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1、桩基质量检测技术(上),课程内容,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,一 桩基检测概论,(一)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
2、年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。,桩基检测概论（续）,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。,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。,基桩分类,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
3、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；,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）。,桩的选型误区,（1）凡嵌岩桩必为端承桩（）导致嵌岩深度加大，工期延长，造价提高（2）将挤土沉管灌注桩用于高层建筑（）由于挤土效应造成断桩、缩颈、上浮，事故频发且严重（3）预制桩质量稳定
4、性高于灌注桩（）优于沉管灌注桩是肯定的。但有以下三点应特别注意：沉桩挤土效应；无法穿透硬夹层，桩长受限制；单桩承载力可调范围小，难于实现变刚度调平设计。,桩的选型误区,（4）人工挖孔桩质量可靠（）地下水位以上人工挖孔桩可实现彻底清孔、直观检查持力层，且无断桩缩颈现象。存在隐患：边挖孔边抽水，细颗粒流失，地面下沉，乃至护壁整体脱落临近新灌注混凝土桩抽水，带走水泥，造成离析在流动性淤泥中挖孔，引起淤泥侧向流动，导致土体失稳滑移，桩体倾斜断桩（5）灌注桩不适当扩底（）岩石fr混凝土fc情况下扩底，不必要；桩侧土层较好、桩长较大情况下扩底，既损失扩底端以上部分侧阻力，又增加扩底费用，可能得失相当或失大
5、于得；将扩底端置于有软弱下卧层的薄硬层上，增大沉降。,桩基工程常见的质量问题,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；冲、钻孔灌注桩1、断桩；2、离析；3、塌孔、缩颈、夹泥；4、沉渣过厚；,预应力钢筋混凝土管桩,桩基工程常见的质量问题,人工挖孔桩：混凝土浇筑不当造成离析，如未采用串筒或串筒距离过大；孔底地下水未抽干就灌注混凝土，造成桩底混凝土离析；边抽水边挖孔，造成地下水位下降，对护壁造成不利影响，影响桩侧阻力发挥。PHC管桩：锤击拉应力引起桩身开裂；接头焊接质量差或冷却时间不够，造成接头断裂；打桩或压桩时偏心，容易造成桩身断裂；桩间距小，沉桩造成
6、的挤桩效应导致桩上浮，影响桩竖向承载力；短桩长的压桩力控制不当，造成承载力不足。,桩基检测概论,（二）桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段施工前的检测、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；,桩基检测新方法,1、测定承载力的自平衡法；2、静动法；3、检测桩身混凝土缺陷的CT扫描等；,CT桩身质量检测,反力架静载试验,高应变动力检测,静载试验,成孔质量检测,桩基取芯检测,桩基低应变检测技术,桩基动测实测曲线,灌注桩的施工分为成孔和
7、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。,二 灌注桩成孔质量检测,一简易法检测,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。,三、声波法检测,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
8、法大致有测锤法、电阻率法、电容法、声波法等。,一、竖向抗压静载试验；二、单桩竖向抗拔静荷载试验；三、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。,三 桩基静载试验,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、
9、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。,（一）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QS曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线Slgt，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）。,单桩竖向抗压静载试验,适用范围检测单桩的竖向抗
10、压承载力，测定桩分层侧阻力和端阻力或桩身截面的位移量工程桩检测，应加载至单桩承载力特征值的2.0倍（特别注意：施工终压桩力不等于极限承载力！）,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；,锚桩横梁反力装置,堆重平台反力装置,堆重平台反力装置,堆重平台反力装置,锚桩反力装置,53,锚桩横梁反力装置,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,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
11、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。,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,钢筋笼,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
12、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0.5 mmmin,加载至总贯人量为5070mm，或荷载不再增大为止。,千斤顶并联同步工作加载反力装置，包含反力结构的验算、提供量、支座承载力、锚桩钢梁的强度和变形验算 同一根钢梁，当用于锚桩横梁反力装置和用于压重平台反力装置，允许使用的最大试验荷载是不同的。压重平台反力装置的主梁和次梁是受均布荷载作用，而锚桩横梁反力装置的主梁和次梁受集中荷载作用，一般
13、情况下，使用于锚桩横梁仅为压重平台的1/2,仪器设备安装,仪器设备安装,锚桩压重联合反力装置 应注意两个问题，一是当各锚桩的抗拔力不一样时，重物应相对集中在抗拔力较小的锚桩附近;二是重物和锚桩反力的同步性问题，拉杆应预留足够的空隙，保证试验前期锚桩暂不受力，先用重物作为试验荷载，试验后期联合反力装置共同起作用。荷载测量，传感器误差1%、压力表精度优于0.4级、不超过工作压力80%，千斤顶使用量程 采用以下两种形式，一是通过用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，二是通过并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。用荷重传感器测力，不需考虑千斤顶活塞摩擦对出力的影响;
14、用油压表(或压力传感器)间接测量荷载需对千斤顶出力进行率定，受千斤顶活塞摩擦的影响，不能简单地根据油压乘活塞面积计算荷载 单向阀应安装在压力表和油泵之间，才能监控千斤顶的实际油压值,仪器设备安装,沉降测量，误差0.1%FS、分辨力优于0.01mm，安装个数、测量位置基准梁、表座、基准桩的安装 基准桩应打入地面以下足够的深度，一般不小于1m。基准梁应一端固定，另一端简支，这是为减少温度变化引起的基准梁挠曲变形。在满足表425的规定条件下，基准梁不宜过长，并应采取有效遮挡措施，以减少温度变化和刮风下雨的影响，尤其在昼夜温差较大且白天有阳光照射时更应注意。,现场检测,试桩准备加卸载方式为设计提供依据
15、的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法加载数据测读时间终止加载条件,试验资料整理,绘制有关试验成果曲线，一般绘制QS（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。,数据分析与判定数据整理，需提供Q-s、s-lgt曲线，轴力图和桩侧阻力、桩端阻力值 单桩竖向抗压极限承载力的判定单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定单桩竖向抗压承载力特征值报告内容需提供桩周土层柱状图、试桩设计施工参数,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
16、）对于缓变型QS曲线，一般可取S4060mm对应的荷载；3）取Slgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。,图13 单桩 Q-s 曲线 图14 单桩 s-logt 曲线,单桩竖向抗压静载试验的几个问题,主梁压实千斤顶 支座承载力不足，造成试验前主梁压实千斤顶，前几级的沉降非常小，试验记录不真实，造成结果误判。边堆载边试验 为了避免试验前主梁压实千斤顶，或出现安全事故，可边堆载边试验，应满足规范规定的“每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的土10”，试验结果应该是可靠的。,单桩竖向抗压静载试验的几个问题,偏心问题 造成偏心的因素：制作的桩帽轴心与原桩身轴线严重偏离；支墩下的地基土不均
17、匀变形；用于锚桩的钢筋预留量不匹配，锚桩之间承受荷载不同步；采用多个千斤顶，千斤顶实际合力中心与桩身轴线严重偏离。是否存在偏心受力，可以通过四个对称安装的百分表或位移传感器的测量数据分析得出。4个测点的沉降差不宜大于35mm，不应大于10mm。,单桩竖向抗压静载试验的几个问题,严禁采用静力压桩机做静载试验加载反力装置 存在主要问题：一是“基准桩中心与锚桩中心（或压重平台支墩边）的距离”违反JGJ1062003规范第条“基准桩中心与锚桩中心（或压重平台支墩边）的距离4D且2.0m”的要求；二是“加、卸载时荷载的传递”达不到JGJ1062003规范第条第3款“加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲
18、击，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%”的要求。,单桩竖向抗压静载试验的几个问题,混凝土桩的桩头处理 距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片23层，间距60100mm。桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高12级，且不得低于C30。,（二）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，桩基础上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。,试验加载装置,一般采
19、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，将千斤顶置于两根锚桩之上，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，应沿桩身通长配筋，以免出现桩身的破损。,（三）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
20、地基反力系数,图16 单桩静载荷试验的加载装置,单桩水平静载试验,仪器设备安装位移计安装，在水平力作用平面对称安装两个位移计测量水平位移；当需要测量转角,在以上 50cm安装位移计，利用上下位移计差与位移计距离的比值可求得地面以上桩的转角基准点应设置在试验影响范围之外与作用力方向垂直且与位移方向相反的试桩侧面，净距不小于1倍桩径 如图6-2传感器安装远离中性轴，夹角不大于10地面下10倍桩径为主要测量范围，断面间距不大于1倍桩径,单桩水平静载试验,现场检测单向多循环加载法，应力应变试验应采用维持荷载法加卸载方式和位移测量终止加载条件数据分析与判定数据整理，需提供H-t-Y0、H-Y0/H关系曲
21、线、H-m、Y0m 曲线应力测试应提供桩身弯矩图、H-s曲线单桩临界荷载的判定 单桩的水平临界荷载Hcr指桩身受拉区砼明显退出工作前、桩身产生开裂时所能承受的最大荷载 单桩极限承载力的判定 单桩水平极限承载力Hu指桩身材料破坏前或产生结构所能承受变形前的最大荷载,图17 水平静载荷试验H0tx0曲线,自平衡法静载试验技术osterberg法,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
22、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。,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Qs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。,自平衡法受力模式,囊式荷载箱组焊准备,囊式荷载箱组焊,囊式荷载箱导流筒,囊式荷载箱导流筒混凝土填充,囊式荷载箱-钢筋笼焊装,
23、囊式荷载箱-导正筋,应用范围,自平衡试桩法适用于部性土、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。,优点,(a)装置简单，不占用场地、不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架；试验时十分安全，无污染；(b)利用桩的侧阻与端阻互为反力，直接测得
24、桩侧阻力与端阻力；(c)试桩准备工作省时省力；(d)试验费用较省，与传统方法相比可节省试验费约3040，具体比例视桩与地质条件而定；(e)试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用输压管对桩底进行压力灌浆；(f)在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等情况下，该法更显示其优越性。,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.,哈尔滨市轨道交通一号线一期工程医大二院站,基坑监测方案设计,
