第九章—桩基检测技术

第九章桩基检测技术1一、桩基检测概论二、灌注桩成孔质量检测三、桩的静载试验四、桩的低应变、高应变动力检测五、声波透射检测六、钻芯法检测七、动力触探检测2主要内容第一节桩基检测概论一、桩基础在我国的应用二、桩基础的分类三、桩基工程常见的质量问题四、桩基检测的主要方法3一、桩基础在我国的应用在我国各类工程建设中，广泛采用桩基础：桩基础是历史悠久、应用广泛的一种基础形式。在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都有普遍应用。7000年前我国就出现了木桩（如上海北宋的龙华塔）；1820年以后，出现了铸铁钢板桩修筑围堰和码头；1900年以后，美国出现了大量钢桩基础；1898年俄国提出就地灌注混凝土桩；1901年美国提出沉管灌注桩，1930左右在我国上海应用；1960年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。4自此以后，随着桩基础应用领域的扩宽，机械设备和施工技术不断得到改进与发展，产生了各种新桩型和新工法，为桩在复杂地质条件和环境条件下的应用注入了勃勃生机。今天桩基础已成为高层建筑、大型桥梁、深水码头和海上石油平台等采用的主要基础形式。目前我国桥梁工程中最大桩径已超过5m，基桩入土深度已达100m以上。5一、桩基础在我国的应用桩基础在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都得到普遍应用。6二、桩基础的分类按成桩方法对土层的影响分类：1、挤土桩（打入、压入、沉管灌注桩）；2、部分挤土桩、微排土桩（I型、H型钢桩、钢板桩、开口式钢管桩和螺旋桩）；3、非挤土桩（挖孔、钻孔灌注桩）；按成桩方法对土层的影响分类：1、木桩；2、钢桩；3、混凝土桩；4、组合桩；7二、基桩分类按桩的功能分类：1、抗轴向压桩（摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩）；2、抗侧压桩；3、抗拔桩；按成桩方法分类：1、打入桩；2、就地灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、夯扩桩、复打桩、支盘桩、树根桩）；3、静压桩；4、螺旋桩；5、碎石桩；6、水泥土搅拌桩（深层搅拌桩、粉喷桩）。8三、桩基工程常见的质量问题（1）沉管灌注桩1、断裂（侧向挤土）；2、拉裂（隆起）；3、缩颈；4、断桩离析；5、吊脚桩；（2）冲、钻孔灌注桩1、断桩；2、离析；3、塌孔、缩颈、夹泥；4、沉渣过厚；（3）混凝土预制桩1、桩身开裂；2、桩头打碎；3、挤折断；4、破裂；9四、桩基检测的主要方法桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段，可分为：施工前的检测、施工中的检测、施工后的检测；常规方法：1、单桩竖向抗压静载试验；2、单桩竖向抗拔静载试验；3、单桩水平静载试验；4、钻芯法；7、动力触探法；5、高应变动测；8、声波透射法；6、低应变动测；9、取样试件试验；101112131415CT桩身质量检测反力架静载试验161718高应变动力检测19静载试验20成孔质量检测2122桩基取芯检测2324桩基低应变检测技术桩基动测实测曲线2526第二节灌注桩成孔质量检测一、灌注桩成孔质量检测方法二、孔底沉渣厚度检测27灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件和施工的失误，都有可能产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成孔质量检验的内容：桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标。一、灌注桩成孔质量检测方法2829一简易法检测3031二、伞形孔径仪检测伞形孔径仪是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统。仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。32三、声波法检测333435二、孔底沉渣厚度检测孔底沉渣的厚薄直接影响桩端承力的发挥，沉渣太厚将使桩的承载能力大大降低，因此桩孔在灌注混凝土之前必须对沉渣厚度进行检测，必要时须进行再次清孔，直到沉渣厚度满足要求。目前测量沉渣厚度的方法大致有测锤法、电阻率法、电容法、声波法等。363738第三节桩基静载试验一、概述二、竖向抗压静载试验；三、单桩竖向抗拔静荷载试验；四、单桩水平静载试验；五、自平衡法静载试验技术39桩基静载试验可分为以下三种;竖向抗压静载试验；单桩竖向抗拔静荷载试验；单桩水平静载试验；静载试验可确定桩的承载力，可为设计提供依据，也可以为工程验收提供依据，是获得桩轴向抗压、抗拔以及横向承载力的最基本、最可靠的方法。我国建筑工程中惯用的静载试验方法是维持荷载法。又可分为慢速维持荷载法和快速维持荷载法。一、概述40静载方法原理简介•利用堆载或锚桩等反力装置，由千斤顶施力于单桩、复合地基或天然地基，并记录被测对象的位移变化，由获得的力与位移曲线（Q-S），或位移时间曲线（S-Lgt）等资料，按照国家行业标准可确定:1、单桩、复合地基或天然地基等极限承载力2、对工程桩的承载力进行抽样检验和评价3、实测桩身摩阻力和桩端阻力(研究性试验)适用范围：单桩竖向抗压静载荷试验、单桩水平静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、地基处理的静载荷试验、天然地基的平板竖向静载荷试验等。41二、竖向抗压静载试验•单桩竖向抗压静载试验，就是采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法。荷载作用于桩顶，桩顶产生位移（沉降），可得到单根试桩Q－S曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线S－lgt，当桩身中埋设量测元件（传感器、位移杆）时，还可以直接测得桩侧各土层的极限摩阻力和端承力（成本较高，主要用于大型、重点工程和科研试验）。42试验加载装置•1、锚桩横梁反力装置；•2、堆重平台反力装置；•3、锚桩堆重联合反力装置；•4、地锚反力装置；434445464748锚桩横梁反力装置49堆重平台反力装置50伞形地锚装置示意图地锚反力装置2000T桩基静载设备，曾用于北京海洋馆作静载试验51测试仪表一般选用单台或多台同型号的千斤顶并联加载；荷载可用并联于千斤顶的高精度压力表测定油压，并换算为荷载，重要的桩基试验还需在千斤顶上放置应力环或压力传感器实行双控校正。沉降测量一般采用百分表或电子位移计，设置在桩的2个正交直径方向，对称安装4个；小直径桩可安装2个或3个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小于0.5倍桩径。52桩身量测元件国内桩身埋设的测试元件用得较多的是电阻式应变计和振弦式钢筋应力计，用屏蔽导线引出。在国外，以美国材料及试验学会（ASTM）推荐的量测钢管桩桩身应变的方法较为常用，即沿桩身的不同标高处预埋不同长度的金属管及测杆，用千分表量测杆趾部相对于桩顶处的下沉量，经计算求得应变与荷载。桩端阻力一般用埋置于桩端的扁千斤顶量测。钢筋应力计53加载方法一般采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每一级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，直至破坏，然后卸载至零。我国沿海软土地区也较多采用快速维持荷载法，即每隔lh加一级荷载。快速法所得的极限荷载所对应的沉降值比慢速法的偏小百分之十几。另外还有多循环加卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）及等贯入速率法。此法的加荷速率常取0.5mm／min,加载至总贯人量为50－70mm，或荷载不再增大为止。54试验资料整理•绘制有关试验成果曲线，一般绘制Q－S（按整个图形比例横：竖=2：3，取Q/S的坐标比例)、S-lgt、S-lgQ曲线以及其他进行辅助分析所需曲线。5556单桩竖向极限承载力的确定在工程实践中，除了遵循有关的规范规程外，可参照下列标准确定极限承载力：l）当Q-S曲线的陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载；2）对于缓变型Q－S曲线，一般可取S＝40～60mm对应的荷载；3）取S－lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。5758某桩静载试验Q－s曲线图2Q-S曲线图3lgt～S曲线5960三、竖向抗拔静荷载试验高耸建（构）筑物往往承受较大的水平力，导致部分桩承受上拔力，多层地下室的底板也会承受较大水浮力，而抗拔桩是重要的措施。迄今为止，桩基础抗拔承载力的计算还没有从理论上得以很好解决，现场原位抗拔试验就显得相当重要。61试验加载装置一般采用千斤顶加载，其反力装置一般采有两根锚桩和承载梁组成，试桩和承载梁用拉杆连接，将千斤顶置于两根试桩之上，顶推承载梁，引起试桩上拔。应尽量利用工程桩为反力锚桩，若灌注桩作锚桩，直沿桩身通长配筋，以免出现桩身的破损。62636465四、单桩水平静载试验单桩水平静载试验采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法达到下列目的：1．确定试桩承载能力•试桩的水平承载力可直接由水平荷载和水平位移曲线判定，亦可根据实测桩身应变来判定。2．确定试桩在各级荷载下弯矩分布规律•当桩身埋设有量测元件时，可以较精确求得各级水平荷载作用下桩身弯矩的分布情况，从而为检验桩身强度，推求不同深度弹性地基系数提供依据。3．确定弹性地基系数4．推求实际地基反力系数6667686970五、自平衡法静载试验技术传统单极竖向抗压静载试验需要较大的反力装置，除非埋设桩底反力和桩身应力、应变测量元件，试验结果不能划分桩侧阻力和桩端阻力。对于大直径大吨位的桩和大开挖的桩基工程，由于试验设备无法安装，静载试验难以进行。静载试验工作费时、费力、费钱。以致许多重要的建、构筑物的大吨位基桩往往得不到准确的承载力数据，基桩的承载潜力不能得到有效地发挥。71原理自平衡法静载试验技术是将千斤顶放置在桩的底部，向上顶桩身的同时，向下压桩底，使桩的摩阻力和端阻力互为反力，分别得到荷载一位移曲线，叠加后得到桩顶的承载力和位移关系的Q－s曲线。这种方法解决了大吨位桩竖向承载力现场试验，并分别测得桩侧阻力和桩端阻力以便更有利于指导设计。利用这种新试验技术，还可完成人工挖孔桩持力层原位荷载试验，对受场地条件限制无法进行常规静载试验的桩进行单桩竖向承载力现场试验。72应用范围自平衡试桩法适用于粘性土、粉土、砂土、岩层中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等，特别适用于传统静载试桩相关困难的水上试桩、坡上试桩、基坑底试桩，狭窄场地试桩等情况。1998年10月，Osterberg本人撰文总结了该试桩法在世界各地10年的应用经验。据称，该法已成功地应用于钻孔桩、壁板桩、打人式钢管桩及预制混凝土桩等桩型共约300余例。单桩最大试验荷载已达到133MN（13300t），深长达90m，桩径达3m。73试验装置自平衡试桩法的主要装置是经特别设计的液压千斤顶式的荷载箱，也称为压力单元。荷载箱可以是一次性的，也可以是可回收的。可回收的荷载箱一般放置在空心预制桩的内部、离桩底不远的位置。一对精细加工的卡口事先浇筑在试验桩内部桩端的稍上部，试验时将荷载箱放到卡口的位置，顺时针旋转90度，将其锁住；试验后再逆时针旋转90度，将其卸下回收，重复使用。不可回收的千斤顶可以是锅式的，可以是鞘式的.7475第四节桩基低应变动力检测一、概述及原理二、桩身完整性的定义三、低应变检测实例76桩基动力检测是指在桩顶施加一个动态力（可以是瞬态冲击力或稳态激振力）。桩土系统在动态力的作用下产生动态响应信号（位移、速度、加速度信号），通过对信号的时域分析、频域分析或传递函数分析，判断桩身结构的完整性，推断单桩承载力。根据作用在桩顶上的动荷载能量能否使桩土之间发生一定弹性位移或塑性位移，把动力测桩分为低应变、高应变两种方法。低应变作用在桩顶上的动荷载远小于桩的使用荷载，能量小，只能使桩土产生弹性变形。一、概述及原理77低应变动测技术反射波法机械阻抗法水电效应法动力参数法共振法球击法青藏线基桩检测78低应变反射法原理基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。79低应变动测仪器激振设备、传感器、放大器、信号采集分析仪。80FDP204(B)掌上动测仪818283848586目前倾向于低应变法仅能检测桩身完整性87二、桩身完整性定义桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度，统一划分为四类