桩基础的测试与检测PPT课件.ppt

5 1概述 5 2单桩竖向抗压静载荷试验 5 3单桩竖向抗拔静载荷试验 5 4单桩水平静载荷试验 5 5桩基的低应变动测 5 6基桩的高应变动测 5 7Osterberg试桩法和静动试桩法思考题 第5章桩基础的测试与检测 1 桩基的结构特点和作用 桩基础是由承台将若干根桩的顶部连接成整体 以共同承受荷载的一种深基础 其承台的结构形式和桩的布设方式也有很多类型 可根据上部结构的特点 地质条件和施工条件选用 5 1概述 2 结构特点 1 在框架结构的柱下或桥梁墩台下 通常在承台下设置若干根桩 构成独立的桩基础 当荷载较大时 在框架柱列之间常连接以基础梁 沿梁的轴线方向布置排桩 构成梁式的承台桩基础 2 若上部为剪力墙结构 则可在墙下设置排桩 但因为桩径一般大于剪力墙厚度 故需要设置构造性的过渡梁 3 3 若承台采用筏板 可按柱网轴线布置 使板不承受桩的冲剪作用 只承受水的浮力和有限的土反力 如果荷载比较大需要布桩较多时 沿轴线布置桩可能有困难 则可以在筏板下满堂布桩 4 当地下室是用具有底板 顶板 外墙和若干纵横内隔墙构成的箱型基础时 可满堂布桩 或按桩网轴线布桩 由于箱形基础的刚度很大 能有效的调整不均匀沉陷 因此这种桩基础适用于任何软弱 复杂的地质条件下的任何结构形式的上部建筑物 4 桩的作用 1 通过桩的侧面和土的接触 将荷载传递给桩周土体 或者将荷载传递给深层的岩层 砂层或坚硬的黏土层 从而获得很大的承载能力以支撑重型建筑物 2 对于液化的地基 为了在地震时仍保持建筑物的安全 通过桩穿过液化土层 将荷载传给稳定的不液化土层 5 3 桩基具有很大的竖向刚度 因而采用桩基础的建筑物 沉降比较小 而且比较均匀 可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求 4 桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力 能抵抗台风和地震引起的巨大水平力 上拔力和倾覆力矩 保持高耸结构物和高层建筑的安全 5 改变地基基础的动力特性 提高地基基础的自振频率 减小振幅 保证机械设备的正常运转 6 桩的应用历史 在距离今天12000年前的智利古文化遗址中发现了桩的雏形 我国陕西半坡村遗址和浙江河姆渡遗址证实7000年前就开始采用木桩 19世纪20年代人们开始使用铸铁板桩 19世纪末期 出现了灌注混凝土桩 20世纪初 出现钢桩和钢筋混凝土预制桩 7 我国桩基工程发展特点 我国桩基工程的实践和理论研究具有很高的水平 其原因是 1 我国地质条件多样 2 我国建设规模巨大 与国际上桩基工程的发展水平相比 我国桩基工程的发展具有非常明显的下列特点 1 桩型多 2 模型试验和原形试验规模大 3 被规范认可 4 成果显著 8 桩基的分类 按制桩材料分类 木桩 混凝土桩 钢桩 组合桩 按成桩时对地基土的影响程度分类 非挤土桩 部分挤土桩 挤土桩 按桩的功能分类 抗压桩 抗拔桩 水平受荷桩 按成桩方法分类 打 压 入桩 就地灌注桩 9 桩基的承载机理 总体上按竖向受荷与水平受荷两种工况来分析桩的承载性状 竖向受压荷载作用下的单桩 压坏竖向抗拔荷载作用下的单桩 剪坏水平荷载作用下的单桩 弯剪破坏 10 1 竖向受压荷载作用下的单桩单桩竖向抗压极限承载力由以下二个因素决定 一是桩本身的材料强度 二是地基土强度 1 1侧阻影响分析1 桩土间相对位移2 成桩效应3 桩材和桩的几何外形4 桩的入土深度5 时间效应 11 1 2端阻影响分析1 相对位移2 持力层选择3 桩端进入持力层深度4 尺寸效应问题1 3破坏模式1 整体 局部 剪破2 刺入破坏3 台阶状破坏 12 2 竖向抗拔荷载作用下的单桩桩的抗拔承载力由桩侧阻力和桩身重力以及桩端真空吸力组成 3 水平荷载作用下的单桩按桩土相对刚度分为两类 一类是刚性短桩 ah4 0 2 5 ah 4 0 称为有限长度中长桩 13 桩基质量通病 灌注桩质量通病 钻 冲 孔灌注桩 沉管灌注桩 人工挖孔桩预制桩质量通病 钢桩 混凝土预制桩 14 15 16 17 混凝土预制桩质量通病 续 6 桩间距过小 打桩引起的挤土效应使后打的桩难于打入或使地面隆起 导致桩上浮 影响桩的端承力 7 在较厚的黏土 粉质黏土层中打桩 如果停歇时间过长 或在砂层中短时间停歇 土体固结 强度恢复后桩就不易打人 此时如硬打 将击碎桩头 使沉桩无法进行 18 检测基本规定1 概述2 检测程序及相关技术内容 19 基桩的承载力和完整性检测是基桩质量检测中的两项重要内容 按照其完成设计和施工质量验收规范所规定的具体检测项目的方式 宏观上可以分为 直接法 半直接法 间接法三种 常规的基桩检测方法不包括间接法 20 21 2检测程序及相关技术内容 1接受委托2调查 资料收集3制定检测方案与前期准备4现场检测 数据分析与验证 扩大检测5检测结果评价和检测报告 22 23 3制定检测方案与前期准备 1 检测开始时间的确定2 抽样规则与检测数量3 检测的仪器设备 24 1开始检测时间的确定 25 2抽样规则与抽样数量 1 抽样规则 抽检桩应具有代表性 1 施工质量有疑问的桩 2 设计方认为重要的桩 3 局部地质条件出现异常的桩 4 施工工艺不同的桩 5 承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的 类桩 见表3 3 26 2 抽样数量 具体内容见P21 1 完整性检测A 至少1根 B 不少于20 10根C 不少于10 D 不少于10 10根 2 承载力检测A 不少于1 3根 B 不少于5 5根C 不少于10 10根 D 不少于1 3根 27 3检测的仪器设备4现场检测 数据分析与验证 扩大检测 28 5检测结果评价和检测报告 对于桩身完整性检测 JGJ106 2003 给出了完整性类别的划分标准 29 5 2单桩竖向抗压静载荷试验 单桩竖向抗压静载试验采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法 确定单桩竖向抗压承载力 是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观 最可靠的试验方法 虽然试验中也能得到与承载力相对应的沉降 但必须指出 静载试验中的沉降量s与建 构 筑物的后期沉降量s 是不一样的 30 1 静载试验目的为设计提供依据 为工程验收提供依据 验证检测 其他目的 2 试验方法我国建筑工程中惯用 快速 慢速 维持荷载法3 桩侧和桩端阻力测试由于试验成本较高 主要用于大型 重点工程指导设计和进行科研试验 31 静载试验目的 1 为设计提供依据 主要是确定单桩竖向承载力1 1 单桩承载力确定的主要方法 竖向静载荷实验方法 1 2 单桩承载力确定的其它方法 32 单桩竖向承载力计算是桩基设计的最主要内容 而单桩竖向承载力则是桩基设计的最重要的设计参数 单桩竖向承载力包括地基土对桩的支撑能力和桩的结构强度所允许的最大轴向荷载两个方面的涵义 以其小值控制桩的承载性能 优化设计则应当选取合适的桩长和截面 使以上两种极限状态比较接近 以达到最经济的目的 33 1 1 单桩承载力确定的主要方法 竖向静载荷实验方法 单桩竖向静载荷试验是确定单桩竖向承载力的最基本的一种方法 试验装置包括加荷系统与位移观测系统两部分 试验方法包括加载分级 测读时间 沉降相对稳定标准和破坏标准 34 35 极限承载力的判定方法有 1 Q S曲线明显转折点法 2 沉降速率法 S lgt法 3 相对变形标准 规范 法 36 Q S曲线明显转折点法 37 沉降速率法 S lgt法 38 39 1 2 单桩承载力确定的其它方法 除了上述根据桩的静载试验确定单桩承载力外 还可以用经验参数法 静力触探法 标准贯入法 动力法确定单桩承载力 所谓经验参数法是采用各种 规范 所推荐的参数进行计算 动力法是根据桩体被激振以后的动力响应特征来估计单桩承载能力的一种间接方法 包括打桩公式和动测法 具体内容见Part2介绍 40 对于一般的混凝土预制桩 钻孔灌注桩 用经验参数法计算单桩极限承载力标准值的表达式为 Qsk Qpk 单桩极限摩阻力标准值 极限端阻力标准值 KN u Ap 桩的横断面周长 m 桩底面积 m2 Li 桩周各层土的厚度 m qsik 桩周第i层土的单位极限摩阻力标准值 kPa qpk 桩底土的单位极限端阻力标准值 kPa 41 根据单桥探头静力触探比贯入阻力资料可按下式估算钢筋混凝土预制桩的单桩极限承载力的标准值a 桩端阻力修正系数 u Ap 桩的横断面周长 m 桩底面积 m2 li 桩穿越第i层土的厚度 m qsik 用静力触探比贯入阻力标准值估算的桩周第i层土的极限桩侧摩阻力标准值 kPa psk 桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值 kPa 42 根据双桥探头静力触探资料 可按下式估算钢筋混凝土预制桩的单桩极限承载力的标准值a i 桩端阻力修正系数 第i层土桩侧摩阻力综合修正系数 u Ap 桩的横断面周长 m 桩底面积 m2 li 桩穿越第i层土的厚度 m qc 桩端平面上 下的探头阻力 kPa 取桩端平面以上4d d为桩的直径或边长 范围内按土层厚度加权的探头阻力平均值 然后再与桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均 fsi 桩侧第i层土的探头摩阻力平均值 kPa 43 标准贯入试验结果用于确定单桩承载力的方法在日 美 加拿大等国应用比较广泛 主要适用于砂土中的桩 操作过程为将63 5kg重的锤 提到76cm的高度自由下落 使贯入器入土30cm所需要的落锤次数 比如 粉土 qpu 0 3N砂土 qpu 0 4N砾土 qpu 0 6N式中N 桩端处标准贯入试验击数 落锤次数 qpu 桩端极限阻力 MPa 44 2桩的极限状态和破坏模式 一 桩的极限状态桩的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类 承载能力极限状态对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变形 正常使用极限状态对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值 45 桩基承载能力极限状态由下述三种状态之一确定 1 桩基达到最大承载力 2 桩基出现不适于继续承载的变形 p31图 3 桩基发生整体失稳 桩基正常使用极限状态由下述二种状态之一确定 1 桩基的变形 2 桩身和承台的耐久性 46 荷载 沉降曲线图 47 二 桩的破坏模式包括桩身结构强度破坏和地基土的强度破坏 桩身结构强度破坏有 桩身缩颈 离析 松散 夹泥 混凝土强度低等都会造成桩身强度破坏 灌注桩桩底沉渣太厚 预制桩接头脱节等会导致承载力偏低 虽然不属于狭义桩身破坏 但也属于成桩质量问题 桩帽制作不符合要求 也属于广义的桩身破坏 桩身结构强度破坏的Q s曲线为 陡降型 地基土的强度破坏地基土的强度破坏与地基土的性质密切相关 Q s曲线既有 陡降型 也有 缓变型 48 Q s曲线 A陡降型 B缓变型 49 由于桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥 因此Q s曲线的前段主要受侧阻力制约 而后段则主要受端阻力制约 但对于下列情况则例外 1 超长桩 L D 100 Q s全程受侧阻性状制约 2 短桩 L D25 扩底桩 Q s前段同时受侧阻和端阻性状的制约 3 支承于岩层上的短桩 Q s全程受端阻及嵌岩阻力制约 50 三 常见的Q s曲线的形态 51 52 3仪器设备及桩头处理 静载试验设备主要由 主梁 次梁 锚桩或压重等反力装置 千斤顶 油泵等加载装置 压力表 压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置 百分表或位移传感器等位移测量装置组成 53 锚桩横梁反力装置 俗称锚桩法 54 压重平台反力装置 俗称堆载法 55 桩头处理 试验过程中 桩头部位往往承受较高的竖向荷载和偏心荷载 因此 一般应对桩头进行处理 具体内容见教材P42 43 桩帽设计见图4 12 56 混凝土桩桩头处理应先凿掉顶部的松散破碎层和低强度混凝土 露出主筋 冲洗干净桩头后再浇注桩帽 并符合下列规定 1 桩帽顶面应水平 平整 桩帽中轴线与原桩身上部的中轴线严格对中 桩帽面积大于或等于原桩身截面积 桩帽截面积形状可为圆形或方形 2 桩帽主筋应全部直通至桩帽混凝土保护层之下 长度不够时应焊接 3 距桩顶1倍桩径范围内 宜用3 5mm厚的钢板围裹 或距桩顶1 5倍桩径范围内设置箍筋 间距不宜大于150mm 厚的钢板围裹 4 桩帽混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1 2级 且不得低于C30 57 58 4检测技术 包括以下几部分内容 10 4 1系统检查10 4 2维持荷载法 重点见书44 46 10 4 3试验资料记录 记录表见下表 59 维持荷载法有些软土中的摩擦桩 按慢速法加载 在2倍设计荷载的前几级 就已出现沉降稳定时间逐渐延长 即在2h甚至更长时间内不收敛 此时 采用快速法是不适宜的 1 试验加载方式2 慢速维持荷载法试验3 快速维持荷载法4 终止加载条件 60 1 试验加载方式加载应分级进行 采用逐级等量加载 分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1 10 其中第一级可取分级荷载的2倍 终止加载后开始卸载 卸载应分级进行 每级卸载量取加载时分级荷载的2倍 逐级等量卸载 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的变化幅度不得超过分级荷载的 10 61 2 慢速维持荷载法试验1 每级荷载施加后按第5 15 30 45 60min测读桩顶沉降量 以后每隔30min测读一次 2 试桩沉降相对稳定标准 在每级荷载作用下 桩顶的沉降量连续两次在每小时内不超过0 1mm 可视为稳定 由1 5h内的沉降观测值计算 3 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时 再施加下一级荷载 4 卸载时 每级荷载维持1h 按第15 30 60min测读桩顶沉降量后 即可以卸下一级荷载 卸载至零后 应测读桩顶残余沉降量 维持时间为3h 测读时间为第15 30min 以后每隔30min测读一次 62 3 快速维持荷载法1 每级荷载施加后按第5 15 30min测读桩顶沉降量 以后每隔15min测读一次 2 试桩沉降相对稳定标准 加载时每级荷载维持时间不少于1小时 最后15min时间间隔的桩顶沉降增量小于相邻15min时间间隔的桩顶沉降增量 3 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时 再施加下一级荷载 4 卸载时 每级荷载维持15min 按第5 15min测读桩顶沉降量后 即可以卸下一级荷载 卸载至零后 应测读桩顶残余沉降量 维持时间为2h 测读时间为第5 10 15 30min 以后每隔30min测读一次 63 4 终止加载条件1 某级荷载作用下 桩定沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍 桩顶总沉降量超过40mm 2 某级荷载作用下 桩定沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍 且经24h尚未达到稳定标准 只对慢速维持荷载法适用 3 已经达到加载反力装置的最大加载量 4 已经达到设计要求的最大加载量 5 当工程桩做锚桩时 锚桩上拔量已经达到允许值 6 当荷载 沉降曲线呈缓变型时 可加载至桩顶总沉降量为60 80mm 在特殊情况下 可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80min 64 65 5检测数据分析 确定单桩竖向抗压承载力时 应绘制竖向荷载 沉降 Q s 沉降 时间对数 s lgt 曲线 需要时还应绘制s lgQ lgs lgQ等其他辅助分析所需曲线 用来确定单桩竖向抗压极限承载力 重点见p50 66 1 单桩竖向抗压极限承载力确定单桩竖向抗压极限承载力Qu可按照下面方法综合分析确定 1 根据沉降随荷载变化的特征确定2 根据沉降随时间变化的特征确定3 根据具体的试验过程确定 1 超过2倍下沉量 且24小时未达到稳定标准 2 达到最大加载量时 取此时的对应值 3 对于缓变型Q s曲线可根据沉降量确定 宜取s 40mm对应的荷载值 67 2 单桩竖向抗压极限承载力统计值确定按照各种规范规定的方法 教材p48 49 具体确定方法为 1 各种情况都相同的受检桩不少于3根时 可进行统计值的计算2 当满足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载力3 当极差超过平均值的30 时 应分析极差过大的原因 综合确定4 对于受检桩数为3根或少于3根的柱下承台 应取低值 68 3 单桩竖向抗压极限承载力特征值按照 建筑地基基础设计规范 规定 单桩竖向抗压极限承载力特征值是按照单桩竖向抗压极限承载力统计值除以安全系数2得到的 69 4 极限承载力的外推确定外推方法有双曲形法 指数方程法 作图法 下面重点介绍作图法 见p51 70 6桩侧阻力和桩端支承力测试分析 1 传感器埋设技术要求根据测试目的以及要求 可按照下表选择传感器 钢弦式传感器应变式传感器 71 72 2 桩身内力测试数据分析见P533 沉降杆测量桩身 桩端 位移如右图所示 ASTM推荐方法 讲解 4 滑动测微计测量桩身应变 有兴趣者看书56页 73 7其它静载试验方法简介及存在问题 1 美国规范ASTMD1143简介 书57 2 JTJ041 2000 试桩方法简介 书59 3 自平衡试桩法简介 书62 实验装置见下图 74 75 静载试验中的若干问题 重点介绍见p65 1 静载试验本身对基桩承载力的影响2 主梁压实千斤顶3 边堆载边试验4 最大试验荷载的确定5 偏心问题桩是否存在偏心 可以通过四个对称安装的百分表或位移传感器的测量数据分析获得 6 安全问题 76 1 静载试验本身对基桩承载力的影响就单桩竖向抗压承载力而言 有这样两种情况值得注意 1 一种是经过静载试验以后桩的承载力提高了 可能不需要对该桩本身进行工程处理 2 另一种情况是经过静载试验后桩的承载力明显降低了 试验使工程桩几乎成为废桩 77 还有两种试验现象值得注意 1 桩在某级荷载作用下沉降明显偏大 但每级都能稳定 最后按照规范判定该桩竖向承载力满足设计要求 2 不是桩身破坏 而是桩周土发生破坏 试验前和试验后该桩承载力基本上没有发生变化 78 2 主梁压实千斤顶 p66 3 边堆载边试验 p66 4 最大试验荷载的确定这里有两个问题 一个是最大试验荷载的确定 另一个问题是最大试验荷载的维持时间 79 5 偏心问题 见下图 偏心受力主要由以下几个因素引起 1 制作的桩帽轴心与原桩身轴线严重偏离 2 支墩下的地基土不均匀变形 3 锚桩之间承受的荷载不同步 4 采用多个千斤顶 千斤顶实际合力中心与桩身轴线严重偏离 80 81 6 安全问题安全问题必须引起我们足够的重视 P67 82 8工程实例分析 某工程采用静压预制方桩 设计桩截面为400mm 400mm 单桩承载力设计值为1000kN 要求试桩最大荷载为2000kN 这里介绍9号试桩的结果 试验所得结果见以下图表 83 84 85 86 1抗拔静载试验概述2破坏模式 极限状态3仪器设备4检测技术5检测数据分析6工程实例分析 5 3单桩竖向抗拔静载荷试验 87 1抗拔静载试验概述 基础承受上拔力的建 构 筑物主要有以下几种类型 1 高压送电线路塔 2 电视塔等高耸构筑物 3 地下工程和人防工程 4 在水平力作用下出现上拔力的建 构 筑物 5 膨胀土地基上的建筑物 6 海上石油钻井平台 7 悬索桥和斜拉桥的锚桩基础 8 修建船舶的船坞底板等等 88 2破坏模式 极限状态 1 破坏形态见下图 89 关于桩侧抗拔土阻力峰值与桩顶上拔位移量的关系 大致有两种观点 1 第一种观点认为桩侧最大抗拔土阻力与桩径D有关 0 005 0 02D 2 另一种观点认为 桩侧最大抗拔土阻力与桩顶位移之间的关系比较固定 基本上与桩径无关 就目前对抗拔桩的研究水平来看 后一种观点比较符合实际 90 2 抗拔承载力的影响因素 1 桩周围土体的影响 2 桩自身因素的影响 3 施工因素的影响 4 休止时间的影响 91 3仪器设备 抗拔静载试验设备主要由 主梁 次梁 反力桩或反力支撑墩等反力装置 千斤顶 油泵等加载装置 压力表 压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置 百分表或位移传感器等位移测量装置组成 具体试验装置见下图所示1 反力装置2 荷载测量3 上拔量测量 92 93 4检测技术 试验适宜采用慢速维持荷载法1 加卸载分级2 桩顶上拔量的测量3 变形相对稳定标准4 终止加载条件5 试验记录 94 维持荷载法有些软土中的摩擦桩 按慢速法加载 在2倍设计荷载的前几级 就已出现上拔稳定时间逐渐延长 即在2h甚至更长时间内不收敛 此时 采用快速法是不适宜的 1 试验加载方式2 慢速维持荷载法试验3 快速维持荷载法4 终止加载条件 95 1 试验加载方式加载应分级进行 采用逐级等量加载 分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1 10 其中第一级可取分级荷载的2倍 终止加载后开始卸载 卸载应分级进行 每级卸载量取加载时分级荷载的2倍 逐级等量卸载 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的变化幅度不得超过分级荷载的 10 96 2 慢速维持荷载法试验1 每级荷载施加后按第5 15 30 45 60min测读桩顶上拔量 以后每隔30min测读一次 2 试桩上拔相对稳定标准 在每级荷载作用下 桩顶的上拔量连续两次在每小时内不超过0 1mm 可视为稳定 由1 5h内的上拔观测值计算 3 当桩顶上拔速率达到相对稳定标准时 再施加下一级荷载 4 卸载时 每级荷载维持1h 按第15 30 60min测读桩顶上拔量后 即可以卸下一级荷载 卸载至零后 应测读桩顶残余上拔量 维持时间为3h 测读时间为第15 30min 以后每隔30min测读一次 97 3 快速维持荷载法1 每级荷载施加后按第5 15 30min测读桩顶上拔量 以后每隔15min测读一次 2 试桩上拔相对稳定标准 加载时每级荷载维持时间不少于1小时 最后15min时间间隔的桩顶上拔增量小于相邻15min时间间隔的桩顶上拔增量 3 当桩顶上拔速率达到相对稳定标准时 再施加下一级荷载 4 卸载时 每级荷载维持15min 按第5 15min测读桩顶上拔量后 即可以卸下一级荷载 卸载至零后 应测读桩顶残余上拔量 维持时间为2h 测读时间为第5 10 15 30min 以后每隔30min测读一次 98 4 终止加载条件1 某级荷载作用下 桩定上拔量大于前一级荷载作用上拔量的5倍 桩顶总上拔量超过100mm 2 某级荷载作用下 桩定上拔量大于前一级荷载作用下上拔量的2倍 且经24h尚未达到稳定标准 只对慢速维持荷载法适用 3 已经达到加载反力装置的最大加载量 4 已经达到设计要求的最大加载量 5 试验记录 记录格式参照下表 99 100 5检测数据分析 1 抗拔极限承载力2 抗拔承载力特征值具体内容见教材79页 101 6工程实例分析 见教材 102 1水平静载试验概述2仪器设备及安装3检测技术4检测数据的分析与判断5检测报告要求的内容6工程实例分析 5 4单桩水平静载荷试验 103 1水平静载试验概述 桩所承受的水平荷载有 风力制动力地震力船舶撞击力波浪力等等建筑桩基的水平承载力和位移计算成为建筑物设计的重要内容之一 104 过去经常设置斜桩或叉桩抵抗水平荷载 实际上 直桩只要有一定的入土深度 也能通过抗剪和抗弯承担相当大的水平荷载 现在在一般的工业与民用建筑设计中 直桩基本上已集抗压 抗水平和抗弯矩作用为一体得到广泛应用 从而大大简化了桩基础设计 105 按桩土相对刚度的不同 水平荷载作用下的桩 土体系有二类工作状态和破坏机理 一类是刚性短桩 因转动或平移而破坏 相当于ah4 0时的情况 对于2 5 ah 4 0范围的桩称为有限长度的中长桩 106 桩顶实际工作条件包括 桩顶自由状态 桩顶受不同约束而不能自由转动 桩顶受垂直荷载作用等等 规范 中的试验桩为桩顶自由的单桩 其它约束情况可参照执行 地基土的水平抗力系数m 反映了桩在不同深度处桩侧土抗力和水平位移的关系 可视为土的固有特性 107 2仪器设备及安装 水平静载试验设备主要由 反力桩或反力支撑墩等反力装置 卧式油压千斤顶等加载装置 压力表 压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置 位移传感器等位移测量装置组成 试验装置以及仪器设备见下图 108 109 3检测技术 试验适宜采用慢速维持荷载法或单向多循环加载法 1 加卸载方式2 水平位移测量3 终止加载条件4 检测数据记录 110 若采用单向多循环加载 比如 港口工程桩基规范 JTJ254 98 规定每级荷载维持20min 若采用慢速维持荷载法加载 可以参照 单桩竖向抗压静载试验 的规定进行 出现下列情况之一时 可终止加载 1 桩身折断2 水平位移超过30 40mm 软土中取40mm 3 水平位移达到设计要求的允许值 111 补充 单桩在水平荷载作用下的工作性状 综合试验研究结果 单桩在水平荷载下的性状可简要归结为以下几点 1 桩在一定水平荷载范围内 0 H Hcr 经受任意一级水平荷载反复作用时 桩身变位逐渐趋于某一稳定值 而且卸载后 变形大部分可以恢复 说明这时桩 土处于弹性状态 112 2 Hcr是一个标志点 当水平力超过临界荷载 H Hcr 后 在相同的增量荷载条件下 桩的位移增量比前一级明显增大 而且在同一级荷载下 桩的位移随着加卸荷循环的次数增加而逐渐增大 不过在水平力小于极限水平荷载Hu时 每次循环引起的位移增量仍呈减小趋势 使得位移包络线呈微向上弯曲的形状 113 3 Hu是一个突变点 当H Hu时 桩的位移速率突然增大 连续加载时 或同一级荷载的每次循环都使位移增量加大 循环加载时 位移曲线的曲率突然增大 连续加载时 或位移的包络线变成向下弯曲的形状 循环加载时 同时桩周土出现裂缝 明显破坏 114 4 水平荷载试验的H Y关系曲线形状类似于竖向荷载试验的Q s曲线 被特征点Hcr和Hu划分为三段 直线变形阶段 弹塑性变形阶段 破坏阶段 处于直线变形阶段 桩的工作状态是安全的 只有在小变形条件下 土体的抗力才能有效发挥出来 115 5 在水平荷载作用下 桩与土的变形主要发生在上部 土中应力区和塑性区的主要范围也在上部浅土层 一般在地面下5 10m深度以内 因此 桩周土对桩的水平工作性状影响最大的是地表土和浅层土 改善浅部土层的工作性质可收到事半功倍的效果 116 4检测数据的分析与判断 1 绘制有关试验成果曲线2 单桩水平临界荷重的确定3 单桩水平临界承载力的确定4 单桩水平承载力特征值的确定5 m值的确定 117 5检测报告要求的内容 检测报告除应包括规定的内容 P24 外 还应该包括 1 受检测桩桩位对应的地质柱状图2 受检桩的截面尺寸以及配筋情况3 加卸载方法 荷载分级4 根据数据绘制的曲线图5 承载力判定依据6 测试钢筋应力所需要的图表 118 6工程实例分析 见页 119 思考 1 小变形 大变形2 水平承载桩与竖直承载桩的工作性状有什么区别 3 区别概念 维持 加载方式 循环 加载方式 120 121 1桩身完整性判定的理论方法2适用范围3低应变法现场检测技术4检测数据分析与判断 5 5桩基的低应变动测 122 1桩身完整性判定的理论方法 虽然 应力波在桩身传播时 由于桩 土相互作用以及桩身材料的阻尼作用要引起应力波的衰减 由于尺寸效应要产生频散 但是 用一维应力波理论对桩身完整性进行检测判断仍是低应变动测法的理论基础 本节将桩身阻抗变化引起波的反射情况用桩顶的实测速度响应来定量表达 1 应力波通过具有一次截面阻抗变化的自由桩时桩顶接收到的速度响应2 实际桩受土阻力作用和具有多个阻抗变化截面时桩顶接收到的速度响应数值解 123 1 应力波通过具有一次截面阻抗变化的自由桩时桩顶接收到的速度响应 见下图15 1 1 图中1 6区表示2L c桩底反射到达桩顶前阻抗变化截面引起的多次反射2 图中7 13区表示阻抗变化截面对2L c桩底反射的影响 124 125 2 实际桩受土阻力作用和具有多个阻抗变化截面时桩顶接收到的速度响应数值解 见下图 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 2适用范围 目前国内外普遍采用瞬态冲击方法通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线 借一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性 这种方法称之为反射波法 或瞬态时域分析法 存在以下问题 1 与波长相关的桩几何尺寸限制2 缺陷的定量与类型区别3 最大有效检测深度4 关于 用一维纵波波速推定桩身混凝土强度等级和校核桩长 的误区澄清5 复合地基中的竖向增强体的检测问题 143 3低应变法现场检测技术 1 测试仪器和激振设备的选择2 桩头处理3 测试参数设定4 传感器安装和激振操作 144 1 测试仪器和激振设备的选择 1 测量响应系统建议采用的低应变动力检测测量响应传感器为压电式加速度传感器 对于桩顶瞬态响应测量 习惯上是将加速度计的实测信号积分成速度曲线 并据此进行判断 2 激振设备瞬态激振操作应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫 以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲 选择激振设备的目的 1 获得清晰的桩身阻抗变化的反射或桩底反射 如下图 2 获得较大的信号动态范围而不超载 145 146 2 桩头处理 147 3 测试参数设定 148 4 传感器安装和激振操作 149 4检测数据分析与判断 按 JGJ106 2003 规定的方法予以介绍 1 通过统计确定桩身波速平均值2 桩身缺陷位置计算3 桩身完整性类别判定4 桩身阻抗多变或渐变5 关于嵌岩桩6 信号分析中一些没有涉及的问题7 检测报告的要求 150 1 通过统计确定桩身波速平均值 151 152 2 桩身缺陷位置计算 153 154 155 3 桩身完整性类别判定 156 157 4 桩身阻抗多变或渐变 158 159 160 5 关于嵌岩桩 161 6 信号分析中一些没有涉及的问题 162 7 检测报告的要求 163 附 低应变基桩完整性检测 164 低应变基桩完整性检测目录 第一章基本概念及检测原理第二章检测系统第三章现场检测技术 165 第一章基本概念及检测原理目录 第一节应力波基本概念第二节应力波在桩中的传播第三节低应变的检测原理 166 第一章基本概念及检测原理基本概念 应力波基本概念 应力波 当介质的某个地方突然受到一种扰动 这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去 这种扰动传播的现象称为应力波 波阻抗 密度 C 应力波速 A 桩横截面积 一维直杆 d L的杆件 167 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在桩中的传播 振源 手锤锤击桩端面 点振源传播介质 桩L远大于桩径 一维直杆传播 应力波以锤击点为中心半球向外传播 当应力波传播至桩身一定距离S后 一般S 1D 2D 波振面才近似为平面 此时手锤锤击桩端认为是应力波在一维杆件中竖直方向传播 168 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 一维杆应力波波动方程 方程 其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度 169 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在自由端完整桩中的传播 170 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在自由端完整桩中的传播 入射波与反射波同相 171 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在自由端完整桩中的传播 桩在自由端 172 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在固定端完整桩中的传播 173 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在固定端完整桩中的传播 T V 174 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在固定端完整桩中的传播 桩嵌岩 175 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗减小桩中的传播 176 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗减小桩中的传播 桩截面减小 177 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗减小桩中的传播 桩缩径 178 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗增大桩中的传播 179 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗增大桩中的传播 桩截面增大并嵌岩 180 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 应力波在波阻抗增大桩中的传播 桩扩径 181 第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播 整桩平均波速C C 2L T4 T1 扩径位置L1 L1 C T2 T1 2扩径范围 L2 L1 L2 L1 C T3 T2 2 182 第一章基本概念及检测原理检测原理 检测原理 利用应力波在桩中传播时 当桩身的波阻抗发生变化会产生反射的原理 通过分析反射波的幅值 相位 到达时间 得出桩缺陷的大小 性质 位置等信息 最终对桩基的完整性给予评价 183 桩底截面发生变化夹泥离析混凝土质量变化土层变化 第一章基本概念及检测原理检测原理 引起反射波的原因 184 第一章基本概念及检测原理检测原理 低应变所能检测到的现象 185 第一章基本概念及检测原理检测原理 低应变不能检测到的现象 186 第一章基本概念及检测原理检测原理 低应变检测的优点 快速检测方法 50 200根 日 准备简便操作简单经验丰富 187 第一章基本概念及检测原理检测原理 低应变检测的局限 不能提供单桩承载力对小缺陷灵敏度不高无法检测桩底沉渣 188 第二章低应变检测系统目录 第一节传感器第二节采集仪器第三节软件简介 189 第二章低应变检测系统传感器 速度传感器 加速度传感器 190 第二章低应变检测系统组合手锤 191 第二章低应变检测系统采集仪 RSM 24FD分体机 192 第二章低应变检测系统采集仪 RSM 24FDN一体机 193 第二章低应变检测系统软件简介 主操作界面 194 第二章低应变检测系统软件简介 设置界面 195 第二章低应变检测系统软件简介 打印高级设置界面 196 第二章低应变检测系统软件简介 波形处理界面 197 第二章低应变检测系统软件简介 打印信息预览界面 198 第三章现场测试技术目录 第一节检测流程第二节影响测试的因素第三节疑问解答 199 第三章现场测试技术检测流程 第一步桩头处理第二步仪器连接第三步传感器安装第四步程序设置第五步手锤锤击第六步信号采集第七步信号分析第八步结果打印 200 第三章现场测试技术桩头处理 凿掉浮浆打磨平整桩头干净干燥 201 第三章现场测试技术仪器连接 分体机 交流电源接线 202 第三章现场测试技术仪器连接 分体机后面板接线 203 第三章现场测试技术仪器连接 加速度传感器连接 204 第三章现场测试技术仪器连接 速度传感器连接 205 第三章现场测试技术仪器连接 一体机速度传感器连接 206 第三章现场测试技术传感器安装 传感器放置距桩心2 3 3 4R处且安装位置要求平整尽可能使传感器垂直与桩头平面 207 第三章现场测试技术传感器安装 传感器耦合 黄油耦合橡皮泥耦合口香糖耦合 使传感器与桩头粘合在一起 要求越紧越好 208 第三章现场测试技术程序设置 在开始检测之前必须根据不同桩的情况对程序进行设置 下面给出一个例子来学习整个的检测过程的软件操作 注意 以下只讲解了在检测过程中常用的功能 其他功能及程序中出现的参数请仔细阅读软件操作说明书 这里不一一详细说明 209 第三章现场测试技术程序设置 进入主操作界面后 点击设置按键进入设置界面 210 第三章现场测试技术程序设置 桩长 12米 混凝土标号 C30 桩径 1米用速度传感器进行检测 211 第三章现场测试技术手锤锤击 手锤垂直与桩面 锤击点平整 锤击干脆 形成单扰动 212 第三章现场测试技术信号采集 打开采集仪开关 点击主操作界面的 采样 按键屏幕出现彩色滚动条 仪器进入采样等待状态 此时用手锤敲击 信号将显示在屏幕上 完成第一次采集 213 第三章现场测试技术信号采集 按前次操作完成第二次采集 214 第三章现场测试技术信号采集 完成第三次采样 215 第三章现场测试技术信号采集 当三次采集的波形基本一致 桩底清晰 请点击 存盘 按键进行波形的存储 216 第三章现场测试技术波形存盘 此时已完成一根桩的现场测试 217 第三章现场测试技术现场采集注意事项 桩头的处理平整传感器安装紧密采集完数据存盘 218 第三章现场测试技术波形读取 219 第三章现场测试技术波形处理 220 第三章现场测试技术波形处理 221 第三章现场测试技术波形分析 移动到桩底位置单击鼠标右键定桩底 222 第三章现场测试技术波形分析 定桩后出现的桩底类型选择界面 223 第三章现场测试技术波形分析 224 第三章现场测试技术波形分析 定缺陷位置后出现的缺陷类型选择界面 225 第三章现场测试技术波形分析 226 第三章现场测试技术波形打印 点击打印后出的打印信息预览界面 227 第三章现场测试技术波形打印 228 第三章现场测试技术波形打印 打印输出格式由设置界面中打印信息栏和打印高级设置决定 229 第三章现场测试技术影响测试因素 现场干扰传感器安装桩周土 230 第三章现场测试技术现场干扰 现场有重型机械在施工回产生振动干扰解决方案 建议在检测采样时停止现场电压不稳造成干扰解决方案 建议仪器用电池供电或将仪器接地 231 第三章现场测试技术传感器安装影响 解决方案 调整传感器安装使其紧粘桩头 232 第三章现场测试技术桩侧土影响 桩在空气中 233 第三章现场测试技术桩侧土影响 桩在空气中 234 第三章现场测试技术桩侧土影响 桩在土中 235 第三章现场测试技术桩侧土影响 桩在土中 236 第三章现场测试技术桩侧土影响 237 第三章现场测试技术疑问解答 Q 加速度计与桩面用什么方法耦合较好 A 由于桩面凹凸不平 且有砂石 再加上电缆线的拉作用 用黄油往往达不到好的耦合效果 在桩头滴少许502胶 再将指头大小 粘性较好的橡皮泥压入桩面 然后再将加速度计旋入橡皮泥 这样耦合就会好些 238 第三章现场测试技术疑问解答 Q 脉冲频率或滤波频率较低队浅部缺陷判断有无影响 A 当桩身浅部有缺陷 其反射波的频率较高 若桩身深部也存在缺陷 其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射 当脉冲频率或滤波频率较时 高频反射波部分会丢失 导致实测信号矢真 可能造成误判 所以建议尽量用高频信号来测桩 当遇到长桩时请用高频 低频相结合测试 239 第三章现场测试技术疑问解答 Q 反向过冲较大是否信号较差 A 在实测信号中 我们往往会发现脉冲信号结束后有一个较大反向信号 导致反向过冲较大的因素较多 除了电缆线过长 电荷放大器电感及电容等参数不当 锤击点位置及锤击脉冲频率 传感器幅频及相频特性外 还有桩身阻抗变化影响 如 1 当桩头部分混凝土强度较低时 应力波遇强度较高混凝土时会产生反向反射 2 桩头附近波阻抗增大 3 桩头附近波阻抗变小 由于锤击频率或滤波频率太低 高频成份被滤掉 此时 往往也会出现反向过冲这种现象 240 第三章现场测试技术疑问解答 Q 离析 夹泥与缩径反射波信号有何区别 A 当桩身浅部有缺陷 其反射波的频率较高 若桩身深部也存在缺陷 其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射 当脉冲频率或滤波频率较时 高频反射波部分会丢失 导致实测信号矢真 可能造成误判 所以建议尽量用高频信号来测桩 当遇到长桩时请用高频 低频相结合测试 241 第三章现场测试技术疑问解答 Q 当检测信号是低频振荡衰减信号时 是何影响 A 当传感器安装正常时 检测信号呈低频振荡有可能 1 桩端附近断裂 应力波在断裂处会多次反射 同时还会引起断裂部分振动 振动相当于弹簧 阻尼壶 质量块系统振动 2 桩顶至以下一段距离混凝土疏松 强度较低 应力波传播至正常混凝土时会产生反射 反射波信号与入射波信号反相 反射波二次反射后 与入射波信号同相 这样 相邻反射波相位相反也就变成振荡衰减信号 242 1土阻力测量2承载力计算方法3桩身完整性和打桩拉应力测量4适用范围5高应变法现场检测技术6检测数据分析与判断7工程实例8限制条件 5 6基桩的高应变动测 243 1土阻力测量 与低应变反射波法相比 要考虑土弹簧 甚至是土阻尼的非线形 244 2承载力计算方法 1 利用叠加原理的打桩总阻力估算公式 2 凯司 CASE 承载力计算方法1 去除土阻尼的影响2 关于极限承载力3 最大阻力修正法4 卸载修正法5 其它方法 245 1 去除土阻尼的影响 246 2 关于极限承载力3 最大阻力修正法4 卸载修正法5 其它方法 247 3桩身完整性和打桩拉应力测量 1 桩身完整性测量 0页 2 打桩拉应力测量 248 4适用范围 1 高应变法的主要功能 192页 2 限制条件 249 16 5高应变法现场检测技术 1 测试仪器2 锤击设备3 贯入度测量4 休止时间5 检测前的现场准备工作6 测试参数设定7 检查和确认仪器的工作状态8 重锤低击9试打桩与打桩过程监控10 检查采集数据质量11 关于贯入度的合适范围 250 6检测数据分析与判断 1 分析前的信号选取2 桩身平均波速的确定以及相应的应变力信号调整3 实测力和速度信号第一峰比例失调4 对波形直观判断的重要性5 实测曲线拟合法判定单桩承载力6 主要土参数变化对拟合曲线的影响7 凯司法判定单桩承载力8 动测承载力的统计和单桩竖向抗压承载力的确定9 桩身完整性判定10 桩身最大锤击拉 压应力11 检测报告的要求 251 7工程实例 见书页 252 设计条件为端承型桩 253 设计条件为摩擦型桩 254 8限制条件 255 附 高应变基桩承载力检测 256 第一章基本概念及检测原理第二章检测系统第三章现场检测技术 高应变基桩承载力检测目录 257 第一章基本概念及检测原理目录 258 第一章基本概念及检测原理目录 259 第一章基本概念及检测原理目录 260 第一章基本概念及检测原理目录 261 第一章基本概念及检测原理目录 262 第一章基本概念及检测原理目录 263 第一章基本概念及检测原理目录 264 第一章基本概念及检测原理目录 265 第一章基本概念及检测原理目录 P t 为力时程曲线V t 为速度时程曲线R t 总阻力M为桩总质量 266 第一章基本概念及检测原理目录 RT RS RdRS RT RDRD JC Z VTOE RS 静阻力Rd 动阻力RT 单桩承载力JC CASE阻尼系数VTOE 桩尖速度 267 第一章基本概念及检测原理目录 tm取第一个速度峰值出现的时刻 268 第二章检测系统目录 第一节传感器第二节采集仪器第三节软件简介第四节锤击设备 269 第二章检测系统传感器 加速