桩基础的测试与检测

《岩土工程测试技术》课程论文学年学期：2015~2016学年第2学期论文题目：桩基础的测试与检测院别：土木工程学院专业：勘查技术与工程专业方向：班级：1302班学生：刘爽学号：31300604225指导教师：李传金《岩土工程测试技术》课程论文成绩评定表班级勘查1302班姓名刘爽学号3130604225评价指标评分标准百分制成绩（分）1学术水平（40分）论文有独到的见解，富有新意或对某些问题有较深刻的分析，有较高的学术水平或较大的实用价值（≥36分）论文有一定的见解，或对某一问题分析较深刻，有一定的学术水平或实用价值(32-36分)论文能提出自己的看法，选题有一定的价值，能理论联系实际。(28-32分)选题有一定的价值，但论文中自己的见解不多(24-28分)论文不能成立或有重大毛病(≤24分)2论证能力（30分）论点鲜明，论据确凿，论文表现出对实际问题有较强的分析能力和概括能力，文章材料翔实可靠，有说服力（≥27分）论点正确，论据可靠，对事物有一定的分析能力和概括能力，能运用所学理论和知识阐述有关问题(24-27分)观点正确，论述有理有据，但独立研究体现得不足，论文缺乏一定的尝试，材料能说明观点(21-24分)观点基本正确，并能对观点进行一定的论述，但缺乏分析概括能力和研究能力，照搬他人观点的痕迹较明显(18-21分)观点有错误或主要材料不能说明观点(≤21分)3文字表达（30分）论文结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求（≥27分）论文结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言通顺、准确，达到规范化要求(24-27分)论文结构枯朽合理，文章层次较清晰，文理通顺，基本达到规范化要求(21-24分)论文结构中有不合理部分，逻辑性不强，论述基本清楚但不严密、不完整，或说服力不强(18-21分)内容空泛，结构混乱，文字表达不清，主题不符或文理不通，错别字较多，有抄袭现象，达不到规范化要求。(≤21分)总评成绩（分）备注教师签名：日期：年月日1桩基础的测试与检测摘要：桩基础是一种应用十分广泛的基础形式，在现代城乡建筑事业中迅速发展，桩基础的质量直接影响到整个建筑物的安危。桩基础的施工具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难，因此，桩基础检测工作是整个桩基础中不可缺少的环节，只有提高桩基的检测评定结果的可靠性，才能真正确保桩基工程的质量与安全。但是桩基础的检测方法和技术标准有很多，对于实际工程中要应用哪种桩基检测理论和方法来进行最贴近最合理的评价工程的施工质量有待于进一步探讨和总结。[1]本文总结介绍桩基检测的几种常用方法、优缺点及适用范围。关键词：桩基础；检测；静力载荷；低应变；高应变桩的动力测试技术已有100余年的历史。最初是利用能量守恒定理和牛顿撞击定律，根据打桩时测得的贯入度与打桩所消耗的能量建立关系式，推算桩的极限承载力。近代的桩基动测技术是以应力波理论为基础发展起来的，60年代波动方程分析方法进入实用阶段。桩基动测技术研究在我国始于20世纪70年代。自20世纪80年代以来，机械阻抗法、水电效应法、共振法、锤击贯入法等10余种方法相继问世，并在各地纷纷进行试验研究和应用。[2]1单桩静力载荷试验静载试验是模拟建筑荷载条件确定试验对象承载力的原位测试方法，将荷载分级施加到试验对象上，同时观测分级荷载作用下的沉降量，最后绘制荷载与沉降等关系曲线，依据规范确定承载力特征值。静载荷试验费时、费工、费钱，用数量较少的桩作静载试验所得出的结果难以代表全体桩基的质量情况,对高承载力桩无能为力。[3]1.1静载荷试验的发展史新中国成立以前，在国内基本上没有桩基静载测试技术的发展，新中国成立以后，桩基静载测试技术才逐步发展起来。传统静载荷试验采用手动加压、人工操作、人工记录的方式进行。至今，桩基静载试验是一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位2置。一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。[2]1.2单桩竖向抗压静载荷试验桩基础以承受竖向压荷载为主，采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，确定单桩的竖向抗压承载力。当桩身中埋设有量测元件时，还可以实测庄周各土层的侧阻力和桩端阻力。1.2.1检测目的确定单桩竖向抗压极限承载力，判断竖向抗服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。[3]1.2.2实验设备加载系统：锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置。观测系统：荷载可用放置于千斤顶的应力环、应变式压力传感器直接测定，或采用压力传感器测油压换算成荷载。1.2.3试验方法单桩竖向抗压静载试验的试验方法有慢速法、快速法、等灌入速率法和循环法等。按一定要求将荷载分级加到试验桩上，每级荷载维持不变直到桩顶下沉量增量达到规定的相对稳定标准，方可加下一级荷载。当达到规定的终止试验条件时，停止加荷。1.2.4检测结果与分析填写试验记录表，根据表格绘制有关试验成果曲线，根据竖向荷载—沉降（Q—S）曲线确定单桩竖向承载力。1.3单桩竖向抗拔静载荷试验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能力。1.3.1检测目的确定单桩竖向抗拔极限承载力，判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求，测定桩的侧摩阻力。1.3.2试验设备3加载系统：采用油压千斤顶，千斤顶的反力装置可以利用工程桩的反力反力锚桩，也可以采用天然地基提供支座反力。量测系统：荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，也可以采用连接于千斤顶上的标准压力表测定油压，换算出荷载值。[4]1.3.3试验方法单桩竖向抗拔静载荷试验一般采用慢速维持荷载法，加载方式和试验方法与单桩竖向抗压静载荷试验基本相同。1.3.4检测结果与分析填写试验记录表，根据表格绘制有关试验成果曲线，根据竖向荷载—沉降（U—δ）曲线确定单桩竖向承载力，同一条件下，单桩竖向承载力特征值应按单桩竖向承载力极限值的一半取值。1.4单桩水平静载荷试验单桩水平抗拔静载荷试验就是采用接近于水平受荷载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能力。1.4.1实验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测定桩身弯矩和挠曲，确定弹性地基系数，确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩的分配规律。1.4.2试验设备加载系统：采用卧式千斤顶加载，用测力环或测力传感器测定施加的荷载，对往复式循环试验可采用双向往复式油压千斤顶。反力系统：利用周围的工程桩或者锚桩作为反力墩，也可根据需要把两根或者多根桩连成一体作为反力墩。量测系统：桩顶水平位移量测，桩身弯矩量测，桩身挠曲变形量测。1.4.3试验方法实际工程中常用的方法有单向多循环加、卸荷法和双向多循环加、卸荷法或慢速维持荷载法。使用单向多循环加载法时，预估单桩水平承载力的1/15~1/10作为每级的加载增量。每级加载后恒载4min后读出水平位移，然后卸载到零，停2min后测读残余水平位移，循环5次完成一级荷载检测。41.4.4检测结果与分析填写单桩水平静载荷试验记录表，根据表格绘制有关试验成果曲线，根据竖向水平力—时间—位移（H—t—X）曲线、水平力—位移梯度（H—ΔX/ΔH），计算弹性地基系数的比例系数，确定单桩水平临界荷载和极限荷载。2桩基的低应变动测桩基的低应变动测就是通过对桩顶施加激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测和记录桩顶的振动速度和加速度，利用波动理论或机械阻抗理论对结果加以分析。桩基的低应变动测机理清晰、测试方法简便、成果较可靠、成本低，它的局限性，如桩头混凝土松软时，应力波不能从桩头沿桩身往桩底传播，得不到桩底的反射信一号当桩身有一个或两个以匕缺陷时，就不容易测到以后的缺陷反射信号当桩身缺陷变化缓慢时如扩颈或缩颈，缺陷变化界面处的反射信号不明显，易造成误判或漏判受桩长径比的影响，对深部的缺陷反应不灵敏等，对缺陷只定性分析而不能定量分析。2.1低应变检测的发展史20世纪80年代，以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期，各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、实践经验积累等方面，取得了许多有价值的成果。2.2检测目的检验桩基施工质量，判断桩身完整性，判定桩身缺陷程度及位置等目的。2.3检测方法基桩动测过程实质也是一种振动的测量过程，而涉及到振动测量，离不开对整个振动试验系统的全面分析，所谓振动试验系统，通常意味着由以下部分组成：激振系统用以激发被测对象产生振动的设备或一套系统；测量系统将振动量加以转换、放大、显示或记录的系统；分析系统可将测量的结果进行分析处理。根据研究目的求得各种参数和图表，目前计算机已成为分析系统的核心被测系统即试验对象，也是最终研究对象。（1）反射波法将桩头进行平整处理，把传感器固定在桩头，在桩身顶部位置，通过力棒进5行桩身激振，所产生的应力波会沿桩身向下进行传播，如应力波在传递过程中，桩身中存在较为明显的波阻抗差异界面，会产生声波反射与透射，发射与透射强度是由介质波阻抗大小来决定的。根据波动理论知识可以分析出，如应力波在传播过程中遇见桩身混凝土存在着质量缺陷，如蜂窝、空洞、裂缝、断裂及缩颈等，因波阻抗较小，所出现的发射波与入射波初动相位基本保持一致。通过波速高低发射波到达时间与振幅大小等，可以实现对桩身缺陷程度、缺陷位置及完整性的判断与分析。[5]（2）机械阻抗法机械阻抗法是用理论计算和实测相结合的动态分析方法。机械阻抗法测试系统通过测定施加给桩的激励(输入)函数和桩的动态响应函数来识别桩的动态特性。[6]在现场测试中，冲击力由冲击棒自由下落冲击桩头产生，棒头上装有压电力传感器测量冲击力的幅度，桩的速度响应由放置于桩顶边沿的速度传感器检测。力信号和速度信号经基桩动测仪放大、滤波后，再由计算机记录并储存下来。分析计算时，由微机对所存两路信号作FFT(快速傅利叶变换)运算后再相除即可得到所测桩的导纳幅频曲线，然后用测试分析软件对测试导纳曲线进行分析，而对桩的动态特性的分析计算，即可判断桩身砼的浇注质量、缺陷的类型及在桩身出现的位置。（3）水电效应法激振装置是通过水中大电流脉冲放电，给桩头施加一瞬态激振力，信号接收及记录装置包括：临时安装在桩头上盛满水的水管、水听器、速度传感器、桩基检测分析仪或信号数据处理机。[7]根据时域波形曲线进行桩的结构完整性定性判读，即桩底反射是否明显、桩身是否出现多次反射、反射波相位为正或为负，波形衰减快慢和阻尼比大小等。根据频谱图进行桩结构完整性的定量分析，即频谱是一个主峰或多峰及其频率高低，确定桩的完整及缺陷位置；而峰间频率差与理论值比较，及传递函数曲线1/ρC4值的变化，则用以估算桩径变化。（4）动力参数法动力参数法检测承压桩的原理亦适用于承推桩，亦即动力参数法检测承推桩的原理也是根据单桩在敲击作用下，桩土振动频率的高低(或频率与初速度)以判6断承推桩的强弱。其实质是横向冲击激振桩头，在测定桩—土的自振频率fx(或桩—土的自振频率fx与桩头初速度v0)后，根据振动理论和碰撞原理，计算单桩水平刚度kx，以kx为基础，计算承推桩的水平承载力和其它参数。[8]3桩基的高应变动测桩基的低应变动测就是在动测过程中利用外力使桩身产生较大的位移，进而可以对桩身的质量何其承载能力进行判断。相对低应变设备笨重、效率低及费用高，相比静载相对好一些，但激励能量和检测有效深度大，在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够查明是否影响竖向抗压承载力，但波形分析中不确定性导致其误差较大。高应变检测的理论和方法很多，但其基本原理都类似：即在桩顶作用一个高能量冲击，使得桩土体系产生相对位移，激发出桩侧土的摩阻力，根据加速度传感器和应力传感器测得的数据获得桩身的动应力响应曲线，在一些基本假定的基础上，来预估基桩承载力和完整性。与低应变检测方法相比，不同点