《桩基检测技术》PPT课件.ppt

桩基质量检测技术,内容,一、桩基检测概论 二、桩的静载试验 三、桩的低应变、高应变动力检测 四、声波透射检测,一 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）； 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；,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； 5、高应变动测； 7、声波透射法； 6、低应变动测；,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。,二、 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、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。,复合地基载荷试验,各种地基处理方法的承载力检验 对于灰土地基、砂和砂石地基、土工合成材料地基、粉煤灰地基、强夯地基、注浆地基、预压地基，地基承载力检验应采用地基土平板载荷试验，检验数量为每单位工程不小于3点； 对于水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基，地基承载力检验应采用复合地基载荷试验，其承载力检验，数量为总数的0.5%1%，但不应小于3点。,复合地基载荷试验,单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。 每加一级荷载前后均应各读记承压板沉降量一次，以后每半个小时读记一次。当一小时内沉降量小于0.1mm时，即可加下一级荷载。 当出现下列情况之一时，即可终止加载： 1 沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起； 2 承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6： 3 当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。 承载力特征值的确定应符合下列规定： 1. 当Q-s曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；,复合地基载荷试验,一根桩承担的处理面积可按如下方法计算： 对于矩形布桩，一根桩承担的处理面积等于两个方向的桩距的乘积； 对于等边三角形布桩，一根桩承担的处理面积等于0.866乘以桩距的平方； 对于梅花形布桩，一根桩承担的处理面积等于桩的行距与排距的乘积。,（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）。,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,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。,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。,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0.5 mmmin,加载至总贯人量为5070mm，或荷载不再增大为止。,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。,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）当今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。,某桩静载试验Qs曲线,图2 Q-S曲线,图3 lgtS曲线,（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。,（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推求实际地基反力系数,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。,应用范围,自平衡试桩法适用于粉土、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。 该法已成功地应用于钻孔桩、壁板桩、打入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。,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.,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。,三、 桩基低应变动力检测,高应变动力试桩的基本原理： 用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性.,三、 桩基高应变动力检测,激振设备： 预制桩打桩机械 自制自由落锤 锤重应大于预估的单桩极限承载力的1.01.5,如图采用美国PDI公司PAL型基桩高应变动测仪检测桩基，检测结果可提供基桩的极限承载力指标和桩身结构完整性评价。 检测目的: 、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求 、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性 、分析桩侧和桩端阻力,四、 灌注桩声波检测,基桩成孔后，灌混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各截面的声学参数，然后对这些检测数据进行处理，分析和判断，以确定桩身混凝土缺陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完整性。,原理,砼结构是一个多孔浆及侵粗骨料组成的多相体系，当一定频带宽的超声脉冲在结构中传播时，将会产生一系列现象。所有这些信息可以由声传播速度和接收信号强度、波形来表征它所反映的被测材料的粘弹力学特性及缺陷的性质。因此，采用适应的超声检测方法，可用来评价桩基的质量、浇注均匀性、缺陷的范围及性质等 。,特点,超声法检测灌注桩混凝土质量是近10多年逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点： 1）检测细致，结果准确可靠；2）不受桩长桩径限制；3）无盲区声测管埋到什么部位就可检测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；4）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；5）可估算混凝土强度。 正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁。高层建筑的大型、特大型灌注桩的检测。,声波在传播过程的衰减,声波在介质的传播过程中，其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为衰减。 声波在任何介质中传播都有衰减存在。声波衰减的大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能。因此，研究声波在介质中的衰减情况将有助于探测介质的内部结构及性能。 1、吸收衰减；2、散射衰减；3、扩散衰减,混凝土的声学参数,混凝土超声检测目前主要采用所谓“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收。被接收到的超声波转化为电信号后再经超声仪放大显示在屏幕上，用超声仪测量收到的超声信号的声学参数。当超声波经混凝土中传播后，它将携带有关混凝土材料性能、内部结构及其组成的信息。准确测定这些参数的大小及变化，可以推断混凝土性能、内部结构及其组成情况。 目前在混凝土检测中所常用的声学参数为声速（波速）、振幅、频率以及波形。衰减系数，在现场检测中上难以运用，通常只用于室内试验研究中。,探测混凝土内部缺陷的原理,当混凝土无缺陷时，混凝土是连续体，超声波在其中正常传播。当换能器正对着缺陷时，情况就不一样了。由于缺陷（空洞、蜂窝区）的存在，混凝土连续性中断，缺陷区与混凝土之间成为界面（空气与混凝土）。在这界面上，超声波传播情况发生变动发生反射、散射与绕射。超声波经过缺陷后接收波声学参数将发生如下变化：,空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比正常部位小,接收波振幅的变化,由于缺陷对声波的反射或吸收比正常混凝土大，所以当超声波通过缺陷后，衰减比正常混凝土大，即接收波的振幅将减少。因此，和声时（速）一样，根据接收波首波振幅的异常变化也可以发现缺陷的存在。 如果传播路径中遇到裂缝，由于裂缝对声波的强烈反射，只有很少的声波通过裂缝，接收波振幅将大大降低，振幅的变化可以较灵敏地发现裂缝的存在。,接收波主频率的变化,对接收波信号的频谱分析证明，不同质量的混凝土对超声脉冲波中的高频分量的吸收、衰减不同。因此，当超声波通过不同质量的混凝土后，接收波的频谱（各频率分量的幅度）也不同，质量差或有内部缺陷、裂缝的混凝土，其接收波中高频分量相对减少而低频分量相对增大，接收波的主频率值下降，从而反映出缺陷和裂缝的存在。,接收波波形的变化,当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混凝土的连续性已被破坏，使超声波的传播路径复杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器，它们具有不同的频率和相位，这些波的叠加有时会造成波形的畸变。,超声法检测混凝土灌注桩质量,1、声测管的安装埋设（钢管、PVC管）3550mm。 声测管是预留的声波换能器的通道，需预先埋设在灌注桩中。通常是将声测管固定在钢筋笼架立筋的内侧，随钢筋笼一段段沉人桩孔中，然后浇注混凝土。 对声测管总的要求是：联结牢靠不脱开，密封良好不漏水，联结平整不打折，管与管间相平行，管内无异物保证通畅。 声测管的材料要求是：有足够的机械强度，保证在灌注桩混凝土浇注过程中不会变形，与混凝土粘结良好，不致在声测管和混凝土间产生剥离缝，影响测试 。,声测管的数量和布置,D（桩径）800mm，2根； 800mD 2000mm，不少于3根； D2000mm，不少于4根。 每两根声测管组成一对进行测试，称为一个测试面。埋两根管有一个测试面；三根管三个测试面；四根管六个测试面。,桩身混凝土质量的判断和评定,对桩身混凝土质量的判断和评定包括以下三个方面：桩身混凝土是否存在缺陷及其位置范围、及性质；桩身混凝土强度；桩身混凝土均匀性。其中对缺陷的判断和评定是最主要的。 对缺陷的判断主要根据二个声学参数：波速和振幅，必要时辅以主频率值和波形。,缺陷范围的推断,考察各剖面是否存在同一高程的缺陷。 如果不存在同一高程的缺陷，则该缺陷在桩身横截面的分布范围不大，该缺陷的纵向尺寸将由缺陷在该剖面的投影的纵向尺寸确定。 如果存在同一高程的缺陷，则依据该缺陷在各个检测剖面的投影大致推断该缺陷的纵向尺寸和在桩身横截面上的位置和范围。 对桩身缺陷几何范围的推断是判定桩身完整性类别的一个重要依据，也是声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的优点。,缺陷程度的推断,对缺陷程度的推断主要依据以下四个方面： 缺陷处实测声速与正常混凝土声速（或平均声速）的偏离程度。 缺陷处实测波幅与同一剖面内正常混凝土波幅（或平均波幅）的偏离程度。 缺陷处的实测波形与正常混凝土测点处实测波形相比的畸变程度