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1、桩基无损测试国外先进解决方案及典型案例,2,1、前 言,1.1 桩基础为隐蔽工程，施工期往往会遇到地质异常、施工质量问题，超出设计预料而很难发现。为保证基础工程安全、经济，必须要经过检测、测试程序。,3,1、前 言,1.2 规范强制性条文明确规定，工程桩应进行桩身完整性检验和竖向承载力检验。竖向承载力检验，必须对整个工程进行评价，因此检验要有代表性和足够的数量，规范主旨是强调静载不可替代，但需逐渐加大高应变动测比例与数量。局部省市建筑行业取消高应变动测，只做几根静载试验（仅抽检1%），明显违反规范要求，存在安全隐患，行业主管部门、设计单位必须引起重视。,4,前 言（续）,1.3 桩基无损测试技
2、术，较传统方法，在排查安全隐患、降低基础工程造价方面优越性突出。国内华南区桩基无损测试行业管理较为规范，走在全国前列，其它区域因测试单位繁多，低价恶性竞争现象普遍，难以体现该先进技术的社会、经济效益。,高应变PDA测试数量与设计安全系数,在瑞典，工程师把使用高应变测试的试验数量，做为选择设计安全系数的参考因素。完成1%桩基测试试验，设计安全系数为3，完成10%桩基测试试验，设计安全系数为2.5，50%桩基测试试验，设计安全系数为2，100%桩基测试试验，设计安全系数为1.5。这将大大降低建筑成本！,2、桩基无损测试，全面解决方案,（1）采用先进的检测仪器，是提升测试单位硬实力，从根本上保障市场
3、安全，可促进技术进步（如好玩具，能促进儿童智力发育）；（2）采用先进的桩基无损测试技术，可提高生产效率，更大发挥技术人员价值，改变静载、钻芯劳务老板赚大钱的现状；（3）检测工程师只要勤操练先进的仪器，从简单项目做起，不断积累经验，一定会取得成功。,全面解决方案一览表,下面从设计、施工、验收、工程运行（安全鉴定）四个阶段，介绍解决方案及典型案例。,2.1设计阶段之一：打桩过程模拟篇,目前，设计、打桩单位对大直径、超长打入桩施工成熟经验不多，加上地质条件各异，施工期常会发生无法打入预期深度、锤被打坏、桩被打断情况，造成经济损失，还延误工期。设计阶段采用打桩过程模拟软件（GRLWEAP2010）海工
4、版，可解决此问题。,设计阶段GRLWEAP波动分析方法,桩土锤模型,承载力图描绘了承载力、打桩应力、冲程 与锤击数之间的关系,设计阶段GRLWEAP2010海工版（特别适用于水上非均匀桩与斜桩的分析）,桩土锤模型,管桩输入更简单斜桩沉桩的弯曲分析容易进行疲劳分析,设计阶段GRLWEAP海工版软件,2010年至今已有用户：（1）中集海洋工程研究院有限公司（上海）；（2）浙江大学（杭州）；（3）中油辽河工程有限公司（辽宁省盘锦市）；（4）华东勘测设计研究院（新能源分院，杭州）；（5）华东电力设计院（上海）；（6）上海勘测设计研究院（新能源分院，上海）。以上6家单位发力开拓近海工程市场，对该先进技术
5、比较敏感。软件其它版本已有很多用户，此处略。,设计阶段未用GRLWEAP软件，施工 过程中出现麻烦,案例1：南通市某工程 800PHC管桩（壁厚110mm），52m（30+22），桩尖持力层为层灰色粉细砂，拒锤，总锤击数在2500 4000击之间。打桩锤为柴油锤D100（10T），3根试桩在接头附近均被打断。是选锤偏小？柴油锤出问题，效能降低？还是桩长细比过大，桩身应力超限？解决此类问题，必须用GRLWEAP软件（海工版）,设计阶段未用GRLWEAP软件，施工 过程中 出现麻烦,案例2：上海市某工程 钢管桩，直径1.7m，斜桩5.5:1，桩长81.5m（变截面），上段长32.5m，壁厚30mm
6、；下段长49.0m，壁厚25mm；桩尖持力层为2-2层粉细砂，拒锤，总锤击数在4000击以上。设计与施工单位对此类大直径、超长打入桩施工均无成熟经验，价值400多万的新柴油锤D220被打坏，还延误工期。此类问题本可以避免，请先用GRLWEAP软件（海工版），进行可打性分析。,2.1设计阶段之二：桩身内力测试篇,桩侧摩阻力与端阻力（超长桩深部，嵌岩桩）因勘察方法有限，经验不多，很多设计单位取值盲目、保守，不仅人为加大施工难度，而且浪费国家资金。施工前对试桩进行桩身内力测试，得到实际侧摩阻力与端阻力，可增强设计信心，尽量缩短桩长、减少入岩深度，大幅降低基础工程造价，且方便施工，真正为业主着想。,设
7、计阶段桩身内力测试,案例1：广州某花园滑动测微计内力监测,4根挖孔灌注桩，确定各深度桩周土摩阻力、各级荷载下总摩阻力和端阻力的比值，并评价桩身质量。制桩时在4根试桩的钢筋笼内安装了总计168个滑动测微计测环和168m套管。,设计阶段应变，线法监测新技术,摩阻力曲线,各级荷载下桩身总变形与桩顶沉降,案例2：武汉某石化乙烯试桩,3根预应力空心方桩，PHS-450(250)AB型，桩长34m、35m，确定各深度桩周土摩阻力、各级荷载下总摩阻力和端阻力的比值，为设计提供依据。,设计阶段滑动测微计高校用户,覆盖城市：北京、成都、重庆、南京、西安（1）北京工业大学（北京，2006年）；（2）四川大学（成都
8、，2006年）；（3）重庆交通学院（重庆，2006年）；（4）河海大学（南京，2006年）；（5）长安大学（西安，2006年）；（6）三江学院（南京，2011年）。,滑动测微计 设计院、科研机构用户,西安用户最多：西安公路研究所（2002年）；西北勘测设计院工程科研实验分院（2005年）；陕西通宇公路与桥梁新技术研究所有限公司（2008）；机械工业勘察设计研究院（2009年）；武汉用户：中科院武汉力学研究所（2002年）；长江科学研究 院（2008年）；昆明用户：昆明勘测设计研究院科学研究分院（2009年）；南京用户：南京水利科学研究院（2008年）；上海用户：上海第三航务工程局科学研究所（2
9、005年）；,（1）北京国电华北电力工程有限公司（北京，2005年）；（2）清华同方股份有限公司水利事业部（北京，2005年）；（3）广东省天信电力工程检测有限公司（广州，2008年）；（4）陕西通宇公路与桥梁新技术研究所有限公司（西安，2008）以上4家单位对该先进测试技术比较敏感，走在国内同行前列。,滑动测微计 工程企业用户,2.2 施工阶段,施工阶段对试桩进行打桩监控，可：（1）验证选锤、打桩系统的正确性；（2）优化设计，为设计变更提供依据；（3）保证工程桩安全、经济的施工。,2.2 施工阶段之一：打桩监控试验篇,对于打入桩，可采用以下先进仪器进行打桩监控。,PDA打桩分析仪,打桩计数器
10、（E-Saximeter),打桩锤效能分析仪（HPA),桩身角度测定仪,施工阶段进行打桩监控，产生经济效益巨大,案例1：上海市某临港水上工程，PHC管桩 原设计：靠岸侧1000（壁厚150mm，长45m）计643根；码头区1200（壁厚150mm，长47m），计270根。打桩监控，试桩为3根1000，3根1200，拒打，距离设计标高35m，但高应变实测承载力满足设计要求。专家会审结论：基于PDA实测结果修改设计，桩长普遍缩短6m，仅桩材为业主节省435万（643 根 6m750元/m+270根 6m900元/m），工期大大缩短。,施工阶段进行打桩监控，产生经济效益巨大,案例2：深圳市某油库工程
11、，混凝土预应力管桩 7根试桩，500管桩，设计要求入岩0.5m，极限承载力420T；根据地质报告，桩尖到达亚粘土和残积土层，距离设计桩尖标高5-10m。PDA实测承载力已达550T，静载验证承载力一致，动测桩旁边补钻孔显示，桩尖处土层标贯击数已大于150击，实际到达中风化岩层，表明地质资料代表性较差。结果：基于打桩监控结果修改设计，减短桩长，同时整个工程减少500多根桩，仅桩材和施工费为业主节省600万。,施工阶段先试桩，再施工,案例3：美国ST Johns River Bridge 基于试桩高应变实测承载力结果，修改设计，桩长显著减短，整个工程:1.3亿美元(估计)1.1亿美元(实际)2千万
12、美元(节约),施工阶段没经过试打桩监控，经济损失很大,案例1：东莞市某码头工程，混凝土预制方桩 设计单位根据钻探资料设计桩基，在打桩时由于桩太长，长细比过大产生断裂，未到设计标高，只好停工。此时才急忙找测试单位，进行高应变测试，实测承载力满足设计要求。故决定缩短桩长，等重新预制该工程桩后再施工，既耽误工期，又浪费桩材，经济损失很大。,施工阶段没经过试打桩监控，经济损失很大,案例2：珠海某码头工程 1.2米大直径的混凝土管桩，由于桩过长，打叉桩时，必须把反方向的桩截掉，给施工造成很大困难，不仅延误了工期，还造成了经济损失。,2.2施工阶段之二：超声波成孔检测篇,桩基（或地连墙）的成孔（成槽）质量
13、直接影响到成桩质量；施工阶段的成孔检测不仅可以指导施工过程，而且还可以为成桩检测提供重要参数，因此成孔质量检测是桩基检测中重要的组成部分，其重要性是成桩检测无法取代的。DM-602/604系列钻孔侧壁检测仪采用超声波反射技术，可用于各种灌注桩（或地连墙）等成孔成槽质量的综合检测。,DM-602/604系列钻孔侧壁检测仪,施工阶段超声波成孔检测,实测支盘桩孔孔形,案例一：某工程支盘桩孔的实测曲线图。根据设计，在地表以下17.6m、21.3m和24.2m处分别设置三个承力盘，盘中心最大直径为1.40m，盘高0.80m。从图中可以清楚地看出在上述三个位置处出现机械强烈挤压过的痕迹并形成空腔，即承力盘
14、形。其中上盘和下盘施工质量较好，盘中心位置、最大盘径、盘高和盘形均满足设计要求，而中盘最大盘径较小且左侧的盘形较差。同时，由于泥浆比重控制合理，噪音较小，曲线呈浓密厚实的强反射。,施工阶段超声波成孔检测,实测扩底桩孔，孔形,案例二：某扩底桩工程实测曲线图。根据设计，此孔孔深44.0m，直杆孔径1.0m，扩孔位置42.0m，扩孔最大直径2.0m。通过改善泥浆条件和测量方法，得到该孔的实测曲线图。由图可见，在41.8m处开始钻孔孔径逐渐扩大，直至孔底。,施工阶段超声波成孔检测,钻孔倾斜实测孔形,案例三：工程钻孔发生倾斜时的实测曲线。根据设计，钻孔孔径800mm，孔深59m。由图可见，从深度10m开
15、始向一侧倾斜，到25m向相反方向倾斜，直至45m左右孔身基本恢复垂直，但孔中轴线已偏离初始位置约35cm，整孔呈“S”形状，经计算最大钻孔垂直度高达2%，远远超过规范要求(1%)。,2.2施工阶段之三：灌注桩和连续墙施工监控篇,桩基施工记录仪（PIR）,用于连续墙和钻孔桩施工质量保证的自动化监测仪器。实时显示：泵送灌浆量深度灌浆管压力钻头深度钻头扭矩钻头转向提钻速率开钻和停钻时间目标提钻速率,2.3 验收阶段,验收阶段，桩基无损检测必须有代表性并有足够数量，需对整个桩基工程质量评价、负责。灌注桩常会发生缺陷，但不处理很危险，可采用修复或加固方法。不可忽视围护灌注桩质量。,验收阶段打入桩常见缺陷
16、,验收阶段灌注桩常见缺陷,歪斜,验收阶段不可忽视围护桩质量,验收阶段灌注桩常会出现缺陷，但不处理很可怕,ONeill1研究显示，美国加州交通局测试的钻孔桩中，有20%的钻孔桩有明显缺陷，为不合格桩。1 ONeill&Sarhan,2004,“Structural Resistance Factors for Drilled Shafts Considering Construction Flaws”,ASCE Geotechnical Special Publication No.125 桩基上部缺陷：危害较大，需要采取截短后重新浇筑的方式进行修复；桩身中部缺陷：美国调查表明，中部出现缺陷概率
17、较小，占缺陷桩总数的12%左右，比较难处理，需要按个案详细研究。桩身下部缺陷：除端承桩外，该部位受力明显较小，没有必要保证钢筋的耐久性，其允许的范围可以参考计算书获得，一般采取注浆加固处理。,验收阶段之一：PDA高应变动测篇,PDA高应变动测仪,PDA的优点更多的试验，更低的成本更多的信息探测到坏锤探测到坏桩探测到地层起伏与地质异常探测到打入桩上浮、接头脱节 了解冲击应力发展更好的施工工序阻力分布降低基础工程成本早解决问题，避免麻烦,验收阶段高应变检测,高应变CAPWAP软件已有全自动拟合功能和专家提示功能，这些功能包含了PDI公司仪器研发人员、GRL公司测试专家40年经验的结晶。对于大部分桩
18、型，高应变测试结果毋庸置疑。PDA高应变测试无意取代静载，但必须加大高应变检测比例。仅做1%静载试验进行承载力检验、评价，有巨大安全隐患。,PDA应用 探测到坏锤,锤的性能为何很重要?承包商生产率；为桩的施工，设计桩长。质量控制工具（打桩单位多采用锤击数标准）一些锤（需要维修）只有同型号完好锤效能比的一半。,PDA应用PHC管桩，探测到坏桩，低应变无法判断,BN 1,BN 263(end),Open end pipe Final driving was at 100 bl/ft,我们建议拔出开口管桩，以验证PDA 检测结果。,拔出桩时检查证实桩存在损坏,柴油锤，连续锤击,拉应力TSX 过大,预
19、应力砼空心方桩（边长30英寸，空心直径16.5英寸），D80锤。,PDA应用探测到地质异常，桩基未入岩锤击力、承载力、锤击能量明显较小,PDA应用桩基入岩，正常情况,仅做3根静载（1%），未做高应变检测，工程出现问题,上海某新建综合服务楼，平面上呈L型，框架结构，主体结构为6层，东面部分为4层，桩基础，理论计算建筑物沉降量最大值为140mm。桩型为400预应力砼管桩，桩长18m（12+6或6+12），设计桩端持力层为2-2层粉砂，单桩承载力设计值为715kN。低应变抽检30%（78根），无不合格桩，另做3根静载试验，单桩竖向极限承载力均合格，未做高应变动测。该建筑实际沉降量、沉降速率明显较大，
20、竣工1年时最大沉降已达266mm，明显超出规范要求。该工程单个承台桩数较多，长4.2m，宽2.6m范围内布桩11根，打桩后有无管桩上浮或脱节情况；有无遇到地质异常、桩尖未达持力层，未经高应变检测不知道。,验收阶段之二：声波透射法技术篇,CHAMP 声波透射法检测仪,可确定灌注桩、连续墙的质量和均匀性。CHAMP可用于大直径混凝土桩，也可用于小直径螺旋灌注桩。体积小、重量轻坚固耐用触摸屏幕，易于操作彩色LCD可视，即使阳光直射仍可正常工作正常测试情况下，内置电池可持续工作一整天CHAMP可在现场实时进行基本的数据分析（瀑布图）。实测数据传输至计算机。可使用CHA-W软件和层析成像软件进行浏览、分
21、析和生成报告。,验收阶段CHAMP 声波透射法技术,测试原理,CHA-W软件屏幕,层析成像软件屏幕,验收阶段CHAMP 声波透射法技术,过滤法强烈推荐运用瀑布图识别缺陷。瀑布图又称波列图，它是由所有测点的实测波形叠加起来形成的。采用首波初至时间（或波速）、相对能量和瀑布图结合起来判定缺陷，实践证明，这是非常有效的方法。可以判断各种缺陷，包括夹泥、断桩、离析、气泡和沉渣等。,验收阶段CHAMP 声波透射法技术,案例：深度6、27 和47m 附近，实测曲线首波初至时间明显延长，相对能量衰减严重，瀑布图出现空白区，说明必存在缺陷。,主机可放在手掌中。采用无线加速度传感器。保存了原来PIT的全部功能，
22、并内置了快速傅立叶变换（FFT)功能，有助于分析短桩的桩长。水上、基坑内有泥泞条件下桩基检测时，工程师无任何烦恼。,PIT-X 桩身完整性检测仪,验收阶段之三：PIT低应变动测篇,PIT-V V，双通道，增强了PIT的可扩展性和适用范围。当接入顶置式加速度传感器时，可完成常规单速度测试；当接入两个侧置式加速度传感器时，可实现双速度法测试，测定既有结构下桩基长度；当接入内置传感器的力锤时，可进行F-V瞬态响应法测试，测定浅部缺陷时必须采用。,PIT-VV 桩身完整性检测仪,验收阶段PIT桩基低应变动测,2.4运行阶段测定既有结构下桩基长度，PIT-VV,对于既有结构下桩基测试，在桩侧面安装两个侧
23、向加速度计。利用实测两个速度记录可准确计算桩身平均波速。还可将上行应力波从下行应力波中分离出来，从而消除上部结构界面上复杂的应力波反射，得到与桩身阻抗有关的反射信号。,实测双速度曲线，分离出的上行速度曲线,运行阶段测定既有结构下桩基长度，PIT-VV,案例1：某桥梁在役桩（1200灌注桩）,运行阶段测定既有结构下桩基长度，PIT-VV,上行波曲线，第一道传感器以下11m和14m位置出现明显上行反射，说明存在明显缺陷，按照规范规定，应判定为类桩。,结论,（1）桩基无损测试技术，因实施快捷、经济，检测数量较大，真正实现对整个桩基工程质量评价、控制。应用该先进技术，可提高生产效率，更大发挥技术人员价
24、值。（2）桩基无损测试技术，关键靠仪器。采用先进的检测仪器，是提升测试单位硬实力，从根本上保障市场安全，可促进技术进步。检测工程师只要勤操练仪器，从简单项目做起，不断积累经验，一定会取得成功。,结论(续),（3）关于竖向承载力检验，局部省市建筑行业取消高应变动测，只做几根静载试验（仅抽检1%，如有地质起伏或异常，桩尖未达持力层、预制桩上浮、接桩处脱开等情况，极易发生安全事故，或过大沉降引起上部结构开裂，后果严重），明显违反规范要求，行业主管部门、设计单位必须引起重视。（4）设计阶段采用打桩过程模拟软件，可帮助选锤与打桩系统，进行可打性分析，整体把握桩基工程安全状态。进行桩基内力测试，可克服勘察、设计单位的盲目、保守倾向，从源头上降低工程造价。（5）施工阶段对试桩进行打桩监控，可优化设计，为设计变更提供依据，并保证工程桩安全、经济的施工。,结论(续),（6）验收阶段，桩基无损检测要有代表性并有足够数量，需对整个桩基工程质量评价、负责。灌注桩常会发生缺陷，但不处理很危险，可采用修复或加固方法。不可忽视围护灌注桩质量。（7）既有结构下桩基长度检测已有科学的检测方法，双速度法，可用双通道PIT-vv仪器实现，多用于工程安全鉴定。,联系方式,欧美大地仪器设备中国有限公司http:/全国统一客服热线：400-700-9998桩基部技术经理：李侠手机：E-mail:,Thank You!,
