《部分桩基检测》PPT课件.ppt

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1、岩土工程测试与检测技术（桩基检测）,第四部分 桩基检测,桩基检测概论 桩的静载试验 应力波理论 低应变检测 高应变检测,1.桩基检测概论-目录,第四部分 桩基检测,1.4 常见质量事故,1.2 桩的破坏模式,1.3 影响单桩竖向承载力的因素,1.1 基本概念,1.5 基桩检测技术,1.桩基检测概论,1.1 基本概念,第四部分 桩基检测,桩基础 单桩基础 群桩基础 复合桩基 复合基桩,单桩竖向极限承载力 单桩竖向承载力特征值 群桩效应 负摩阻力 闭塞效应,1.桩基检测概论,1.2 桩的破坏模式,第四部分 桩基检测,1.桩基检测概论,1.2 桩的破坏模式,第四部分 桩基检测,1.桩基检测概论,1.

2、3 影响单桩竖向承载力的因素,第四部分 桩基检测,桩侧土的性质和土层分布 桩端土的性质 桩的几何特征 成桩效应 成桩质量,1.桩基检测概论,1.4 常见质量事故-定义,第四部分 桩基检测,工程勘察质量问题 桩基础设计质量问题 施工质量问题 检测问题 环境的影响,1.桩基检测概论,1.4 常见质量事故,第四部分 桩基检测,桩本身的问题 接桩问题 桩身垂直度“拒打”“上浮吊脚”捶打出现的问题,（1）打入式预制桩,1.桩基检测概论,1.4 常见质量事故,第四部分 桩基检测,钻孔倾斜 塌孔 充盈系数过大 桩身缩径、夹泥、断桩、离析 孔底沉渣 桩头浮浆,（2）钻孔灌注桩,例题讲解,一钢筋混凝土预制桩截面

3、为400400，桩长12米，场地土质如下，假设桩端持力层压缩量为14mm。试估算桩顶荷载550kN时桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力及基桩的沉降量。桩身弹性模量为29kN/mm平方,【解】桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力计算如下表所示：,桩身弹性压缩量,基桩沉降量为：0.85+14=14.85mm,第四部分 桩基检测,1.5 基桩检测技术概述,基桩检测目的：检验设计质量。在我国称为“设计阶段试桩”，国外称为“前期试验”(preliminary test)或”施工前试验“（preconstruction test)。检验施工质量。国内外都称为“工程验收试验”(testing for acceptance

4、)。桩基检测意义：基桩检测主要在桩基础施工前和施工后进行，是桩 基础设计和施工质量验收中的重要组成部分。,第四部分 桩基检测,检测工作程序,现场检测,计算分析评价,检测报告,其他分析资料,补充扩大检测,制定检测方案,前期准备,接受委托,第四部分 桩基检测,检测报告内容,第四部分 桩基检测,委托方名称，工程名称、地点、建设、勘察、设计、监理和施工单位、基础、结构型式、层数、设计要求、检测目的、检测依据、检测数量、检测日期 地质条件描述 受检桩的桩号、桩位和相关施工记录 检测方法、检测仪器设备、检测过程叙述 受检桩的检测数据、实测与计算分析曲线、表格和汇总与检测内容相应的检测结论,检测项目、方法,

5、桩基静载试验,高应变法,超声波透射法,钻孔取芯法,高应变法,低应变法,第四部分 桩基检测,检测项目、方法,第四部分 桩基检测,桩身完整性分类表,桩身完整性（pile integrity)：反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。,1.5 基桩检测技术概述,第四部分 桩基检测,桩身完整性判定表中关键词是“结构承载力”，结构承载力是基桩本身的属性，它仅与桩身材料强度和桩身截面积有关，与周边土层无关。桩身质量（完整性）分成4类与桩的合格与否无关。桩是否合格按照国标“建筑地基基础工程施工质量验收规范”GB50202-2002要求，对不同的桩验收有不同的要求。,第四部分 桩基检测

6、,试桩选择的要求：施工质量有疑问的桩；设计方认为重要的桩；局部地质条件出现异常的桩；施工工艺不同的桩；承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的类桩除上述规定外，同类桩型宜均匀随机分布,1.5 基桩检测技术概述,第四部分 桩基检测,休止期：在进行单桩承载力检测时，预制桩在沉桩后到进行试验时的间歇时间（休止期）不应少于桩周土体强度恢复时间.,1.5 基桩检测技术概述,第四部分 桩基检测,检测开始时间的要求：采用低应变检测时，受检桩砼强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa；当采用钻芯法时，受检桩的砼龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度；满足休止时间的要求。,1.5 基桩检测

7、技术概述,第四部分 桩基检测,注意：当抽样检测中发现承载力不满足设计要求或、类桩比例较大时，应进行复检；对类桩应进一步检测，核实单桩承载力；对类桩应进行工程处理；事故工程的单桩承载力验收性检测时，应在桩身 完整性检测分类的基础上进行，并综合评价,1.5 基桩检测技术概述,第四部分 桩基检测,建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003)建筑地基基础设计规范（GB5007-2002）上海市工程建设规范地基基础设计规范DGJ08-11-1999上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程DGJ08-218-2003,检测依据,第四部分 桩基检测,说明：桩基静载试验是目前设计阶段确定单桩极限承载力、施工

8、完成后抽检单桩极限承载力最直接、最可靠的检测方法,2.桩的静载试验-目录,第四部分 桩基检测,第四部分 桩基检测,2.1 单桩竖向抗压静载试验,需做的情况：,2.桩的静载试验,第四部分 桩基检测,当设计有要求或满足下列条件之一时，施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值：设计等级为甲级、乙级的桩基地质条件复杂、桩施工质量可靠性低 本地区采用的新桩型或新工,2.1 单桩竖向抗压静载试验,需做的情况：,2.桩的静载试验,第四部分 桩基检测,对单位工程内且在同一条件下的工程桩，当符合下列条件之一时应采用单桩竖向抗压承载力静载试验进行验收检测：设计等级为甲级的桩基地质条件复杂、桩施工质量可靠性

9、低本地区采用的新桩型或新工艺挤土群桩施工产生挤土效应。,2.1 单桩竖向抗压静载试验,（1）对试桩的要求 1.试桩的沉桩工艺和质量控制标准应和工程桩一致 2.试桩桩顶一般应予加强 3.试桩顶部露出地面高度不宜小于200mm，试坑地 面标高与桩承台底设计标高一致 4.休止时间满足规范要求,2.桩的静载试验,第四部分 桩基检测,试桩、锚桩和基准桩之间的中心距离要求,（2）实验设备 加载装置：油压千斤顶、百分表（位移传感器）、压力表（或压力传感器）、油泵、油管、数据采集仪。,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,反力装置：,压重平台反力装置,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检

10、测,锚桩横梁反力装置,反力装置：,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,2.反力装置：,锚桩压重联合反力装置,第四部分 桩基检测,现场反力装置要求：反力装置能提供的反力不得小于最大加载量的1.2倍应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算应对锚桩抗拔力（地基土、抗拔钢筋、桩的接头）进行验算，并应监测锚桩上拔量。当采用工程桩做锚桩时，锚桩的数量不得小于4根。压重平台应考虑平台的强度稳定性以及平台支墩施加于地基土上的压力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍。,采用同种型号和规格的千斤顶并联同步工作最大试验荷载对应的千斤顶宜为量程的30%80%,现场荷载装置要求,第四部分 桩基检测,（3

11、）试验方法1.加卸载分级（1）加载分级：每级加载值为预估极限承载力 1/10-1/12，第一级取两倍级差（2）卸载分级：每级卸载值取每级加载值的2倍2.加卸载方法（1）慢速维持荷载法（2）快速维持荷载法 注意：加卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中应保持数值稳定变化幅值不超过分级荷载的10%,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,（3）试验方法,2.1 单桩竖向抗压静载试验,慢速维持荷载法：,第四部分 桩基检测,（3）试验方法,2.1 单桩竖向抗压静载试验,快速维持荷载法：,第四部分 桩基检测,（4）终止加载条（1）试桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级的5倍

12、（2）试桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级的2倍 且经24h尚未稳定（3）达到设计要求的最大加载量且沉降稳定，或已达到 反力装置提供的最大加载量或桩身出现明显破坏现象（4）当荷载-沉降曲线呈缓变形时应按总沉降控制：桩长小于等于40m，总沉降宜按60-80mm控制 桩长大于40m，可根据具体要求控制至100mm以上（5）对于灌注桩及接头的预制桩，当满足1、2款，但未达 到最大加载量时，宜继续加载至总沉降达到100mm以上,在静载荷试验过程中，中途停止试验后，恢复试验时，应先加载至前一级荷载，稳定后继续进行试验。,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,（5）数据分析与判定,2.1 单

13、桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,A.试桩竖向抗压极限承载力确定：1.取Q-S曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载 2.取S-lgt曲线尾部出现明显下弯的前一级荷载值 3.对缓变型Q-S曲线按总沉降量确定：混凝土桩宜取S=40mm对应的荷载值；钢桩宜取S=100mm对应的荷载值；当桩长超过40m时，桩长每增加10m沉降量相应 增加10mm,（5）数据分析与判定,2.1 单桩竖向抗压静载试验,第四部分 桩基检测,B.试桩竖向抗压极限承载力统计值的确定：,（5）数据分析与判定,2.1 单桩竖向抗压静载试验,参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承

14、载力。当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。,第四部分 桩基检测,C.试桩竖向抗压极限承载力特征值的确定：,（5）数据分析与判定,2.1 单桩竖向抗压静载试验,单位工程统一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。,第四部分 桩基检测,单桩竖向抗压极限承载力的标准值 的确定 求出相同条件下试桩结果的平均值 及小值平均值 计算标准差 及离差系数,17,第四部分 桩基检测,（kN）,当 时，取，,当试桩数n=2时，RK应取二根试桩结果

15、的小值。,当，取=0.17,18,式中 与试桩数有关，详见下表：,第四部分 桩基检测,式中 与试桩数有关，详见下表：,如试桩结果差异很大，要分析原因，排除虚假的结果，必要时，增加以及扩大抽检量。,19,第四部分 桩基检测,第四部分 桩基检测,单桩竖向抗压静载荷试验的若干问题分析,1、静载荷试验对基桩承载力的影响 1）承载力提高 2）承载力明显降低2、支墩下沉，压重平台压到千斤顶 试验前桩已经受到竖向抗压，造成前几级荷载对应的沉降量非常小。3、边堆载边试验 可以避免主梁压实千斤顶。一般应在堆载量大于应堆量的50%后开始试验，且保证每级荷载在维持过程中的变化幅度不超过分级荷载的10%。4、偏心问题

16、桩帽中心与桩身轴线不重合支墩下的地基土不均匀沉降锚桩承受的荷载不同步采用多个千斤顶的合力中心与桩身轴线严重偏离,通过安装4个对称的百分表（位移传感器）来分析决定，4个测点的沉降差不超过35mm,第四部分 桩基检测,5、上海地区采用静力压桩机作为单桩竖向抗压静载荷试验加载反力装置存在的问题基准桩中心与压重平台支墩边的距离一般达不到规范要求（距离4D且2米）加、卸载时荷载的传递很难满足规范的要求（荷载传递应均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中变化幅度不得超过分级荷载的10%）,6、试桩桩帽的要求 试桩桩顶必须保持平整，露出地面的长度应满足设置量测仪表的要求（0.5D)；对于打入桩，如桩顶破坏，

17、应按原设计修复；对于灌注桩，应凿除桩顶强度较低的混凝土，所有主筋均需接至桩顶保护层下，并在此范围内设置加强箍筋及3-5层钢筋网片，桩顶的混凝土强度不低于桩身混凝土强度且不低于C30，接桩处的桩身截面积应与原桩身截面积相同，且中心轴应重合,第四部分 桩基检测,精选例题,上海地区某一工程采用钻孔灌注桩，桩径1000mm，桩长50m，桩端持力层为粉砂层。场地土层分布如下：02m，粉质粘土，qsk=15kPa；26m,淤泥质粉质粘土，qsk=15kPa；630m,粉质粘土，qsk=30kPa；3048m,粉质粘土，qsk=50kPa；4850m,qsk=80kPa。桩端进入持力层2m，qpk=2000

18、kPa。（锚桩抗拔系数为0.5）(1)计算单桩竖向抗压承载力设计值。(2)计算单桩抗拔极限承载力。(3)若该工程采用锚桩法反力装置，验算改方法的可行性（4根锚桩）(4)计算锚桩的配筋根数（钢筋采用HRB335，直径25mm。）(5)计算配置千斤顶的型号规格及数量。(6)若采用压重平台反力装置，试计算采用规格0.5m*1.5m*3.0m的预制混凝土 块的 数量,若采用压重平台堆载法，应考虑地基土的变形验算,第四部分 桩基检测,(1)计算单桩竖向抗压承载力设计值。Q=3.141.0（215+415+2430+1850+280）+3.140.251.01.02000=7473kN，单桩承载力设计值为

19、7473/1.6=4670kN,(2)计算单桩极限抗拔力Q=3.141.00.5（215+415+2430+1850+280）=2935.9kNGP=0.253.141.01.05024.5=961.6kN故单桩抗拔极限承载力为2935.9+961.6=3897.5kN,(3)总反力为74731.2=8967.6kN，8967.6-43897.50，故可行。,(4)单根钢筋的受力为：0.253.1425253350.9=147.9kN，单根锚桩的最大受力（74731.2)/4=2241.9，故配筋数量为2241.9/147.9=15.1，应为,(5)若采用500T的千斤顶，数量为7473/(5

20、000.8)=1.8,故为2台并联；若采用320T千斤顶，数量为7473/(32000.8)=2.9,故为3台并联。(6)混凝土的比重为24.025.0kN/m3，单块重量为24.5*0.5*1.5*3.0=55.1kN 故所需数量为74731.2=8967.6kN/55.1=162.7,约为163块。,第四部分 桩基检测,2.2 单桩竖向抗拔静载试验,（1）实验装置,第四部分 桩基检测,（2）终止加载条件（1）试桩在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级的5倍（2）在某级荷载作用下，试桩的钢筋拉应力达到钢筋抗拉强度标准值的0.9倍（3）混凝土预制桩或灌注桩累计桩顶上拔量超过30mm；钢桩累计上

21、拔量超过100mm（4）达到设计要求的最大上拔荷载值且上拔位移量达到稳定。,2.2 单桩竖向抗拔静载试验,第四部分 桩基检测,（3）数据分析与判定,2.2 单桩竖向抗拔静载试验,第四部分 桩基检测,A.极限承载力确定1.对于陡变形U-曲线，取陡升起始点所对应的荷载2.对于陡变形U-曲线，取-lgt曲线尾部明显下弯 的前一级荷载值3.当某级荷载作用下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载为该桩的极限荷载,2.2 单桩竖向抗拔静载试验,（3）数据分析与判定,第四部分 桩基检测,精选例题,某工程桩基础采用灌注桩，桩径0.6m，主筋8根直径为18的二级螺纹钢，工程桩桩长26m，桩顶相对标高-7.5m，单桩竖向

22、抗拔承载力特征值为288kN。试桩桩顶与自然地面齐平（相对标高为-0.5m），地质条件如下：埋深06m，粉质粘土，qsk=15kPa；68m，粘土，qsk=35kPa。抗拔系数0.7，请问：1、单桩竖向抗拔静载荷试验的拟定最大上拔力应取多少？2、主筋是否满足静载试验要求？3、当采用桩两侧的天然地基土做反力时，应注意哪些问题？,第四部分 桩基检测,【解】1、最大加载量=工程桩单桩抗拔极限承载力+工程桩桩顶至自然地坪土层所能发挥的极限抗拔力。Q=2882.0+3.140.6(615+135)0.7=740kN2、单根钢筋拉力为：0.253.1418183350.9=76.7kN，合计拉力为876.

23、7=613.5kN740kN，故主筋不满足要求，数量应增加。3、首先验算地基土的承载力是否满足反力要求，然后尽量使两边支座与地面的接触面积相同，且两边地基强度应相近。,抗压试验同样考虑类似条件,第四部分 桩基检测,精选例题,B型PHC管桩，桩径为600mm，壁厚110mm，抗拔试验时，采用微膨胀混凝土填芯插钢筋的做法传递上拔力。填芯插筋为12根直径为18的螺纹钢，采用C35的微膨胀混凝土，填芯高度3m，假设填芯混凝土的粘结强度为0.3MPa，试计算单桩竖向抗拔静载荷试验是上拔最大荷载不宜超过多大？,【解】首先计算填芯混凝土与管桩的粘结力F=0.33.14（600-1102）3000=1073.

24、8kN,钢筋的受力为：12 0.253.1418183350.9=920.2kN,故试验的最大荷载不能超过920.2kN,第四部分 桩基检测,2.3 单桩水平静载试验,（1）实验装置,第四部分 桩基检测,影响单桩水平承载力的主要因素有：1、桩的截面尺寸及材料强度和刚度2、桩的入土深度3、桩侧土的性质4、桩顶的约束条件,2.3 单桩水平静载试验,第四部分 桩基检测,试验要点,1、水平力作用点要与实际工程的桩基承台底面标高一致，过高会产生弯矩，影响测试结果，不利于修正2、千斤顶与试桩接触处需安置球形绞座，以确保所施加的力始终水平和通过桩身轴线，随桩的倾斜和扭转改变，同时保证施力点位置在试验过程中保

25、持不变。千斤顶与试桩接触处宜适当补强。3、基准桩应设置在试桩影响区域之外，试桩影响曲线范围如下（D为桩径）：,抗压、抗拔试验可以按地面标高进行，而水平试验不能，必须在一定的标高位置进行,卧式千斤顶,第四部分 桩基检测,（2）加载方法:A.单向多循环加卸载法 每级荷载施加后，恒载4min测读水平位，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测；B.单向单循环恒速水平加载法 每级荷载施加后，维持20min，按第5、10、15、20min测读；卸载时，每级荷载维持10min，按第5、10min测读，卸载到零时，维持30min,按第10、20、

26、30min测读；每级卸载量为对应加载量的2倍（3）终止加载条件：1.当桩身折断或水平位移超过30-40mm（软土取40mm）2.达到设计要求的最大加载量或最大水平位移时,2.3 单桩水平静载试验,第四部分 桩基检测,（4）数据分析与判定,2.3 单桩水平静载试验,第四部分 桩基检测,水平极限承载力的确定：单向多循环加卸载法:可根据Ho-t-Yo曲线产生明显陡降的前一级荷载或Ho-Yo/Ho曲线第二直线段的终点对应的荷载综合确定单向单循环恒速水平加载法：可根据Ho-Yo曲线产生明显陡降的前一级荷载或lgHo-lgYo曲线上第二转折点的前一级荷载综合确定取桩身折断或钢筋屈服的前一级荷载,2.3 单

27、桩水平静载试验,第四部分 桩基检测,精选例题,某工程水平试验桩，桩径600mm，桩长30.0m，最大加载量为128kN，试验结果如下表，试画出Ho-Yo/Ho图，并确定改桩的极限承载力,第四部分 桩基检测,注：位移差计算的数据仅采用第五循环的测试值，且为相邻差值,第四部分 桩基检测,3.应力波理论-目录,第四部分 桩基检测,3.2 基本理论,3.1 相关概念,3 应力波理论分析,3.1 相关概念机械振动 机械振动是指物体（质点）或系统在平衡位置附近以某种方式进行的往复运动。,系统模型的组成：质量、弹簧、阻尼,简谐振动 不考虑阻尼效应，位移、速度、加速度始终是t的正弦或余弦函数,角频率（圆频率）

28、,相位,初始相位,振动方程,3 应力波理论分析,3.1 相关概念,波动 振动的传播形成波，相同相位的质点形成波面,波动方程（不同位置的质点在不同时刻的位移）,波长,位移,频率,波速,周期,3 应力波理论分析,3.1 相关概念,应力 桩身截面上的分布内力集度称为应力=dF/dA 应变 单位长度的伸长或缩短称为应变=dx/dx 虎克定理：=E 应力波 应力和应变扰动在连续介质中的传播,3 应力波理论分析,3.1 相关概念,A.波的分类（1）纵 波：质点的振动方向与波动的传播方向相一致。（2）横 波：质点的振动方向与波动的传播方向相垂直。（3）表面波：质点的振动方向与波动的传播方向成45度角 注意：

29、在桩基动力检测中，所研究的应力波均为纵波B.波的特性 反射、透射、散射、叠加、衰减,3 应力波理论分析,3.1 相关概念,C 波阻抗：桩身截面所受内力增量与质点运动速度增量之比,dF=Ad,d 应力增量,d=Ed,d 应变增量,E 弹性模量,d/dv=1/c,Z=dF/dv,=Ad/dv,=A E d/dv,=A E/C,E=C2,3 应力波理论分析,3.1 相关概念,Z的量纲 KN.s/m,各公式单位如下:,例题：混凝土灌注桩，桩长21m，混凝土强度等级为C35，弹性模量E=3.2 MPa，质量密度=2400kg/,桩身直径0.6m，求弹性波速及桩身阻抗。,解：,=3651m/s,Z=CA=

30、24003.6510.2826=2476.3 KN.s/m,A=3.140.60.60.25=0.2826,4.2 基本理论 A.一维杆假定材料为均质各向同性的理想弹性体；杆截面尺寸远小于波长、在变形过程中始终保持平面；在横截面上除均匀分布有轴向应力外，所有其它应力分量均为零。,3 应力波理论分析,B.一维波动方程,微元体的动力平衡方程为：,虎克定律：,代入平衡方程：,量纲分析推出：,一维波动方程：,B.一维波动方程,C.行波理论求解,达朗贝尔通解：,位移u、质点运动速度v 和加速度a 以向下为正桩身内力、应力和应变以受压为正,考察一下f(x-ct)波：对于某个固定的波形f(100)，其出现的

31、位置和 时刻满足x-ct=100；x=100+ct，当t=0时，x=100m 当t=0.002s时，x=110m；即：随着时间t的延长，x值变大，意味着波面f(100)逐渐远离原点，向下运动。因此f(x-ct)是向下运动 的波，称为下行波，用f(x-ct)表示。同理，g(x+ct)为上行波，用g(x+ct)表示。,C.行波理论求解,行波解：,以下行波f（x-ct）为例：v=f(x-ct)/dt=-cf=-f(x-ct)/dx=-f v=c,即：=v/c P=EA=(EA/c)v=Zv（Z=EA/c）故：下行波 P=Zv,同理：上行波 P=-Zv,C.行波理论求解,P=(P-Zv)/2P=(P+

32、Zv)/2v=(v-P/Z)/2v=(v+P/Z)/2,P=P+P V=v+vP=-ZvP=Zv,C.行波理论求解,讨论（1）杆端自由（2）杆端固定,E=3840kN/cm2A=2083cm2c=4000m/s,例题：求上下行波,P1+P1=P2+P2 v1+v1=v2+v2 P1=Z1v1 P2=Z2v2 P1=-Z1v1 P2=-Z2v2,C.行波理论求解,C.行波理论求解 整理上式可得：,应力波在自由端完整桩中的传播,桩在自由端,入射脉冲,桩底第一次反射,桩底第二次反射,应力波在固定端完整桩中的传播,桩嵌岩,入射脉冲,桩底第一次反射,桩底第二次反射,应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩截面减

33、小,应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩缩径,第一交界面反射,第二交界面反射,桩底反射,应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩截面增大并嵌岩,应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩扩径,第一交界面反射,第二交界面反射,桩底反射,例题：某工地一根嵌岩桩，它的上部为PHC-500（130），它的下部为PHC-500（100），在装顶施加力F=3000kN，求桩底受力大小，设桩无侧阻力。,解：,D.土阻力波,i 截面处土阻力为Ri始终为正，方向向上,在桩侧土阻力作用下，桩身内部将产生一个上行的压力波和下行的拉力波。两者的幅值相等，都各等于该处土阻力值的一半。,F1=F2+Ri/2F2=F1-Ri/2,4 低应变动测

34、法,一、基本概念 1.定义 低应变动测法是指在桩顶沿轴向施加一冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测桩顶速度（或同时实测力）的响应，通过时域和频域分析，判定桩身完整性的检测方法,示意图：,视频,2.适用范围 适用于各种混凝土预制桩、灌注桩，不适用于薄壁钢管桩、H型钢、异型桩、柔性桩的桩身完整性检测 低应变检测法适用于在上海地区应用的各种混凝土预制桩、灌注桩的完整性检验。其含义是：（1）桩身完整性检验；（2）低应变方法不得检测基桩承载能力；（3）低应变方法不得检测桩身混凝土强度。,低应变方法检测缺陷的有效深度“40m以上的长桩宜按长径比不大于50控制，对于任何类型的超长桩，宜慎重使用”。应用时应注意

35、：在具体工程中的有效检测长度宜通过试验确定；对于超长桩低应变方法仍可使用。,工程中桩体可能的异常,低应变不能检测到的现象,二、时域法 1.原理分析,反射波系数,透射波系数,桩身完整性系数,说明界面不存在阻抗不同或截面不同的材料，无反射波存在,（2）当n1时，Z1Z2,反射波和入射波同号,说明界面是由高阻抗硬材料进入低阻抗软材料或大截面进入小截面,（3）当n1时，Z1Z2,反射波和入射波异号,（1）当n=1时，,说明界面是由低阻抗软材料进入高阻抗硬材料或小截面进入大截面,分层的变化也会导致反射波形变化，这种变化很容易与桩身波阻抗变化混淆,桩周土体的影响,桩侧土影响,桩在空气中,桩在空气中,桩侧土

36、影响,桩在土中,桩侧土影响,桩在土中,上海地区相当一部分工程中优良的类桩测不到桩底明显反射波，究其原因，大致如下：1）超长桩、长径比较大；无论是预制混凝土桩还是灌注桩，大于50-60m以后较难测到桩底反射；2）沉桩（或成桩）以后间歇时间的影响，如上例中间歇时间为数天肯定能够测到桩底反射波，如果间歇时间1-2个月，同一根桩就有可能测不到桩底反射波，间歇时间若为数年，一般测不到桩底反射波；3）与桩周土性状密切相关，土质差、含水率高的土层，阻尼较大，应力波衰减明显；4）与检测仪器的灵敏度及锤击力有关，检测传感器灵敏度过低或锤击力过小，均无桩底反射波；5）桩身阻抗与持力层阻抗匹配良好，一般也测不到桩底

37、反射；,2.缺陷类型及典型波形,三、频域法,一维波动方程,分离变量法求解 u（x,t）=X(x)U(t),不考虑桩周土阻尼作用，将桩周土对桩的综合作用用一个作用于桩底，刚度为k 的弹簧表示,通过微分方程求解及边界条件得:,桩和土的固有频率fn 可表示为：,讨论：,当桩底支撑为绝对柔性（纯摩擦桩）时，k0，则相应的固有频率fn 和基频f1 分别为：,（n=1，2，3）,当桩底支撑为绝对刚性（端承桩）时，k，则相应的固有频率fn 和基频f1 分别为：,（n=1，2，3）,（K为桩周土的刚度系数）,讨论：,（K为桩周土的刚度系数）,一般条件下，0 k，则相应的固有频率fn 为：,n=1，2，3,为桩

38、周土刚度系数k 的函数，0 0.5,当桩端边界条件为柔性和刚性，且无桩侧土时，相邻 两阶固有频率之差(频差)f 相等：,(2)桩周土刚度系数k 对低阶固有频率（c/2L f1 c/4L）的影响较大，所以低阶频率的频差不严格保持等间距，但是随着阶数的增加，f趋于常数 c/2L。,小结,完整桩的时域、频域信号特征,377沉管灌注桩，设计桩长18m。从反射波时域波形可见明显的等间隔反射波，距离间隔4.96m，频谱分析结果，存在频率等间隔的共振峰f0、f1、f2、f3，平均频差f=308Hz，f0与f1之间存在一个小的共振，与f0的频差 f=88.55Hz，试判定缺 陷位置。,【解】：桩身混凝土声速

39、c=2Lf=21888.63200m/s缺陷位置 L=c/2 f=5.18m,导纳 定义：桩身截面质点运动速度增量与所受内力增量之比。导纳曲线：对桩进行机械阻抗试验时，可根据所得数据绘 出桩的导纳随频率变化的曲线。,对于每根桩的导纳曲线，可以计算：,1 桩的测量长度,2 导纳的稽核平均值（测量值）,3 导纳曲线的理论值,C0-整个工地上完好桩（桩长为已 知）波速的平均值,P：导纳曲线的峰值Q：导纳曲线的谷值,对于每根桩的导纳曲线，可以计算：,4 桩的动刚度Kd,5 完好桩计算波速C0,表示曲线初始段近似直线部分任一点的频率,表示曲线初始段近似直线部分任一点的导纳值,采集仪,RSM24FD分体机

40、,四、反射波法检测的仪器设备组成,软件简介,主操作界面,四、反射波法检测的仪器设备组成,软件简介,设置界面,四、反射波法检测的仪器设备组成,软件简介,打印高级设置界面,四、反射波法检测的仪器设备组成,软件简介,波形处理界面,四、反射波法检测的仪器设备组成,软件简介,打印信息预览界面,四、反射波法检测的仪器设备组成,1.锤头的材质 锤头过硬如铁锤，将激发出高频窄脉冲波。高频波可提高判别缺陷的分辨率，但是高频波衰减快，难以获得长桩深部信息。锤头过软如柔性塑料锤，将激发出较低频宽脉冲波。低频波衰减慢有利于检测长桩深部的信息，但是会减低判别桩身上部缺陷的分辨率。,频率越高，信号衰减越快，波速越高。频率

41、越低，信号衰减越慢，波速也越低。,四、反射波法检测的仪器设备组成(一)、击振设备,选用不同材料的锤头的目的是：1）控制激发出的脉冲波的宽窄，以获得清晰的 桩身阻抗变化或桩底反射 2）获得较大的动态信号范围而不超载 2.锤击能量 锤击的能量是由锤子的重量和敲击速度决定。锤击时，能量应该适中，如果锤击能量太小，则信号很快衰减，而且信号的信噪比低；但是如果锤击能量太大，则容易产生过载或削波。若要检测深部缺陷，应使用重量较重的锤子；若要检测浅部缺陷，可使用重量较轻的锤子。,加速度传感器质量较小，且弹簧刚度较高，因而传感器固有频率较高。,固有频率,速度传感器质量较大，因而固有频率较低,速度传感器,加速度

42、传感器,(二)、传感器,速度传感器的质量较大，因而其安装谐振频率较低，这就影响到速度传感器测量频率范围（1000Hz);加速度传感器质量较小，因而其安装谐振频率较高，一般可以得到几千Hz甚至几十千Hz.,加速度传感器具有体积少，灵敏度高，频响范围大等优点，速度传感器具有稳定性好，,低通滤波：去掉高频干扰波 高通滤波：去掉低频干扰波,压电加速度传感器的灵敏度有两种表示方式：1）电荷灵敏度：一般在36pC/m.s-22）电压灵敏度:10mv/m.s-2灵敏度是有方向的：轴向灵敏度（基本灵敏度）、横向灵敏度。横向灵敏度应小于轴向灵敏度的5%，有利于接收桩底轴向反射波，其它的干扰波得到抑制。,传感器用

43、耦合剂(黄油、橡皮泥、口香糖、凡士林等）粘结时，粘结层应尽可能薄,必要时可采用冲击钻打孔安装方式.传感器安装面应与桩顶面紧密接触,激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋，其目的是减少外露主筋振动对测试产生干扰信号。传感器放置距桩心2/3 R处且安装位置平整尽可能使传感器垂直与桩头平面.桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直,(三)、测试参数的设置,低应变动测采样的时间长度至少为2L/C+5ms，采样的点数为1024点,采样间隔：采样一个点需要的时间（由仪器的性能决定，一般 为20us100us，经常取50us，用t来表示）采样频率：单位时间采样的点数，单位Hz，用fs来表示）采样时间：采样长度

44、，是一次采样N个点所需时间，用T来表示 fs=1/t T=N t 采样的时间间隔或频率应根据桩长、桩身波速和频率分辨率合理选择。对应时域信号，采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断；对频率信号来说，则要降低采样频率，才能提高频率分辨率。t=（35）L/(NC)若采样的时间间隔为50us，采样点数为1024点，采样频率为fs=1/50us=20KHz，T=N t=51.2ms，则FFT上的频率分辨率为df=1/T=19.5（Hz）,1.地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的10根桩，完整性类别均为I类，桩身波速分别为3800m/s,3600m/s,3700m/s,3

45、950m/s,3900m/s,4000m/s,3750m/s,4050m/s,3900m/s,3950m/s,请计算桩身波速平均值.,解：10根桩的桩身波速的平均值,建筑基桩检测技术规范要求Ci取值的离散性不能太大，,剔除3600m/s，n=9,综上所述,例题,例题,2.考虑桩长为L的纯端承桩，波速为c，不考虑一切阻尼，画出桩底在06L/c时段内的速度波和位移波 画出桩正中心在03L/c时段内的速度波,速度波,位移波,例题,例题,4.预制混凝土方桩，桩长为21m。在时间域，桩间反射时间 t1=5.3ms，桩底反射时间t2=10.1ms；在频率域，正常频 差f=100Hz，缺陷引起的谐振频差f=

46、180Hz。请计 算桩身波速及缺陷位置。,解：计算平均波速 考虑时域：桩底反射时间t2=10.1ms c=2L/t=221/（10.110-3）=4150 m/s 考虑频域：正常频差f=100Hz c=2Lf=221100=4200 m/s对时域和频域求得波速取平均值，得平均波速 c=4175m/s,计算缺陷位置 考虑时域：桩间反射时间t1=5.3 ms L=ct/2=41755.310-3/2=11.6 m 考虑频域：缺陷频差f=180Hz L=c/2f=4175/（2180）=11.5 m 综合时域和频域求得缺陷位置，得缺陷范围：11.5 11.6m之间,例题,5.已知某方桩的质量密度为2

47、450kg/m3，桩长为20m，横截 面尺寸为450mm450mm，实测波速c=4000m/s，请计算：波阻抗Z 弹性模量E 第一次和第二次桩底反射时间,解：Z=cA=245040.450.45=1984.5 KNs/m E=c2=245040002 10-6=3.92 104 MP 第一次和第二次桩底反射时间分别为 2L/c，4L/c，即10 ms，20 ms,例题,6.某根端承桩，桩型为预制方桩，桩长为10m，截面尺寸为 350mm350mm，质量密度=2.4t/m3，幅频曲线上桩底 相邻谐振峰间的频差f=200Hz.计算导纳理论值Nc；假定桩端为无限刚性，请计算v/F-f曲线上出现第一个

48、 波峰的频率f1；假定实测f1=45Hz，请判断桩底土质好坏；假定导纳曲线上起始近似直线段上一频率值fm=20Hz，对应的导纳幅值|V/F|m=1.13 10-7m/（sN-1），请计算实测动刚度,例题,解：c=2Lf=210200=4000 m/s Nc=1/cA=1/（2.440000.352）=8.5210-4s/t f1=c/4L=4000/（410）=100Hz 实测f1=45Hz，此值比100Hz小得多，表明桩底土相当软弱 Kd=2f/|V/F|m=1.11109 N/m,A桩：从时域曲线可看到桩底反射，且没有二次反射出现，缺陷位置为：t=2L/c=11.42ms,t1=t/4=2

49、.86ms Lx=0.5Ct1=5(m)。为缩颈，应为II类桩,B桩：从时域曲线看不到桩底反射，且出现二次反射，缺陷较为严重，位置为5米处，严重缩颈，应为III类桩,在t2时刻，t2=t2-t1=4.0(ms),故Lx=0.535004=7（m)处有轻微缺陷。在t3时刻，L=0.53500（）=14（m），故t3显然不是桩底反射，且同向反射强烈，更不是t2时刻的二次反射，故在14米处有严重缺陷，可能为断桩或桩长缺短，判为IV类桩,桩身存在扩缩颈，该灌注桩的波速C=217.5/（11.251.6）=3626（m/s)，扩径位置的反射波：Lx=0.53626（3.551.6）=3.5（m），缩颈的位置Lx=0.5 Lx=0.53626（4.01.6）=4.4（m）。因该桩波速正常，桩底反射明显，灌注桩先扩后缩，属正常现象，有利于承载力的提高，故判为I类桩。,