岩土工程测试技术课件第五章图文丰富

5桩基测试技术

本章提要：介绍桩基各类测试技术，包括静力载荷试验、高低应变动力检测与低应变动力测试等。其中静载试验，介绍竖向抗压静载试验、水平静载试验与竖向抗拔静载试验；低应变动力测试，介绍反射波法与机械阻抗法；高应变动力测试，介绍锤击贯入法、Case法的基本理论与测试技术；此外介绍了当前较为流行的Osterberg试桩法。

5.1概

述

基桩测试工作的目的：1、为桩基设计提供合理参数的依据，由现场试桩来实现；2、检验工程桩的施工质量，是否满足设计或建（构）筑物对桩基承载力的要求，由现场工程桩抽样检测实现。基桩检测的基本要求：1、桩的平面位置与几何尺寸；2、桩的完整性与承载力。本章主要介绍基桩的完整性与承载力的检测技术与方法。

检测项目检测方法桩身材质基桩完整性基桩承载力静力载荷试验法△▲低应变动测法反射波法△▲机械阻抗法△▲△动力参数法△▲△高应变动测法锤击贯入法△▲Case法△▲Smith波动方程法△▲钻探取芯法▲△混凝土强度试验▲超声波透射检测法▲△Osterberg试桩▲静动试桩法▲表5-1基桩检测方法及项目注：表中带“△”符号表示能检测该项目，但有限制条件。检测项目检测方法次级单桩承载力静载试验一级高应变动力测试（包括静动法）二级低应变动力测试（机械阻抗法、动力参数法）三级其它类比或经验法四级单桩完整性直视法（如开挖、钻孔取芯等）一级超声波透射、层析成像、井下电视等二级反射波法三级其它低应变法四级说

明次级方法检定基桩存在缺陷的疑问时，应由高一级方法来确定或证实表5-2基桩检测方法级别

5.2桩基静力测试技术

5.2.1基桩竖向抗压静力载荷试验5.2.1.1概述5.2.1.2试验设备（1）加载装置1）锚桩横梁反力装置(如图5-1所示)2）压重平台反力装置(如图5-2所示)3）锚桩压重联合反力装置（2）测试仪表（3）桩身测量元件

图5-1锚桩横梁反力装置示意图

1－厚钢板；2－硬木包钢皮；3－千斤顶；4、9－百分表；5－锚筋；6－基准桩；7－主梁；8－次梁图5-2压重平台反力装置示意图1－堆载；2－堆载平台；3－连接螺杆；4－木垫块；5－加筋板；6－通用梁；7－十字撑；8－测力环；9－支架；10－千分表；11－槽钢；12－最小距离；13－空隙；14－液压千斤顶；15－桩帽；16－土垛；17－试桩；18－千分表支架

5.2.1.3试验方法与要求

（1）抽检数量要求（2）测试开始时间的确定（3）试桩要求（4）加卸载要求（5）慢速法载荷试验步骤及加卸载要求（6）慢速法载荷试验的试验终止条件（7）快速法载荷试验的程序与慢速法载荷试验基本相同，只是每级荷载维持时间相对较短，一般至少为1h，是否延长维持荷载时间应根据桩顶沉降收敛情况确定；在实际应用时可参照有关规范执行。

5.2.1.4试验资料整理－绘制试验成果曲线

（1）填写试验记录表工程名称地点试验单位试桩编号桩型试验起止时间成桩工艺桩截面尺寸桩长混凝土强度等级设计灌注桩沉渣厚度配筋情况规格长度配筋率实际灌注桩充盈系数综合柱状图试验平面布置示意图层次土层名称土层描述相对标高桩身剖面12表5-3单桩竖向抗压静载试验概况表表5-4单桩竖向抗压静载试验记录表工程名称桩号日期加载级油压（MPa）荷载（kN）测读时间位移计（百分表）读数本级沉降（mm）累计沉降（mm）备注1号2号3号4号12检测单位：

校核：

记录：（2）绘制有关试验成果曲线

5.2.1.5单桩竖向抗压承载力的确定

（1）单桩竖向抗压极限承载力Qu的确定（2）单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定（3）单桩竖向抗压承载力特征值的确定

5.2.2单桩竖向抗拔静力载荷试验

5.2.2.1概

述高耸建（构）筑物往往要承受较大的上拔荷载，而桩基础是建（构）筑物抵抗上拔荷载的重要基础形式。迄今为止，桩基础上拔承载力的计算还是一个没有从理论上解决的问题；这种情况下，现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就更显得尤为重要。单桩竖向抗拔静载荷试验就是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法，确定单桩的竖向抗拔极限承载力。

5.2.2.2试验设备图5-3单桩竖向抗拔静载荷试验示意图1－试桩；2－锚桩；3－液压千斤顶；4－表座；5－测微表；6－基准梁；7－球铰；8－反力梁；9－地面变形测点；10－10cm×10cm薄铁板

（1）加载装置（2）荷载与变形量测装置5.2.2.3试验方法（1）现场检测（2）终止加载条件5.2.2.4试验资料整理5.2.2.5单桩竖向抗拔承载力的确定（1）单桩竖向抗拔极限承载力的确定1）对于陡变型U－δ曲线（如图5-4所示），可根据U－δ曲线的特征点来确定。2）对于缓变型U－δ曲线（如图5-5所示），根据U－δ曲线的变化情况综合判定。3）当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。图5-4根据U－δ曲线确定单桩抗拔极限承载力

（陡变型U－δ曲线）图5-5根据δ－lgt曲线确定单桩抗拔极限承载力

（缓变型U－δ曲线）（2）单桩竖向抗拔承载力特征值的确定1）单桩竖向抗拔极限承载力统计值的确定方法与单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定方法相同。2）当作为验收抽样检测的受检桩在最大上拔荷载作用下，未出现（1）中单桩竖向抗拔极限承载力各款时，可按设计要求判定。3）单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值应按单桩竖向抗拔极限承载力统计值的一半取值。当工程桩不允许带裂缝工作时，取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承载力特征值，并与按极限承载力一半取值确定的承载力相比取小值。

5.2.3单桩水平静载试验

5.2.3.1概述单桩水平静载荷试验一般以桩顶自由的单桩为对象，采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法来达到以下目的：（1）确定试桩的水平承载力。（2）确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩的分配规律。（3）确定弹性地基系数。（4）推求桩侧土的水平抗力（q）和桩身挠度（y）之间的关系曲线。5.2折.3.迎2试验燃设备单桩壮水平佩静载逃荷试趴验装冠置包善括加稼载装艺置、去反力负装置证、量刘测装序置三果部分颂，如酬图5-6所示与。（1）加他载装困置（2）反饮力装倚置（3）量晕测装台置1）桩逝顶水傅平位医移量港测2）桩啊身弯冷矩量不测3）桩本身挠厅曲变李形量棋测图5-铜6单桩水虚平静载郊试验装挨置示意乏图1、7－百分思表；2－球拥铰；3－千斤讨顶；4－垫块盘；5－基准轿梁；6－基准阶桩5.2显.3.已3试验唱方法（1）试布桩要盟求（2）加载犹与卸载勤方式（3）终闭止试赔验条剧件5.2卖.3.拢4试验收资料虽整理（1）单桩耻水平静哀载荷试妨验概况帮的记录（2）整理膊单桩水伯平静载增荷试验晒记录表房诚（如表5-5）（3）绘制醒单桩水睬平静载倒荷试验鸣曲线（而如图5-饿7、图5-8）（4）计掠算地眼基土供水平岁抗力范系数针的比搞例系盼数地基土谦水平抗妇力系数种的比例担系数可危按下列把公式计秃算：表5-籍5单桩为水平贩静载竹荷试灭验记浸录表工程名称桩号日期上下表距油压(MPa)荷载(kN)观测时间循环数加载卸载水平位移（mm）加载上下表读数差转角备注上表下表上表下表加载卸载检测单位：

校核：

记录：图5-7单桩遮水平横静载走荷试戚验水身平力扛－时羽间－缺位移穿（H－t－X）关盈系曲沉线图5-8单桩水腹平力－辣位移梯烫度（H－ΔX/ΔH）曲线5.允2.也3.粮5单桩拖水平廉临界棋荷载从和极拢限荷屠载的誉确定（1）单除桩水单平临粪界荷坡载确烤定方遮法（2）单志桩水荣平极耳限荷弹载确义定方怕法（3）单主桩水绿平承扯载力五特征兰值确鹿定方靠法5.哪3基桩膨动力戴测试茧技术5.3贫.1低应园变动够力测木桩法5.3衰.1.皮1概述基桩泄低应熄变动堵测的吧一般寄要求饮：（1）检宰测前砖的准哪备工绿作；（2）检测薯仪器；离（如图5-魂10）（3）检偶测数蜜量确拒定。图5-1聋0美国PD军I公司的PI建T-羽V型桩绞身完铲整性笼检测荡仪低应变误法基桩插动测的豆方法很甘多，包数括反射颂波法、艳机械阻户抗法、赤动力参榆数法、凤水电效视应法等叨，本节梦主要介牢绍在工规程中应碎用比较水广泛、参效果较漠好的反皱射波法牵与机械干阻抗法收。5.凡3.苹1.艘2反射波垦法（1）概打述（2）检换测设巾备用于炭反射狂波桩膛基动亩测的犬仪器趟一般彼有传芽感器壁、放开大器胶、滤劳波器册、数应据处圈理系竟统以疲及激总振设仔备和划专用责附件缸等。（3）检晴测方愤法反射意波检井测基拴桩质充量的丽仪器向布置肾如图5-1活1所示坦。图5-1膛1反射波或法检测币基桩质罗量仪器执布置图1－手锤咏；2－桩治；3－传感搂器；4－基桩老分析仪慨；5－显示跑器（4）检贴测结浓果应第用1）确定巧桩身混县凝土的炕纵波波醋速桩身亡混凝湖土纵肌波速妄可按麦下式巾计算柏：2）评膊价桩豆身质砍量反射坟波形怜的特撒征是境桩身雀质量泻的反谷应，省利用倘反射左波曲米线进宴行桩龄身完醒整性真判定已时，惊应根凳据波览形、葬相位陶、振漂幅、费频率此及波掘至时夕刻等冰因素企综合身考虑能，桩口身不宇同缺疮陷反插射波资特征色如下抛：①完整桩灭的波形咏特征。纺如图5-1册2(a赢)所示。图5-不12薄(a乐)完整槽桩的匪波形却特征②离析和艘缩颈桩稍波形特慈征。③断裂粗桩的遇波形趴特征猛。图5-1充2(b植)离析息和缩涛颈桩食的波北形特通征图5-酱12值(c萄)断裂桩拜的波形伙特征3）确衰定桩喇身缺侵陷的捉位置丸与范闭围桩身缺演陷离开出桩顶的傅位置L′由下式欲计算：桩身缺脏陷范围授是指桩梢身缺陷接沿轴向授的经历蚕长度，辛如图5-1刑3所示室。桩萝身缺祖陷范沫围可菠按下盛面的深方法晋计算冠：图5-1挣3指桩身旅缺陷的崖位置和洪范围表5-指6桩身叠缺陷柴段纵拌波速冶度缺陷类别离析断层夹泥裂缝空间缩颈纵波速度（m/s）1500~2700800~1000<600正常纵波速度4）推求裂桩身混哀凝土强会度推求熟桩身钢混凝游土强摧度是甩反射百波法悠基桩知动测流的重马要内球容，厅桩身朴纵波袄波速吴与桩肥身混桨凝土博强度初之间铺的关锋系受孕施工留方法合、检瓜测仪方器的久精度恨、桩马周土谁性等贱因素航的影灯响，吨根据狡实践制经验宫，表5-不7中桩减身纵谜波波点速与悔桩身狱混凝鉴土强见度之怨间的呼关系腹比较喉符合养实际镇，效容果较却好。表5-携7混凝土犬纵波波变速与桩迹身强度筝关系混凝土纵波波速（ms-1）混凝土强度等级混凝土纵波波速（ms-1）混凝土强度等级

>4100>C352500~3500C203700~4100C30<2700<C203500~3700C255.醋3.慕1.翠4各类彩低应俭变动锄力检剥测对余桩身争完整课性的专判定桩身付完整坚性类伸别的芽具体呜判定步，应唉结合呜缺陷世出现星的深掌度、陶测试纠信号阴衰减趁特性贫以及毙设计挑桩型沃、成言桩工扔艺、曲地质粪条件披、施澡工情苹况，合按基趴桩检痒测技那术规菜范中斧的有凉关条稀款所器列实欲测时纵域或甩幅频呜信号保特征渔进行洽综合勿判定榆，详宗见表5-值8与5-敏9。表5-8桩身完缝整性分背类表桩身完整性类别分类原则I类桩桩身完整II类桩III类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响IV类桩桩身存在严重缺陷表5-说9桩身完钩整性判遭定类别时域信号特征幅频信号特征I类桩2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰基本等间距，其相邻频差△fc/2LII类桩2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰基本等间距，其相邻频差△fc/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差△fc/2LIII类桩有明显缺陷反射波，其它特征介于II类和IV类之间。IV类桩2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差△fc/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰注：对同一场地、地质条件相近、桩型与成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其它桩实测信号判定完整性类别。5.3源.2高应巾变动嫂力测或桩法5.3呢.2.箱1概述5.3意.2.炉2锤击贯浩入法（1）概缠述（2）检测怜设备锤贯劲法试踏验仪添器和丛设备俗由锤眠击装老置、像锤击赚力量塘测和葵记录饥设备断、贯将入度冈量测边设备霉三部躺分组贱成，搁如图5-丛16所示。图5-率16锤击讯贯入刺法试忙验装犹置示栽意图1－自跌动脱窝钩器弓；2－锤；3－锤垫孟；4－力传越感器；5－桩帽叮；6－桩使；7－百分前表；8－动妻态应灰变仪优；9－记录僚仪（3）检寒测方烂法1）收集剪资料2）试桩禾要求3）设备寇安装4）锤击达力和贯贞入度量插测（4）检领测结你果应臣用1）确定禾单桩极石限承载摘力①Qd－Σe曲线浴法。首先根驾据试验助原始记教录表的训计算结蜂果作出凭锤击力僵与桩顶青累计贯点入度Qd－Σe曲线挨图，腐如图5-1责7所示慢。Qd－Σe曲线窄上第宾二拐船点或lgQ充d－Σe曲线名起始洋点所托对应避的荷前载即严为试城桩的栗动极蹈限承但载力Qd拘u，该奸桩的柄静极涌限承友载力Qs挺u可按阀下面欠的方汪法确约定：其中疯的动崭静对训比系牛数Cd有sc与桩巷周土度的性丈质、巷桩型塑、桩危长等况因素扇有关班，可换由桩圈的静帐荷载暗试验章与动助力试狡验的汇结果捉的对载比得动到。②经验公扫式法。爱单击贯篇入度不思小于2.0亏mm时，牵各击封次的上静极茫限承咐载力Qfs掌ul可按下欲面公式舍计算：确定掠经验健公式狡法的吉静极决限承机载力Qf坏su飞l值时，女参加统忽计的单农击贯入陵度不小完于2.炎0m阵m的击丘次不骨得少艺于3击，需并取赛其中州级差斩不超陶过平耍均值20%的数卷值按仔下面冰公式听计算影：锤击贯评入法和愧静载荷星试验对柱比曲线际如图5-觉18所示刃。2）判定鄙桩身缺旁陷图5-1惩7锤击暗贯入警法的Qd－Σe曲线图5-萌18锤击舍贯入劲法和交静载砖荷试迟验对岩比曲伏线5.4工程反实例冲－混倡凝土勉管桩毅静动赏力测俗试实索例5.共4.侄1工程狐概况某拟建曲工程场增地位于字沿海城软市填海符区港前3号路ⅢD－14号工牺地。氧该工饲程为斗国际荡物流扬中心免流通凡加工畅车间贝，地跪上4层，高30m，无地永下室，障框架结负构，室辞内设计陵标高为8.话10悬m。设计拼基础采展用《预应力谦混凝土束管桩-03汉SG4挎09》标准周中高体强预垮制应工力混脸凝土菌管桩守，型岔号为PH予C-毅B6拼00醒(1争30华)-帝La。设计膝要求单胶桩竖向状抗压极疏限承载着力不小脑于70镰00友kN。根据巩地勘报如告，桩茄端持力右层为强抢风化或围中风化劣泥灰岩重，当砾芦石混土近厚度较椒大时，吉可根据悬试桩结矿果按贯华入度控帐制，且或桩端进语入砾石薄混土层云深度不滥小于25接m；桩奋端进参入中彩风化砌岩层堡的最江小深练度为0.纳6m。根据地甲勘报告付，场地发地层自穷上而下闸为素填杨土、砾殖砂夹淤翁泥、砾令石混土眠、强风痕化泥灰翠岩、中北风化泥摸灰岩。5.歉4.绒2竖向抗冤压静载饮试验结奖果分析荷载级别0123456789荷载/kN0140021002800350042004900560063007000沉降量mmA34-407.6112.7018.9528.6662.16A19-204.847.0010.6814.6318.9323.1828.0333.2638.77A34-4(2)04.036.989.2612.0915.8727.00A57-104.606.689.2112.2115.3419.6728.82A33-5加载03.315.447.8410.0413.0115.9919.6627.2740.88卸载19.7830.4535.3938.4940.73A44-1加载03.185.237.5810.012.7116.3419.8524.2627.67卸载5.6815.8821.4025.1527.19A56-4加载02.864.446.378.5510.5712.3515.8719.6824.05卸载8.5714.6918.0521.0723.15A105-203.656.389.2315.3528.4685.10A165-203.315.377.379.4711.8414.6018.6124.2081.77A158-504.907.6210.5313.4716.8925.3885.28A96-604.817.7910.6613.9817.5722.4930.6983.50A63-4加载05.068.4911.8215.2318.9625.1569.79卸载58.8969.6373.8275.20A38-1加载04.357.1410.0912.8415.4919.2123.0879.39卸载61.4968.4273.7577.6180.30A392-2加载05.729.7013.5717.2320.8729.8370.17卸载46.7664.0468.8069.39A369-3加载05.199.4214.2818.9023.6228.9478.14卸载64.9074.9077.4979.04表5-1奴0虫15根管桥桩现金场静晃力载吐荷试斥验实雄测结赵果(a币)课A5违6-柳4号桩(b怪)坚A3仅8-布1号桩图5-2朵7典型谢管桩骆静载促试验袄荷载顷－沉厉降关济系曲舟线5.盒4.威3高应变横动力检表测结果炎分析5.认4.趁3.信1管桩高批应变测箭试5.4咬.3.起2管桩抛高应绪变测践试结茶果分赛析采用高遇应变动拿测技术青实测预交应力混港凝土管偿桩83根，隶抽检炎结果声见表5-盟11，典型乌实测波象形如图5-2鸟8，桩驰身结碧构基题本完倡整。楚经统滔计分禽析，泛该工题程实帐测83根预应树力混凝拣土管桩晋单桩竖晋向抗压猴极限承攀载力平爱均值为57熔39kN，不能尽满足设彼计上不氏小于700药0kN的要求衔。序号桩号入土深度(m)检测日期桩身完整性极限承载力(kN)1A18-221.82008.3.9基本完整桩56142A2-223.32008.3.9基本完整桩56323A33-518.62008.3.9基本完整桩66214A58-220.62008.3.9接桩明显56215A47-5232008.3.9基本完整桩58696A46-318.62008.3.9接桩明显56907A45-524.72008.3.9基本完整桩60248A1-1272008.3.9基本完整桩55759A5-227.62008.3.12基本完整桩560410A18-1302008.3.12基本完整桩555011A17-132.72008.3.12基本完整桩575812A33-122.42008.3.12接桩明显578213A3-224.12008.3.12基本完整桩560514A20-526.12008.3.12基本完整桩601315A44-131.82008.3.12基本完整桩6687（其它高应变基桩检测结果略）表5-唯11基桩偶高应怜变动灿力检季测结女果总逐表（a）高老应变促法实顿测曲慕线（b）F-V模拟计盯算拟合璃结果（c）模拟戒拟合静棍载P-S曲线嚷（d）模静拟拟角合摩补阻力橡分布图5-2验8块A2-孕2基桩碑高应绢变实腥测波肉形及扯分析5.牙4.客4低应据变动帽力检别测结蚕果分圣析采用低定应变测涌试技术拼检测部阴分基桩并的完整宽性，并驳与高应缓变测试舌结果进库行对比灵，在高叶应变检货测基桩砌前进行志了12根基铸桩的拾桩身攀完整势性检内测。强桩身杀完整耕性检诊测结图果列仙与表5-捷12，典恰型测李试曲相线如膨图5-傻29所示才，其乞中Ⅰ类与Ⅱ类桩共11根，II卡I桩1根。桩号桩径(mm)配装长度(m)入土深度（m）波速（m/s）桩身完整性综合评价A1-180028274100完整桩ⅠA16-48002625.74200接桩明显IIIA5-28003427.64320基本完整桩ⅡA18-180031304300基本完整桩ⅡA17-18003332.74200完整桩ⅠA33-18003422.44180基本完整桩ⅡA3-28002524.14300基本完整桩ⅡA20-58002726.14200基本完整桩ⅡA44-18004231.84300基本完整桩ⅡA44-280034334350基本完整桩ⅡA44-38004741.54180完整桩ⅠA19-28002828.14200完整桩Ⅰ表5-支12低应变兴桩身完岂整性检群测成果寇汇总表图5-纹29基桩低膊应变动宵力检测鸭波形（A16盈-4号与A1撒7-洲1号基胜桩）5.4扰.5钻芯取批样测试缺结果分怜析针对半现场勿未打闪入的2根PH喂C-厅AB拦60单0-葛13钳0离心混父凝土管裕桩进行晌钻芯取甜样和混午凝土强比度测试拖，每根遗桩钻取2个芯样处，共钻拌取混凝水土芯样4个。拔将混尾凝土危芯样保制作遵成高晨径比庄为1:1的圆仓柱体乔试件扇，对炼其补象强、伏磨平派后进尤行试揪压检狭测，剥按照《钻芯检慨测离心锻混凝土草强度试等验方法》（CB/岭T19鬼496率-20圆04）中雄的有垮关规昆定计信算其治抗压闸强度霞，混孩凝土炮芯样植抗压觉检测忍结果皂见表5-哥13。该翻管桩学混凝番土设菌计强渣度等做级为C8常0。由去表5-1住3可见钉，其顾混凝包土抗淋压强辨度不氏能满锡足设毛计要遇求。表5-1矮3管桩混抱凝土强五度钻芯车法测试杰结果混凝土管桩编号芯样编号芯样直径(mm)芯样高度(mm)芯样混凝土抗压强度值(MPa)设计强度等级GP-1175.075.062.3C80275.075.038.5