个大的方面。
1）成孔质量检测（混凝土灌注桩）
在高层建筑桩基施工的工程中，成孔的质量会影响到混凝土浇筑后成桩质量，例如桩孔孔径偏小、桩孔上部孔径扩大、桩孔偏斜以及桩底沉渣过厚等都会使得整个桩的承载力降低。所以高层建筑成孔质量检测对于控制成桩非常重要，成孔质量检验的内容主要包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等。
高层建筑桩基成孔质量测试一般可采用的仪器设备有孔径仪、沉渣测定仪、型井斜仪、深度记录仪（充电脉冲发生器）、电动绞车、孔口轮等，它们分别是对成孔的孔深、孔径、孔斜率及沉渣厚度的检测。检测合格结果须表现为：实测孔深不小于设计孔深，实测最小桩径不小于设计孔径，实测垂直度、实测孔底沉渣厚度是否满足规范要求。
2）桩的承载力的检测
桩的承载力检测是在成桩后，当混凝土灌注桩的混凝土强度基达到养护龄期后，通过一定的检测仪器和检测手段，通过对检测仪器反馈的数据进行分析论证，从得出的结论中来评定桩基承载力是否满足设计要求。桩的承载力检测有静荷载试验法和高应变法两种。
桩基高应变法是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击，使桩周围土产生塑性变形，在桩头形成实测力和速度的时程曲线，通过应力波理论分析得到桩土体系的有关参数，揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能，进而分析桩身质量，确定桩的极限承载力。高应变动测法的优点是检测速度比较快、对桩身的破坏小，但其致命的缺点是对阻尼系数Jc依赖性过高且较难准确确定阻尼系数Jc值。因此，在当代高层建筑中一般不适用高应变法确定单桩承载力。
静荷载试验法作为用于检测基桩承载力的一种检测技术，其试验法包含了基桩竖向和水平承载力检测，工程中普遍用到的是竖向抗拔、抗压静载荷试验。静载荷试验原理：采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置根据现场实际条件取a锚桩法，b堆载法，c锚（堆）法。荷载用连于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载，试桩沉降采用大量程百分表或位移传感器测量。静荷载试验法的优点是采用接近于竖向抗压、抗拔桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压、抗拔极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载能力进行抽样检验和评价。静荷载试验还可以验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。 3）桩的完整性检测
桩的完整性检测主要是检测桩基是否出现断桩、桩深是否连续、是否存在夹层等，检验确保桩基是连续完整的，这样在一定程度上保证了桩的承载力。桩的完整性检测法主要分为钻芯法（混凝土灌注桩）、低应变法和声波透射法（混凝土灌注桩）。
钻芯法根据芯样表现质量以及芯样试件抗压强度试验结果来综合评定桩质量的一种检测方法。受混凝土灌注桩的垂直度和取芯孔垂直度限制，一般要求受检桩桩径不宜小于800mm，长径比不宜大于30。因此该方法虽然简单直观，但很难被广泛应用于高层建筑中的超长桩。
低应变法可全面、快速、经济、准确地检测基桩质量，特别对检测缩径、夹泥、空洞、断桩等颇为灵敏，从而弥补了静荷载试验的不足。反射波法的检测原理是以一维弹性杆件的应力波理论为基础的。由于应力波的反射是由材料的波阻抗比发生变化而引起的，若桩身介质密度或桩身横载面发生变化时，则会使入射波产生反射。测试时，在桩顶锤激力的作用下，产生一弹性压缩波，此波以波速沿桩身向下传播，当遇到桩身截面变化或者桩身介质密度变化时，入射波将产生反射和透射，反射信号由安装在桩顶的检波器接收，通过桩基动测仪采集信号，再送到微机由多功能专用软件进行综合分析，根据处理后的时域波形图和频谱图，则可判断桩身是否有缺陷及缺陷的类型、位置和缺陷程度。
声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在混凝土内激发射高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征。当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时产生波的反射、透射和折射，使透射能量降低。当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射。
三、高层建筑桩基检测技术探析
高层建筑桩基检测技术已經在高层建筑的施工中开始出现了多样化，虽然桩基检测的方法都具有各自的优势，但同样存在着需要完善的地方。承载力检测中静载试验虽然精度很高，但主要适用于个别基桩的承载力检测，而且试桩过程中时间较长，费用较高，不适合大量应用在同一个工程。完整性检测中低应变检测反映的是桩身阻抗的变化，是对桩身缺陷部位缺陷程度的定性反映，对于缺陷的类型、方位、范围的大小难以准确的判断。而且由于桩身混凝土强度与混凝土波速之间没严格的对应关系，对桩长的检测结果也存在一定的误差。此外，低应变法检测结果的准确性还易受到桩长、桩径、场地工程地质条件。缺陷复杂程度及检测技术人员理论水平及经验等条件的影响。声波透射法准确性高，可定量分析出桩身缺陷的大小和确切部位。但声波透射法需埋声测管，即给施工带来不便，又增加的成本，另外现场检测费较高，检测效率较低。理论与实践证明超声波法与低应变法均是非常行之有效的基桩完整性检测方法，它们各有其优势和局限性。在高层建筑基桩检测中应结合工程实际情况，充分理解、利用两种检测方法的特点，使其优势互补，扬长避短。
四、结束语
虽然上述基桩检测技术在各种基桩检测工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的社会效益和经济效益，但我们也应该清楚的看到，各种基桩检测技术都还存在一些问题。为了解决这些问题，一方面，要不断改善已有仪器的硬件性能和质量，并努力开发出新的仪器，另一方面，要加强对基桩检测技术理论的研究工作，寻求更精确的物理模型，为我国的高层建筑提供更有力的质量保障。
参考文献：
[1]李万峰，低应变检测桩基础及缺陷桩处理效果探析，公路交通科技，2008
[2]刘金砺，桩基础设计施工与检测，北京：中国建材工业出版社，2001
[3]蒋建平，大直径桩基础竖向承载性状研究，上海同济大学出版社，2004
【关键词】 高层建筑;桩基检测;技术探析
引言：
所谓高层建筑，是指超过一定高度和层数的多层建筑。高层建筑在各个国家的标准也是不相同的，在美国，24.6m或7层以上的建筑被视为高层建筑;在日本，31m或8层及以上视为高层建筑;在英国，将等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑，我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑与超过24米高的其他民用建筑均被视为高层建筑。
一、高层建筑的桩基施工技术概述
1、高层建筑桩基的定义
桩基础是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成的承受承台及承台以上结构的压力并向下传递其荷载的一种基础的型式，它具有足够强大的群桩承载力和竖向单桩承载力，具有很大的群刚度或竖向单桩刚度，并且在相邻荷载或自重的影响下，不会产生超过使用要求的不均匀沉降，还能确保建筑物的倾斜不超过允许范围;它凭借巨大的单桩侧向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，能够抵御由于地震、风等外力引起的水平荷载与力矩荷载，保证了高层建筑的抗倾覆稳定性;不仅如此，桩基桩身穿过可液化土层而支承在稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化及震陷的情况下，桩基凭借深部稳固土层，仍具有足够的抗压与抗拔承载力，不产生过大的沉陷与倾斜。因此桩基在高层建筑基础施工中已经得到了普遍采用。
2、高层建筑桩基施工技术
高层建筑桩基根据桩基的施工方法不同主要可分为预制桩与混凝土灌注桩，预制桩是指在固定的场地按照设计图纸等相关要求将桩基事先预制成型，然后利用大型打桩机械设备将桩基沉至设计标高的一种桩基施工方法;混凝土灌注桩是指利用人工挖孔或钻孔机械，从地表向下在地下开挖成孔后，将预制好的钢筋笼吊放入孔，最后灌注混凝土使其成桩的一种施工技术。
1）预制桩施工技术要点
目前，高层建筑预制桩可大致分为混凝土桩（细分为方桩、管桩）和钢桩（分为H型钢桩、钢管桩）两大类。在实际进行混凝土桩、钢桩的沉桩时，可根据设计的要求及项目施工的特点，分别选择锤击打入法、水冲桩法、振动沉桩法等多种方式;采用锤击打入法、振动沉桩法进行高层建筑桩基施工时，需要采取有效措施使基础地基及作业面周围的土体结构变形得到控制;若采用水冲法沉桩的桩基施工方法，针对敞口混凝土桩、敞口钢管桩可以往其内部注水、喷射水的方式进行施工;对于混凝土方桩、H型钢桩，则需要在其外部以喷射水的方式直接进行施工。
2）灌注桩的施工技术要点
采用灌注桩施工高层建筑的桩基时，首先需要根据现场施工自然条件、施工项目特点及成桩所采用的方法，对工程现场的土层表面进行平整处理;如果采取人工挖孔的方式开设成桩孔时，在平整场地时应重点考虑土料的运输方式，还要做好桩孔护壁混凝土的安全保障，成孔后對孔进行检查合格后，若孔内无水，可采用泵送混凝土进行浇筑;倘若是以设备钻入的方式开设桩孔，应注意作业面的排水，沟槽、泥浆池的设置，成孔后利用机械吊放钢筋笼入孔，清孔达到各项指标后进行水下混凝土浇筑，桩基混凝土浇筑要控制好浇筑质量。
二、高层建筑桩基检测技术
高层建筑桩基检测技术是指采用一定的检测仪器，对桩的承载力、使用安全等相关指标是否达到相关要求进行检测分析，况且桩基属于隐蔽工程，一旦出现安全隐患，后果将不堪设想，所以高层建筑桩基检测是一项非常重要的工作程序。高层建筑桩基检测技术主要有成孔质量检测（混凝土灌注桩）、桩的承载力检测与桩的完整性检测三个大的方面。
1）成孔质量检测（混凝土灌注桩）
在高层建筑桩基施工的工程中，成孔的质量会影响到混凝土浇筑后成桩质量，例如桩孔孔径偏小、桩孔上部孔径扩大、桩孔偏斜以及桩底沉渣过厚等都会使得整个桩的承载力降低。所以高层建筑成孔质量检测对于控制成桩非常重要，成孔质量检验的内容主要包括桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度等。
高层建筑桩基成孔质量测试一般可采用的仪器设备有孔径仪、沉渣测定仪、型井斜仪、深度记录仪（充电脉冲发生器）、电动绞车、孔口轮等，它们分别是对成孔的孔深、孔径、孔斜率及沉渣厚度的检测。检测合格结果须表现为：实测孔深不小于设计孔深，实测最小桩径不小于设计孔径，实测垂直度、实测孔底沉渣厚度是否满足规范要求。
2）桩的承载力的检测
桩的承载力检测是在成桩后，当混凝土灌注桩的混凝土强度基达到养护龄期后，通过一定的检测仪器和检测手段，通过对检测仪器反馈的数据进行分析论证，从得出的结论中来评定桩基承载力是否满足设计要求。桩的承载力检测有静荷载试验法和高应变法两种。
桩基高应变法是利用重锤对桩顶进行瞬态冲击，使桩周围土产生塑性变形，在桩头形成实测力和速度的时程曲线，通过应力波理论分析得到桩土体系的有关参数，揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能，进而分析桩身质量，确定桩的极限承载力。高应变动测法的优点是检测速度比较快、对桩身的破坏小，但其致命的缺点是对阻尼系数Jc依赖性过高且较难准确确定阻尼系数Jc值。因此，在当代高层建筑中一般不适用高应变法确定单桩承载力。
静荷载试验法作为用于检测基桩承载力的一种检测技术，其试验法包含了基桩竖向和水平承载力检测，工程中普遍用到的是竖向抗拔、抗压静载荷试验。静载荷试验原理：采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置根据现场实际条件取a锚桩法，b堆载法，c锚（堆）法。荷载用连于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载，试桩沉降采用大量程百分表或位移传感器测量。静荷载试验法的优点是采用接近于竖向抗压、抗拔桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压、抗拔极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载能力进行抽样检验和评价。静荷载试验还可以验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。 3）桩的完整性检测
桩的完整性检测主要是检测桩基是否出现断桩、桩深是否连续、是否存在夹层等，检验确保桩基是连续完整的，这样在一定程度上保证了桩的承载力。桩的完整性检测法主要分为钻芯法（混凝土灌注桩）、低应变法和声波透射法（混凝土灌注桩）。
钻芯法根据芯样表现质量以及芯样试件抗压强度试验结果来综合评定桩质量的一种检测方法。受混凝土灌注桩的垂直度和取芯孔垂直度限制，一般要求受检桩桩径不宜小于800mm，长径比不宜大于30。因此该方法虽然简单直观，但很难被广泛应用于高层建筑中的超长桩。
低应变法可全面、快速、经济、准确地检测基桩质量，特别对检测缩径、夹泥、空洞、断桩等颇为灵敏，从而弥补了静荷载试验的不足。反射波法的检测原理是以一维弹性杆件的应力波理论为基础的。由于应力波的反射是由材料的波阻抗比发生变化而引起的，若桩身介质密度或桩身横载面发生变化时，则会使入射波产生反射。测试时，在桩顶锤激力的作用下，产生一弹性压缩波，此波以波速沿桩身向下传播，当遇到桩身截面变化或者桩身介质密度变化时，入射波将产生反射和透射，反射信号由安装在桩顶的检波器接收，通过桩基动测仪采集信号，再送到微机由多功能专用软件进行综合分析，根据处理后的时域波形图和频谱图，则可判断桩身是否有缺陷及缺陷的类型、位置和缺陷程度。
声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在混凝土内激发射高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征。当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时产生波的反射、透射和折射，使透射能量降低。当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射。
三、高层建筑桩基检测技术探析
高层建筑桩基检测技术已經在高层建筑的施工中开始出现了多样化，虽然桩基检测的方法都具有各自的优势，但同样存在着需要完善的地方。承载力检测中静载试验虽然精度很高，但主要适用于个别基桩的承载力检测，而且试桩过程中时间较长，费用较高，不适合大量应用在同一个工程。完整性检测中低应变检测反映的是桩身阻抗的变化，是对桩身缺陷部位缺陷程度的定性反映，对于缺陷的类型、方位、范围的大小难以准确的判断。而且由于桩身混凝土强度与混凝土波速之间没严格的对应关系，对桩长的检测结果也存在一定的误差。此外，低应变法检测结果的准确性还易受到桩长、桩径、场地工程地质条件。缺陷复杂程度及检测技术人员理论水平及经验等条件的影响。声波透射法准确性高，可定量分析出桩身缺陷的大小和确切部位。但声波透射法需埋声测管，即给施工带来不便，又增加的成本，另外现场检测费较高，检测效率较低。理论与实践证明超声波法与低应变法均是非常行之有效的基桩完整性检测方法，它们各有其优势和局限性。在高层建筑基桩检测中应结合工程实际情况，充分理解、利用两种检测方法的特点，使其优势互补，扬长避短。
四、结束语
虽然上述基桩检测技术在各种基桩检测工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的社会效益和经济效益，但我们也应该清楚的看到，各种基桩检测技术都还存在一些问题。为了解决这些问题，一方面，要不断改善已有仪器的硬件性能和质量，并努力开发出新的仪器，另一方面，要加强对基桩检测技术理论的研究工作，寻求更精确的物理模型，为我国的高层建筑提供更有力的质量保障。
参考文献：
[1]李万峰，低应变检测桩基础及缺陷桩处理效果探析，公路交通科技，2008
[2]刘金砺，桩基础设计施工与检测，北京：中国建材工业出版社，2001
[3]蒋建平，大直径桩基础竖向承载性状研究，上海同济大学出版社，2004