施工手册(第四版)第七章地基处理与桩基工程7-2-9桩的检测

7-2-9桩的检测成桩的质量检验有两类基本方法，一类是静载载荷试验法，另一类为动测法。7-2-9-1静载试验法静载试验的目的，是采用接近于桩的实际工作条件，通过静载加压，确定单桩的极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。桩的静载试验，是模拟实际荷载情况，通过静载加压，得出一系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它能较好地反映单桩的实际承载力。荷载试验有多种，通常采用的是单桩竖向抗压静载试验、单桩、竖向抗拔静载试验和单桩水平静载试验。预制桩在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应少于7d；对于粉土和粘性土，不应少于15d；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25d，待桩身与土体的结合基本趋于稳定，才能进行试验。就地灌筑桩应在桩身混凝土强度达到设计等级的前提下，对砂类土不少于10d；对一般粘性土不少于20d；对淤泥或淤泥质土不少于30d，才能进行试验。在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的%，且不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。1．单桩竖向抗压静载试验法单桩竖向抗压静载试验一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件采取下列方法：（1）锚桩横梁反力装置由4根锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成（图7-105）。锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2~1.5倍。图7-105锚桩横梁静载试验装置1-锚桩（4根）；2-锚筋；3-主梁（钢横梁或倒置钢桁架）；4-次梁；5-厚钢板；6-硬木包钢皮；7-油压千斤顶；8-百分表；9-基准桩；10-基准梁（一端固定，一端可水平移动）；11-试验桩（2）压重平台反力装置由支墩（或垫木）、钢横梁、钢锭、油压千斤顶及测量仪表等组成（图7-106）。压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1.2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固的放置于平台上。图7-106压重平台静载试验装置1-支墩；2-钢横梁；3-钢锭；4-油压千斤顶；5-百分表；6-试验桩；7-垫木；8-钢架或厚钢板（3）锚桩压重联合反力装置当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在图7-105所示，横梁上放置或悬挂一定重物，由锚桩和重物共同承受千斤顶加压的反力。千斤顶平放于桩中心，当采用2个以上千斤顶加载时，应将千斤顶并联同步工作，使千斤顶的合力通过试桩中心。为了避免加荷过程中的相互影响，锚桩（压重平台＿支墩）；基准木桩与试桩之间的中心距离应符合表7-100的要求。试桩、锚桩和基准桩之间的中心距离表7-100反力系统试桩与锚桩（或压重平台支墩边）试桩与基准桩基准桩与锚桩（或压重平台支墩边）锚桩横梁反力装置≥4d且≥4d且≥4d且压重平台反力装置≮2.0m≮2.0m≮2.0m注：d——试桩或锚桩的设计直径、取其较大者（如试桩或锚桩为扩底桩时、试桩与锚桩的中心距不应小于2倍扩大端直径）。试压时，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，或采用联于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线核算荷载。试桩沉降一般采用百分表或电子位移计测量。对于大直径桩，应在其2个正交直线方向对称安置4个位移测试仪表，中等和小直径桩桩径可安置2个或3个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径，固定和支承百分表的夹具和基准梁，在构造上应确保当受到气温、振动及其他外界因素的影响时不会发生竖向变位。载荷试验时，对以桩身承载力控制极限承载力的工程桩，试验加载至承载力设计值的1.5~2倍；其余试桩均应加载至破坏。桩静荷载试验的最大设计荷载，不应小于由静力计算得出的单桩设计承载力的2倍。2．单桩的静载荷试验要点（1）试验加载方式采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征，可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔1h加一级荷载。（2）荷载分级试验时加载分级不应小于8级，每级荷载值为宜为预估极限荷载的1/8~1/10，第一级的加荷值可按2倍分级荷载加荷。（3）测读桩沉降量的间隔时间在加每级加载后，隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次，每次测读值记入试验记录表。（4）稳定标准在每级荷载作用下，桩的沉降量在每1h内的沉降不超过0.1mm时，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。（5）终止加荷的条件1）当荷载-沉降（Q-s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶沉降量超过40mm。2）21nnSS，且经24h尚未达到稳定。3）25m以上的非嵌岩桩，Q-s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm。4）在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。注：△Sn—第n级荷载的沉降增量；△Sn+1—第n+1级荷载的沉降增量。（6）卸载与卸载沉降观测每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次后，隔30min再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3~4h再读一次，并作好详细记录。3．单桩竖向抗拔静载试验方法在拔力作用下桩的破坏形式有两种：一是地基变形带动周围的土体被拔出；一是桩身强度不够，被拉裂或拉断。（1）试验设备、仪表装置抗拔静载试验加载装置，量测仪表与竖向抗压静载试验相同，只是施加荷载的方向相反。试验设备主要用油压千斤顶，把试桩的主筋连接到传力架上，当开动千斤顶上升，产生上拔力把锚桩拔升（图7-107）。图7-107抗拔桩静载试验装置1-钢横梁；2-传力架；3-油压千斤顶；4-木垫座；5-试桩（2）加载方法抗拔静载试验加载方式，可参照抗压静载试验方法。（3）终止加载条件当出现下列情况之一时，即可终止加载：1）桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍时；2）某级荷载作用下，桩顶变形量为前一级荷载作用下的5倍；3）累计上拔量超过100mm。4．单桩水平静载试验方法桩的水平静载荷试验是采用接近于桩的实际工作条件进行试验，以确定单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数。当桩身埋设有应力测量元件时，可测出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。（1）试验设备与仪表装置（图7-108）进行单桩水平静载试验时，常采取互推法，在二根桩中间放置千斤顶施加水平荷载，水平作用线应通过地面标高处（地面标高应与实际工作桩基承台底面标高一致）。在千斤顶与试桩接触处宜安置一环形铰座，以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线。用电动油泵加荷，用电阻应变式传感器和电子秤控制荷载。在桩外侧地面及地面以上500~1000mm设置双层大量程百分表（下表测量桩身在地面处的水平位移，上表测量桩顶水平位移，根据两表位移差可求得地面以上桩身转角），以测定桩的水平位移。百分表的基准桩宜打设在桩侧面靠位移的反方向，与试桩的净距不少于1倍试桩直径。图7-108单桩水平静载荷试验装置1-水平试验桩；2-油压千斤顶；3-球铰；4-垫块；5-油压表；6-百分表；7-基准梁；8-基准桩（2）加载方法及终止试验条件对于承受反复作用的水平荷载的桩基，一般采用单向多循环加卸载方法。取设计荷载2倍为预估极限荷载，取预估水平荷载的1/10~1/15作为每级荷载的加载增量，对于直径300~1000mm的桩，每级荷载增量可取2.5~20kN。每级荷载施加后，恒载4min测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。加载时间应尽量缩短，测量位移的间隔时间应严格准确，试验不得中途停歇。对承受长期作用的水平荷载的桩基，宜采用分级连续的加载方式，各级荷载的增量同上所述，各级荷载维持10min，并记录百分表读数后即进行下一级荷载的试验，如到10min时的水平位移还未稳定，则应延长该级荷载的维持时间，直至稳定为止。其稳定标准可参照竖向静载试验方法。终止试验的条件是：当桩身折断或水平位移超过30~40mm（软土取40mm）时，可终止试验。7-2-9-2动测法动测法，又称动力无损检测法，是检测桩基承载力及桩身质量的一项新技术，作为静载试验的补充。动测法是相对静载试验法而言，它是对桩土体系进行适当的简化处理，建立起数学－力学模型，借助于现代电子技术与量测设备采集桩－土体系在给定的动荷载作用下所产生的振动参数，结合实际桩土条件进行计算，所得结果与相应的静载试验结果进行对比，在积累一定数量的动静试验对比结果的基础上，找出两者之间的某种相关关系，并以此作为标准来确定桩基承载力。另外，可应用波动理论，根据波在混凝土介质内的传播速度，传播时间和反射情况，用来检验、判定桩身是否存在断裂、夹层、颈缩、空洞等质量缺陷。一般静载试验可直观地反映桩的承载力和混凝土的浇筑质量，数据可靠。但试验装置复杂笨重，装、卸、操作费工费时，成本高，测试数量有限，并且易破坏桩基。动测法试验，则仪器轻便灵活，检测快速；单桩试验时间，仅为静载试验的1/50左右；可大大缩短试验时间；数量多，不破坏桩基，相对也较准确，可进行普查；费用低，单桩测试费约为静载试验的1/30左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力；据统计，国内用动测方法的试桩工程数目，已占工程总数的70%左右，试桩数约占全部试桩数的90%，有效地填补了静力试桩的不足，满足了桩基工程发展的需要，因此，社会经济效益显著，但动测法也存在需做大量的测试数据，需静载试验资料来充实完善、编制电脑软件，所测的极限承载力有时与静载荷值离散性较大等问题。1．承载力检验单桩承载力的动测方法种类较多，国内有代表性的方法有：动力参数法、锤击贯入法、水电效应法、共振法、机械阻抗法、波动方程法等，常用的有以下两种。（1）动力参数法动力参数法是用锤击法测定桩的自振频率或同时测定桩的频率和初速度，用以换算桩基的各种设计参数。对承压桩，可用竖向频率换算抗压刚度及承载力。计算模型如图7-109，系将桩基作为单自由度的质量－弹簧体系，则质量－弹簧体系的弹簧刚度K与频率f间的关系可表示为：gQfK2)27(（7-21）Q＝Q1＋Q2（7-22）式中Q1——桩的折算重量；Q2——参加振动的土体重量。图7-109质量-弹簧体系这种计算模型可使计算简化，同时考虑了参振土体对频率的影响，比较符合实际情况。如若Q1与Q2先按桩和土的原始数据算出，则动测时只需实测出桩基频率，即可进行承压桩的参数计算，此种动测法称“频率法”；如果将桩基频率和初速度同时测出，则无需桩和土的原始数据，即能算出Q，从而可直接求得承压桩的参数，称为“频率-初速法”。（2）频率法频率法除通过锤击实测桩基竖向自振频率fv外，尚应通过施工记录和地质报告或试验取得桩和土的可靠原始数据。桩数据包括：桩全长、入土深度、桩径或横截面、桩材密度及施工中异常情况的记录；土层数据（主要是桩尖以上L/3范围内土层数据）包括：地质剖面图及柱状图、地下水位、各土层厚度Hi、土名、粘性土的状态或砂土的密实度、内摩擦角、密度及桩尖处支撑土层的性状等。再通过计算求单桩抗压刚度、临界荷载和允许承载力。计算步骤为：1）计算单桩抗压刚度。当被测桩经竖向锤击而被激起振动后，桩将在竖向作自由振动，并通过桩侧摩擦力及桩尖作用力带动周围部分土体参与振动，形成复杂的桩、土振动体系，从而根据计算模型、参照计算弹簧的理论公式（7-21），按下式求出单桩抗压刚度Kz（动刚度）：gQQfKvz365.2)()2(212（7-23）式中g——重力加速度，取9.81m/s2；2.365——单桩抗压刚度修正系数；fv——桩的竖向自振频率（Hz）；Q1——折算后参振桩重（kN）；Q＝A·L0·γ1/3A——桩的横截面积（m2）；L0——桩的全长（m）；γ1——桩体重度（kN/m3）；Q2——折算后参振土重（kN）；222]3)16(9[31ALrLrQzzrz——参振土体的扩散半径（m），将参振土体折算成梨形土