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桩基检测技术 1 桩基检测的现状与发展 目前 随着国家基础建设的增多 特别是在大量建设高速公路 高层建筑 特大桥时涉及若干桩基工程 从安全角度出发 最好每一根桩都能检测到 但实际上 都是按某种比例抽检 因此如果能整体检测一个区域的桩就能更好地控制桩的质量 另外 由于工期普遍缩短 而桩是各种建筑物的基础 任何后续工作必须在桩基检测合格后才能进行 所以如何快速准确的检测是桩基检测的一个发展方向 现在 桩的尺寸越来越大 桩的质量控制也越来越难 出现缺陷的可能就会更多 给检测带来了难度 所以如何在不破坏桩的情况下全面检测桩的各个部位也是一个等待解决的问题 同时 由于部分桩基检测方法会破坏桩体 降低桩的强度 所以要求无损检测技术能广泛的运用到桩基检测中来 因此 轻便容易携带 操作简单省时 检测结果清楚直观 会是将来桩基检测的主要发展方向 2 桩基检测的目的 目的 检测桩基的承载力及其完整性 桩基承载力 竖向抗拔承载力 竖向抗压承载力 水平承载力等 桩基完整性 完整桩 缩劲桩 扩劲桩 多缺陷桩等 见示意图 完整桩 缩颈桩 扩劲桩 多缺陷桩 3 桩基检测技术分类 桩基检测法 开挖检测法 直观检测法 勘探孔检测法 闭路电视检测法 辐射能检测法 超声波检测法 放射性元素能量衰减法 静力试桩法 动力试桩法 高应变法 低应变法 静荷载试验法 钻桩取芯试验法 4 桩基检测特点 4 1静力试桩法 静载荷试桩法 优点 真实地反映了桩基础的工作状况 是确定承载力的最直接最可靠方法 为常用的承载力确定方法 不足 检测周期长 费时 费力 费用昂贵 且为有损检测 因此试桩数量受到限制 抽样率低 试验结果代表性差 另外 在对承载力较高的工程桩检测时 施工前往往要指定静载试验桩位 因而桩基检测不能做到随机抽样 使检测结果的利用价值降低 4 桩基检测特点 4 2动力试桩法 高应变法 优点 分为凯斯法和凯普维普法即波形拟合法 其中 凯斯法的优点是可以快速地对单桩极限承载力和桩身结构的完整性作出估计 实现现场的实时分析 同时可用来对打桩过程实行监测和监控 对预制打入桩特别适合 波形拟合法的优点是精度高 同时 采用先进的微电子仪器及信号处理技术 具有设备轻便 快速 费用低廉等优点 不足 分析计算复杂 需要经过专业工程技术人员进行信号拟合分析 4 桩基检测特点 4 2动力试桩法 低应变法 优点 低应变法是通过桩的动刚度和动静对比系数来求得桩的承载力 它的优点是设备简单 检测速度快 费用低廉 可以大面积检测 不足 必须依赖静载试验以求出动静对比系数 精度较差 5 静力试桩法 静载荷试桩法 5 1概念 静载荷试桩法 是指对桩基进行静力原型测试 其具体做法是按一定要求将荷载分级加到试桩上 每级荷载维持不变直至桩顶的下沉增量达到某一规定的相对稳定标准 然后继续加下一级荷载 当达到规定的终止试验条件时便停止加荷 再分级卸荷直至零载 5 静力试桩法 静载荷试桩法 5 2分类 按载荷方式分 堆载法 见图4 2 1 锚桩反力梁法 见图4 2 2 按加载方向分 竖向抗压静载试验 竖向抗拔静载试验 水平静载试验 图4 2 1堆载法 图4 2 2锚桩反力梁法 5 静力试桩法 静载荷试桩法 5 3单桩竖向抗压静载试验 检测目的 确定单桩竖向抗压极限承载力 判断竖向抗压承载力是否满足设计要求 通过桩身内力及变形测试 测定桩侧 桩端阻力 验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果 检测时间 桩身混凝土强度达到设计要求 休止期 砂土 7d 粉土 10d 非饱和粘土 15d 饱和粘土 25d 5 静力试桩法 静载荷试桩法 5 4单桩竖向抗拔静载试验 检测目的 确定单桩竖向抗拔极限承载力 判断竖向抗拔承载力是否满足设计要求 通过桩身内力及变形测试 测定桩的抗拔摩擦力 检测时间 桩身混凝土强度达到设计要求 休止期 砂土 7d 粉土 10d 非饱和粘土 15d 饱和粘土 25d 5 静力试桩法 静载荷试桩法 5 5单桩水平静载试验 检测目的 确定单桩水平临界和极限承载力 推定土抗力参数 判定水平承载力是否满足设计要求 通过桩身内力及变形测试 测定桩身弯矩和饶曲 检测时间 桩身混凝土强度达到设计要求 休止期 砂土 7d 粉土 10d 非饱和粘土 15d 饱和粘土 25d 5 静力试桩法 钻桩取芯试验法 检测目的 桩身完整性及桩端持力层情况为检测目的 检测灌注桩桩长 桩身混凝土强度 桩底沉渣厚度 判定或鉴别桩端岩土性状 判定桩身完整性类别 见下图 6 动力试桩法 高应变法 6 1原理及分类 原理 利用重锤冲击桩顶产生的瞬时冲击力 使桩周土产生塑性变形 通过安装在桩顶两侧的力传感器和加速度传感器实测桩顶力和速度的时程曲线 并用应力波理论分析确定桩的极限承载力以及检测桩身结构完整性 分类 根据理论模型和计算承载力的方法不同又可分多种检测方法 具体如下 打桩公式法 锤击贯入法 波动方程半经验解析解法 也称Case法 实测曲线拟合法 静动法 Statnamic 等 目前 实测曲线拟合法分析检测基桩承载力 高应变 是目前得到肯定与推广的主要动测方法 6 动力试桩法 高应变法 6 2目的及检测时间 检测目的 判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求 检测桩身缺陷及其位置 判断桩身完整性类别 分析桩侧和桩端土阻力 检测时间 桩身混凝土强度达到设计要求 休止期 砂土 7d 粉土 10d 非饱和粘土 15d 饱和粘土 25d 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 反射波法 射波是以手锤或力棒敲击桩顶 给桩一定的能量 产生一纵向应力波 应力波沿桩身向下传播 由传感器 速度型或加速度型 拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号 通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程 便可分析出基桩的完整性 并根据桩身突然变化界面时 如 桩底沉渣过厚 桩身夹泥 断裂 扩径或缩径等 所产生的反射和透射波 来确定桩身缺陷性质 估算桩长或缺陷位置 且根据应力波在桩身中的传播速度来估算混凝土的强度 详见示意图 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 完整桩的波形 指在桩身内的任意截面内不产生反射波 桩顶的传感器接收到的各界面的反射波的信号为零 桩底反射信号除外 并且应力波的波形规则衰减 波速正常 桩底反射清晰 达到设计桩长 如示意图图所示 完整桩波形示意图 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 缩颈桩的波形 应力波通过灌注桩突然变化的截面 表现为缩颈或扩颈等 时 其反射波 透射波与入射波发生变化 因缩颈表现为弹性波由桩顶向下传播时 下行弹性波将产生反射波和透射波 且反射应力波为上行拉力波 由应力符号定义 上行拉力波和下行压缩波的方向一致 因此入射波到达桩顶时 传感器测到的应力波和初始冲击压缩波的方向一致 且反射波的速度 方向也与入射波相同 在波形上表现为振动方向一致 如示意图所示 缩颈桩波形示意图 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 扩颈桩的波形 对于扩颈表现为弹性波由桩顶向下传播 由小截面到大截面上时 上行的压缩波与下行的压缩波的方向相反 因此 反射波到达桩顶时 传感器测到的应力波与初始冲击压缩波的方向相反 且速度反射波也与入射波方向相反 在波形上表现为振动方向相反 如示意图所示 扩颈桩波形示意图 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 夹泥或离析桩的波形 当桩身某处局部夹泥离析时产生的反射波形同 缩颈 波形相似 与激发脉冲波形是同相位的 但夹泥离析对整桩平均纵波速与缩颈不同 缩颈现象对整桩波速影响不大 而局部离析桩的整桩平均波速则会有所下降且桩底反射较弱 如示意图所示 夹泥或离析桩波形示意图 6 动力试桩法 低应变法 6 4反射波法及其实例 断桩的波形 当桩身内出现水平断裂缺陷时 反射波波形尖锐 相位与初始相位相同 且能量强 在桩身可连续追踪两次以上等距多次反射波 难以判定桩底反射 多次反射能量逐步衰减 若两个以上断裂并存时 波形畸变 能量相互干涉 除了第一断裂位置易于判断外 难以判断第二断裂位置 出现若干小振幅 不规则的高频波 如示意图所示 夹泥或离析桩波形示意图 7 其他检测方法简介 射线法 属于放射性元素能量衰减法中的一种 是根据射线穿过混凝土时 混凝土质量的差异将会产生不同的辐射效应 以此来检验桩基的质量 该法所用仪器设备复杂昂贵 又要在桩中预埋管道 操作时易危及人的安全 7 其他检测方法简介 超声波法 是以弹性波理论为基础 采用由压电材料制成的声 电换能器在不同位置发射和接收声波 测量并记录声波穿透介质所需要的时间和波形 计算声波的传播速度 结合声波幅度 频率等特征来分析介质的性质 声波透射法分辨能力很高 可以从微观角度分析介质的声学性质和结构 并具有检