隧道及岩土工程桩基检测技术.ppt

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1、桩基质量检测,隧道及岩土工程系2012,课程内容,一、桩基检测概论二、灌注桩成孔质量检测三、桩的静载试验四、桩的低应变、高应变动力检测五、声波透射检测六、钻芯法检测,一 桩基检测概论,(一)在我国各类工程建设中，广泛采用桩基础;桩基础是历史悠久、应用广泛的一种基础形式。在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都有普遍应用。7000年前我国就出现了木桩（如上海北宋的龙华塔）；1820年以后，出现了铸铁钢板桩修筑围堰和码头；1900年以后，美国出现了大量钢桩基础；1898年俄国提出就地灌注混凝土桩；1901年美国提出沉管灌注桩，1930左右在我国上海应用；1960

2、年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。,桩基检测概论（续）,自此以后，随着桩基础应用领域的扩宽，机械设备和施工技术不断得到改进与发展，产生了各种新桩型和新工法，为桩在复杂地质条件和环境条件下的应用注入了勃勃生机。今天桩基础已成为高层建筑、大型桥梁、深水码头和海上石油平台等采用的主要基础形式。目前我国桥梁工程中最大桩径已超过5m，基桩入土深度已达100m以上。,桩基础在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都得到普遍应用。,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

3、、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；7、动力触探法；5、高应变动测；8、声波透射法；6、低应变动测；9、取样试验；,桩基检测新方法,1、测定承载力的自平衡法；2、静动法；3、检测桩身混凝土缺陷的CT扫描等；,CT桩身质量检测,反力架静载试验,高应变动力检测,静载试验,成孔质量检测,桩基取芯检测,超声波检测桩身混凝土质

4、量,桩基低应变检测技术,桩基动测实测曲线,灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件和施工的失误，都有可能产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成孔质量检验的内容：桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标。,二 灌注桩成孔质量检测,一简易法检测,二、伞形孔径仪检测伞形孔径仪是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统。仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。,孔底沉渣厚度检测,孔底沉渣的厚薄直接影响桩端承力的发挥，沉渣太厚将使桩的承载能力大大降低，因此桩孔在灌注混凝土之前必须对沉渣厚度进行检测，必要时须进行再次

5、清孔，直到沉渣厚度满足要求。目前测量沉渣厚度的方法大致有测锤法、电阻率法、电容法、声波法等。,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。,三 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，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

6、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),（一）竖向抗压静载试验,得到单根试桩QS曲线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,伞形地锚装置示意图地锚反力装置,2000T桩基静载设备，曾用于北京海洋馆作静载试验,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

7、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。,钢筋应力计,单桩竖向极限承

8、载力的确定,可参照下列标准确定极限承载力：l）当QS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。,（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。,（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

9、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

10、不能得到有效地发挥。,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。,四 桩基低应变动力检测,低应变动测技术,反射波法机械阻抗法水电效应法动力参数法共振法球击法,青藏线基桩检测,低应变动测仪器,激振设备、传感器、放大器、信号采集分析仪。,

11、FDP204(B)掌上动测仪,目前倾向于低应变法仅能检测桩身完整性,桩身完整性定义,桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度，统一划分为四类的：一类桩身完整。，二类桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥。三类桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响，一般应采用其他方法验证其可用性，或根据具体情况进行设计复核或补强处理。四类桩身存在严重缺陷，一般应进行补强处理。,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

12、和评价桩身质量完整性.,五 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,六 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

13、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。,JLTV数字超声电视钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备,超声检测设备：换能器（发射换能器、接收换能器）和超声仪,声波在介质界面的反射与透射,声波在无限大介质中传播只是在理论上成立，实际上任何介质总有一个边界。当声波在传播中从一种介质到达另

14、一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分声波被反射，仍然回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波则透过界面进人另一种介质中继续传播，称为折射波（透射波），声波透过界面时，其方向、强度、波形均产生变化。这种变化取决于两种介质的特性阻抗和入射波的方向。,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,探测混凝土内

15、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,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,

16、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。,混凝土强度是灌注桩施工质量验收的主控项目，桩身混凝土强度必须符合设计要求。混凝土强度检验的方法为：在浇注灌注桩混凝土时预留一定数量立方体试件，经标准养护后，在28d龄期，用标准试验方法测得试件的抗压强度，并根据试件强度评定桩身混凝土的抗压强度是否满足设计要求。预留混凝土试件强度检验方法是现行标准规定的混凝土强度验收方法，现场混凝土强度的无损检测方法不能代替该方法。当

17、混凝土试件强度评定不合格或对试件的代表性有怀疑时，可采用钻芯法推定桩身混凝土的强度，检测结果符合设计要求可按合格验收。,七 灌注桩试件强度检测与钻芯法检测,桩基抽芯检测,进口HD-120S-A全液压锚杆钻机,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,福宁高速公路钻芯检测桩身完整性及桩端持力层情况，(桩长50m,桩径800mm,持力层微风化花岗岩）.,钻芯法概述,采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过对芯样的观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法称为钻孔取芯法，简称钻芯法。检测内容如下：1）验证桩身完整性，如桩身混凝土胶结状况。有无气孔、松散或断桩等；2）检测桩身混凝土强度是否符合设计要求；3）桩底沉渣是否符合设计或规范的要求；4）桩底持力层的岩土性状（强度）和厚度是否符合 设计或规范要求；5）施工记录桩长是否真实。,THE END THANK YOU!,