桩基检测技术(简全)

1、胡昌斌胡昌斌 博士博士2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡一、桩基检测概论一、桩基检测概论二、灌注桩成孔质量检测二、灌注桩成孔质量检测三、桩的静载试验三、桩的静载试验四、桩的低应变、高应变动力检测四、桩的低应变、高应变动力检测五、声波透射检测五、声波透射检测六、钻芯法检测六、钻芯法检测七、动力触探检测七、动力触探检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡( (一一) )在我国各类工程建设中，在我国各类工程建设中， 广泛采用桩基础广泛采用桩基础; ; 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

2、厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核层建筑、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，都有普遍应用电站等工程中，都有普遍应用。70007000年前我国就出现了木桩（如上海北宋的龙华塔）；年前我国就出现了木桩（如上海北宋的龙华塔）；18201820年以后，出现了铸铁钢板桩修筑围堰和码头；年以后，出现了铸铁钢板桩修筑围堰和码头；19001900年以后，美国出现了大量钢桩基础；年以后，美国出现了大量钢桩基础；18981898年俄国提出就地灌注混凝土桩；年俄国提出就地灌注混凝土桩；19011901年美国提出沉管灌注桩，年美国提出沉管灌注桩，19301930左右在我国上海应左右在我国

3、上海应用；用；19601960年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 自此以后，随着桩基础应用领域的扩宽，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，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。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水码头和海上石

4、油平台等采用的主要基础形式。式。 目前我国桥梁工程中最大桩径已超过目前我国桥梁工程中最大桩径已超过5 5m m，基桩入土深度已达基桩入土深度已达100100m m以上。以上。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡桩基础在我国高层桩基础在我国高层建筑、重型厂房、建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、桥梁、港口码头、海上采油平台以至海上采油平台以至核电站等工程中，核电站等工程中，都得到普遍应用都得到普遍应用。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡按成桩方法对土层的影响分类：按成桩方法对土层的影响分类：1 1、挤土桩（打入、压入、沉管灌注桩）；、挤土桩（打入、压入、沉管灌注

5、桩）；2 2、部分挤土桩、微排土桩（、部分挤土桩、微排土桩（I I型、型、H H型钢桩、钢板桩、型钢桩、钢板桩、开口式钢管桩和螺旋桩）；开口式钢管桩和螺旋桩）；3 3、非挤土桩（挖孔、钻孔灌注桩）；、非挤土桩（挖孔、钻孔灌注桩）；按成桩方法对土层的影响分类：按成桩方法对土层的影响分类：1 1、木桩；、木桩；2 2、钢桩；、钢桩；3 3、混凝土桩；、混凝土桩；4 4、组合桩；、组合桩；2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡按桩的功能分类：按桩的功能分类：1 1、抗轴向压桩（摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩）；、抗轴向压桩（摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩）；2 2、抗侧压桩；、抗侧压桩；3

6、3、抗拔桩；、抗拔桩；按成桩方法分类：按成桩方法分类：1 1、打入桩；、打入桩；2 2、就地灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔、就地灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、夯扩桩、复打桩、支盘桩、树根桩）；灌注桩、夯扩桩、复打桩、支盘桩、树根桩）；3 3、静压桩；、静压桩；4 4、螺旋桩；、螺旋桩；5 5、碎石桩；、碎石桩；6 6、水泥土搅拌桩（深层搅拌桩、粉喷桩）。、水泥土搅拌桩（深层搅拌桩、粉喷桩）。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡（1 1）沉管灌注桩）沉管灌注桩1 1、断裂（侧向挤土）；、断裂（侧向挤土）；2 2、拉裂（隆起）；、拉裂（隆起）；3 3、

7、缩颈；、缩颈；4 4、断桩离析；、断桩离析；5 5、吊脚桩；、吊脚桩；（2 2）冲、钻孔灌注桩）冲、钻孔灌注桩1 1、断桩；、断桩；2 2、离析；、离析；3 3、塌孔、缩颈、夹泥；、塌孔、缩颈、夹泥；4 4、沉渣过厚；、沉渣过厚；（3 3）混凝土预制桩）混凝土预制桩1 1、桩身开裂；、桩身开裂；2 2、桩头打碎；、桩头打碎；3 3、挤折断；、挤折断；4 4、破裂；、破裂；2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡（二）桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段（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；施工前的检测、施工中的检测、施工后的检测；1

8、1、单桩竖向抗压静载试验；、单桩竖向抗压静载试验；2 2、单桩竖向抗拔静载试验；、单桩竖向抗拔静载试验；3 3、单桩水平静载试验；、单桩水平静载试验；4 4、钻芯法；、钻芯法； 7 7、动力触探法；、动力触探法； 5 5、高应变动测；、高应变动测； 8 8、声波透射法；、声波透射法；6 6、低应变动测；、低应变动测； 9 9、取样试件试验；、取样试件试验；2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡1 1、测定承载力的自平衡法；、测定承载力的自平衡法；2 2、静动法；、静动法；3 3、检测桩身混凝土缺陷的、检测桩身混凝土缺陷的CTCT扫描等；扫描等；2002008.8.福州大学福州大

9、学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 CTCT桩身质量检测桩身质量检测反力架静载试验反力架静载试验2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡高应变动力检测高应变动力检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡静载试验静载试验2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡成孔质量检测成孔质量检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8

10、.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡桩基取芯检测桩基取芯检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡桩基低应变检测技术桩基低应变检测技术桩基动测实测曲线桩基动测实测曲线2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，成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

11、偏斜、沉渣过厚等问能产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。题。成孔质量检验的内容：成孔质量检验的内容： 桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标。泥浆指标。一一简简易易法法检检测测二、伞形孔径仪检测二、伞形孔径仪检测伞形孔径仪是由孔径仪、孔伞形孔径仪是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统。分组成的一个测试系统。仪器由孔径测头、自动记录仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。仪、电动绞车等组成。三、声波法检测三、声波法检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 孔底沉渣的厚薄直接影

12、响桩端承力的发挥，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，孔在灌注混凝土之前必须对沉渣厚度进行检测，必要时须进行再次清孔，直到沉渣厚度满足要必要时须进行再次清孔，直到沉渣厚度满足要求。求。目前测量沉渣厚度的方法大致有目前测量沉渣厚度的方法大致有测锤法测锤法、电阻电阻率法率法、电容法、声波法电容法、声波法等。等。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡一、竖向抗压静载试验；一、竖向抗压静载试验；二、单桩竖向抗拔静荷载试验；二、单桩竖向抗拔静荷载试验；三、单桩水平静

13、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维持荷载法。又可分为慢速维持荷载法和快速维持荷载法。持荷载法。三三 桩基静载试验桩基静载试验2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡静载方法原理简介静载方法原理简介n利用堆载或锚桩等反

14、力装置，由千斤顶施力于单桩、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，并记录被测对象的位移变化，复合地基或天然地基，并记录被测对象的位移变化，由获得的力与位移曲线（由获得的力与位移曲线（Q-SQ-S），），或位移时间曲线或位移时间曲线（S-S-LgtLgt）等资料，按照国家行业标准可确定等资料，按照国家行业标准可确定: :1 1、单桩、复合地基或天然地基等极限承载力、单桩、复合地基或天然地基等极限承载力2 2、对工程桩的承载力进行抽样检验和评价、对工程桩的承载力进行抽样检验和评价3 3、实测桩身摩阻力和桩端阻力、实测桩身摩阻力和桩端阻力( (研究性试验研究性试验) )适

15、用范围：单桩竖向抗压静载荷试验、单桩水平静适用范围：单桩竖向抗压静载荷试验、单桩水平静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、地基处理的载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、地基处理的静载荷试验、天然地基的平板竖向静载荷试验等。静载荷试验、天然地基的平板竖向静载荷试验等。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n单桩竖向抗压静载试验，就是采用接近于竖单桩竖向抗压静载试验，就是采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法。荷载作向抗压桩实际工作条件的试验方法。荷载作用于桩顶，桩顶产生位移（沉降），可得到用于桩顶，桩顶产生位移（沉降），可得到单根试桩单根试桩Q QS S曲线，还可获得每级荷载下

16、桩曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线顶沉降随时间的变化曲线S Slgtlgt，当桩身中当桩身中埋设量测元件（传感器、位移杆）时，还可埋设量测元件（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、重点工程和力（成本较高，主要用于大型、重点工程和科研试验）。科研试验）。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n1 1、锚桩横梁反力装置；、锚桩横梁反力装置；n2 2、堆重平台反力装置；、堆重平台反力装置；n3 3、锚桩堆重联合反力装置；、锚桩堆重联合反力装置；n4 4、地锚反力装置；、地锚反

17、力装置；2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡堆重平台反力装置堆重平台反力装置2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡堆重平台反力装置堆重平台反力装置2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡伞形地锚装置示意图伞形地锚装置示意图地锚反力装置地锚反力装置20002000T T桩基静载设备，曾用桩基静载设备，曾用于北京海洋馆作静载试验于北京海洋馆作静载试验 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n一般选用单台或多台同型号的一般选用单台或多台同型号的千斤顶千

18、斤顶并联加载；并联加载；n荷载可用并联于千斤顶的高精度荷载可用并联于千斤顶的高精度压力表压力表测定油压，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并换算为荷载，重要的桩基试验还需在千斤顶上放置置应力环应力环或或压力传感器压力传感器实行双控校正。实行双控校正。n沉降测量一般采用沉降测量一般采用百分表百分表或或电子位移计电子位移计，设置在桩，设置在桩的的2 2个正交直径方向，对称安装个正交直径方向，对称安装4 4个；小直径桩可安个；小直径桩可安装装2 2个或个或3 3个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小于于0.50.5倍桩径。倍桩径。 2002008

19、.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n国内桩身埋设的测试元件用得较多的是国内桩身埋设的测试元件用得较多的是电阻式应电阻式应变计变计和和振弦式钢筋应力计振弦式钢筋应力计，用屏蔽导线引出。，用屏蔽导线引出。n在国外，以美国材料及试验学会（在国外，以美国材料及试验学会（ASTMASTM）推荐的推荐的量测钢管桩桩身应变的方法较为常用，即沿桩身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的不同标高处预埋不同长度的金属管金属管及及测杆测杆，用，用千分表量测杆趾部相对于桩顶处的下沉量，经计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。算求得应变与荷载。n桩端阻力一般

20、用埋置于桩端的桩端阻力一般用埋置于桩端的扁千斤顶扁千斤顶量测量测。 钢筋钢筋应力应力计计 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡试验资料整理n绘制有关试验成果曲线，一般绘制绘制有关试验成果曲线，一般绘制Q QS S（按按整个图形比例横：竖整个图形比例横：竖=2=2：3 3，取，取Q/SQ/S的坐标比的坐标比例例) )S-S-lgtlgt、S-lgQS-lgQ曲线以及其他进行辅助分曲线以及其他进行辅助分析所需曲线。析所需曲线。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n在工程实践中，除了遵循有关的规范规程外，在

21、工程实践中，除了遵循有关的规范规程外，可参照下列标准确定极限承载力：可参照下列标准确定极限承载力：nl l）当今当今S S曲线的陡降段明显时，取相应于陡曲线的陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载；降段起点的荷载；n2 2）对于缓变型对于缓变型Q QS S曲线，一般可取曲线，一般可取S S404060mm60mm对应的荷载；对应的荷载；n3 3）取）取S Slgtlgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。一级荷载。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 图图2 2 Q-SQ-S曲线曲线 图图3 3lgtlgtS S曲线曲线 2002008.8.福

22、州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n高耸建（构）筑物往往承受较大的水平力，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，而抗拔桩是重要板也会承受较大水浮力，而抗拔桩是重要的措施。的措施。n迄今为止，桩基础上拔承载力的计算还没迄今为止，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。试验就显得相当重要。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n单桩水平静载试验采用接近于水平受荷

23、桩实际工作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：条件的试验方法达到下列目的：n试桩的水平承载力可直接由水平荷载和水平位移曲试桩的水平承载力可直接由水平荷载和水平位移曲线判定，亦可根据实测桩身应变来判定。线判定，亦可根据实测桩身应变来判定。n当桩身埋设有量测元件时，可以较精确求得各级水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。身强度，推求不同深度弹性地基系数提供依据。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n 传统单极

24、竖向抗压静载试验需要较大的反力装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，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。试验结果不能划分桩侧阻力和桩端阻力。n 对于大直径大吨位的桩和大开挖的桩基工程，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、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构筑物的大吨位基桩往往得不到准确的承载力数据，承载力数据，基桩的承载潜

25、力不能得到有效地发挥。基桩的承载潜力不能得到有效地发挥。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n 自平衡法静载试验技术是将千斤顶放置在桩的自平衡法静载试验技术是将千斤顶放置在桩的底部，向上顶桩身的同时，向下压桩底，使桩的摩底部，向上顶桩身的同时，向下压桩底，使桩的摩阻力和端阻力互为反力，分别得到荷载一位移曲线，阻力和端阻力互为反力，分别得到荷载一位移曲线，叠加后得到桩顶的承载力和位移关系的叠加后得到桩顶的承载力和位移关系的Q Qs s曲线。曲线。这种方法解决了大吨位桩竖向承载力现场试验，并这种方法解决了大吨位桩竖向承载力现场试验，并分别测得桩侧阻力和桩端阻力以便更有利于指导设

26、分别测得桩侧阻力和桩端阻力以便更有利于指导设计。利用这种新试验技术，还可完成人工挖孔桩持计。利用这种新试验技术，还可完成人工挖孔桩持力层原位荷载试验，对受场地条件限制无法进行常力层原位荷载试验，对受场地条件限制无法进行常规静载试验的桩进行单桩竖向承载力规静载试验的桩进行单桩竖向承载力现场试验。现场试验。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n 自平衡试桩法适用于部性土、粉土、砂土、岩自平衡试桩法适用于部性土、粉土、砂土、岩层中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等，层中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等，特别适用于传统静载试桩相关困难的水上试桩。坡特别适用于传统静载试桩相

27、关困难的水上试桩。坡上试桩、基坑底试桩，狭窄场地试桩等情况。上试桩、基坑底试桩，狭窄场地试桩等情况。n 19981998年年1010月，月，OsterbergOsterberg本人撰文总结了该试本人撰文总结了该试桩法在世界各地桩法在世界各地1010年的应用经验。据称，该法已成年的应用经验。据称，该法已成功地应用于钻孔桩、壁板桩、打人式钢管桩及预制功地应用于钻孔桩、壁板桩、打人式钢管桩及预制混凝土桩等桩型共约混凝土桩等桩型共约300300余例。单桩最大试验荷载已余例。单桩最大试验荷载已达到达到133133MNMN（13300t13300t），），深长达深长达9090m m，桩径达桩径达3 3m

28、m。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡试验装置试验装置n 自平衡试桩法的主要装置是经特别设计的液压千斤自平衡试桩法的主要装置是经特别设计的液压千斤顶式的荷载箱，也称为压力单元。顶式的荷载箱，也称为压力单元。n荷载箱可以是一次性的，也可以是可回收的。可回荷载箱可以是一次性的，也可以是可回收的。可回收的荷载箱一般放置在空心预制桩的内部、离桩底收的荷载箱一般放置在空心预制桩的内部、离桩底不远的位置。一对精细加工的卡口事先浇筑在试验不远的位置。一对精细加工的卡口事先浇筑在试验桩内部桩端的稍上部，试验时将荷载箱放到卡口的桩内部桩端的稍上部，试验时将荷载箱放到卡口的位置，顺时针旋转位置

29、，顺时针旋转9090度度，将其锁住；试验后再逆时将其锁住；试验后再逆时针旋转针旋转9090度，度，将其卸下回收，重复使用。不可回收将其卸下回收，重复使用。不可回收的千斤顶可以是锅式的，可以是鞘式的的千斤顶可以是锅式的，可以是鞘式的. . 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 桩基动力检测是指在桩顶施加一个动态力（可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、频域分析或传度信号

30、），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，推断单桩承递函数分析，判断桩身结构的完整性，推断单桩承载力。载力。 根据作用在桩顶上的动荷载能量能否使桩土之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。产生弹性变形。四四 桩基低应变动力检测桩基低应变动力检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.D

31、r.胡胡n反射波法反射波法n机械阻抗法机械阻抗法n水电效应法水电效应法n动力参数法动力参数法n共振法共振法n球击法球击法 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n 基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断

32、桩的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。的完整性。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡低应变动测仪器低应变动测仪器激振设备、激振设备、传感器、放传感器、放大器、信号大器、信号采集分析仪。采集分析仪。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡FDP204(B)FDP204(B)掌上动测仪掌上动测仪2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr

33、.胡胡目前倾向于低应目前倾向于低应变法仅能检测桩变法仅能检测桩身完整性身完整性 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影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：响程度，统一划分为四类的：n一类一类桩身完整。，桩身完整。，n二类二类桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥。承载力的发挥。n三类三类桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力桩身有明显缺陷，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

34、。根据具体情况进行设计复核或补强处理。n四类四类桩身存在严重缺陷，一般应进行补强桩身存在严重缺陷，一般应进行补强处理。处理。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡检测实例检测实例 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡本研究理论在浙江某工地一预应力管桩质量检测本研究理论在浙江某工地一预应力管桩质量检测分析中的应用分析中的应用 桩长桩长2828米，桩外径为米，桩外径为600600毫米，壁厚毫米，壁厚100100毫米，毫米，混凝土标号混凝土标号C60C60，该场地土层均为软该场地土层均为软- -流塑状淤流塑状淤泥或淤泥质粘土。（泥或淤泥质粘土。（7 7米处断裂）米处

35、断裂）tVv-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.401234567891011121314实实测测曲曲线线理理论论计计算算曲曲线线2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡浙江南部海岛某工地的一根钻孔灌注桩的测试浙江南部海岛某工地的一根钻孔灌注桩的测试该桩约该桩约1919米，直径为米，直径为12001200毫米，混凝土标号为毫米，混凝土标号为C25C25。（能反映导纳的衰减现象）能反映导纳的衰减现象）机械阻抗法是通过获得桩顶速度导纳幅频曲线来分析机械阻抗法是通过获得桩顶速度导纳幅频曲线来分析桩身质量和桩的工程力学性状。桩身质量和桩的工程力学性状。 f (Hz)Hv00.

36、30.60.91.21.51.8050100150200250300350400450500550600实实测测曲曲线线理理论论计计算算曲曲线线2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 高应变动力试桩的高应变动力试桩的基本原理基本原理： 用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对位用重锤冲击桩顶，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

37、判定桩的承载力和评价桩和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性身质量完整性. .五五 桩基高应变动力检测桩基高应变动力检测2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡用于预制桩施工时的同步测试，采用刚体碰撞过程中的动用于预制桩施工时的同步测试，采用刚体碰撞过程中的动量与能量守恒原理，打桩公式法以工程新闻公式和海利打桩公式最为流行；量与能量守恒原理，打桩公式法以工程新闻公式和海利打桩公式最为流行；简称锤贯法，曾在我国许多地方得到应用，仿照静载荷试简称锤贯法，曾在我国许多地方得到应用，仿照静载荷试验法获得动态打击力与相应沉降之间的曲线，通过动静对比系数计算静承载验法获得动态

38、打击力与相应沉降之间的曲线，通过动静对比系数计算静承载力，也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力；力，也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力；设桩为一维弹性杆，桩土问符合牛顿粘性体和理想弹设桩为一维弹性杆，桩土问符合牛顿粘性体和理想弹塑性体模型，将锤、冲击块、锤垫、桩垫、桩等离散化为一系列单元，编程塑性体模型，将锤、冲击块、锤垫、桩垫、桩等离散化为一系列单元，编程求解离散系统的差分方程组，得到打桩反应曲线，根据实测贯人度，考虑土求解离散系统的差分方程组，得到打桩反应曲线，根据实测贯人度，考虑土的吸着系数，求得桩的极限承载力；的吸着系数，求得桩的极限承载力；将桩假定为一维弹性杆件，土将桩

39、假定为一维弹性杆件，土体静阻力不随时间变化，动阻力仅集中在桩尖。根据应力波理论，同时分析体静阻力不随时间变化，动阻力仅集中在桩尖。根据应力波理论，同时分析桩身完整性和桩土系统承载力；桩身完整性和桩土系统承载力；n5 5波动方程拟合法，即波动方程拟合法，即 CAPWAPCAPWAP法，法，其模型较为复杂，只能编程计算，是目其模型较为复杂，只能编程计算，是目前广泛应用的一种较合理的方法；前广泛应用的一种较合理的方法；n6 6静动法静动法，也称伪静力法，也称伪静力法，其意义在于延长冲击力作用时间（其意义在于延长冲击力作用时间（100100msms）使之使之更接近于静载荷试验状态。更接近于静载荷试验状

40、态。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n CASE CASE法和法和CAPWAPCAPWAP法是目前最常用的两种高应变动法是目前最常用的两种高应变动力试桩方法，也是狭义的高应变动力试桩法。力试桩方法，也是狭义的高应变动力试桩法。n 它们的现场测试方法和测试系统完全相同，通过它们的现场测试方法和测试系统完全相同，通过重锤冲击桩头，产生沿桩身向下传播的应力波和一定重锤冲击桩头，产生沿桩身向下传播的应力波和一定的桩土位移，利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和的桩土位移，利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和特制工具式应变计记录冲击波作用下的加速度与应变，特制工具式应变计记录冲击波作用下

41、的加速度与应变，并通过长线电缆传输给桩基动测仪；然后采用不同软并通过长线电缆传输给桩基动测仪；然后采用不同软件求得相应承载力和基桩质量完整性指数件求得相应承载力和基桩质量完整性指数. .CASECASE法由法由于分析较为简单，可在现场提交，于分析较为简单，可在现场提交，高应变动力试桩现高应变动力试桩现场测试示意图结果，因而也称波动方程实时分析法；场测试示意图结果，因而也称波动方程实时分析法；而拟合法因要进行大量拟合反演运算，一般只能在室而拟合法因要进行大量拟合反演运算，一般只能在室内进行。内进行。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡激振设备：激振设备：预制桩打桩机械预制桩打

42、桩机械自制自由落锤自制自由落锤 锤重应大于预估锤重应大于预估的单桩极限承载力的单桩极限承载力的的1.01.01.51.52002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡如图采用美国如图采用美国PDIPDI公司公司PALPAL型基桩高应变动测仪型基桩高应变动测仪检测桩基，检测结果可检测桩基，检测结果可提供基桩的极限承载力提供基桩的极限承载力指标和桩身结构完整性指标和桩身结构完整性评价。评价。检测目的检测目的: :、判定单桩竖向承、

43、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求载力是否满足设计要求、检测桩身缺陷及、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性位置，判定桩身完整性、分析桩侧和桩端、分析桩侧和桩端阻力阻力 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡CASEn 凯司法是美国凯司技术学院凯司法是美国凯司技术学院GobleGoble教授等人教授等人经十余年努力，逐步形成的一套以行波理论经十余年努力，逐步形成的一套以行波理论为基础的桩动力测量和分析方法。为基础的桩动力测量和分析方法。n这个方法从行波理论出发，导出了一套简洁这个方法从行波理论出发，导出了一套简洁的分析计算公式并改善了相应的测量仪器，的分析计算公式并改善了相应的测

44、量仪器，使之能在打桩现场立即得到关于桩的承载力。使之能在打桩现场立即得到关于桩的承载力。桩身完整性、桩身应力和锤击能量传递等分桩身完整性、桩身应力和锤击能量传递等分析结果其优点析结果其优点是具有很强的实时测量分析功是具有很强的实时测量分析功能能。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 n初始速度曲线第一峰的时刻为初始速度曲线第一峰的时刻为 t1t1，则在则在 t2t2t1t12L/C2L/C时刻，桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响：时刻，桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响：n1 1）由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的总和）由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的

45、总和RT/2RT/2；n2 2）由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波，由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波，其大小即为其大小即为Fd(t1) Fd(t1) 但符号为负；但符号为负；n3 3）由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波的形式上行，并与第的形式上行，并与第 (2 (2）项的上行波同时到达桩顶，项的上行波同时到达桩顶，其大小也为其大小也为 RT/2RT/2；n4 4）全部的上行波在桩顶反射而形成的下行波全部的上行波在桩顶反射而形成的下行波Fd(t2Fd(t2）。土阻力表达式土阻力表达式2002008.8.福州大学福州大学

46、Dr.Dr.胡胡n1 1）去除土阻尼的影响。去除土阻尼的影响。n2 2）对给定的对给定的F F和和V V曲线，正确选择曲线，正确选择t1t1时刻，使时刻，使其中所包含的静阻力充分发挥。其中所包含的静阻力充分发挥。n3 3）对于桩先于对于桩先于2L/C2L/C回弹（速度为负回弹（速度为负) ) 造成桩造成桩中上部土阻力凡卸载，需对此做出修正。中上部土阻力凡卸载，需对此做出修正。n4 4）在试验过程中，桩周土应出现塑性变形，在试验过程中，桩周土应出现塑性变形，即桩出现永久贯人度，以证实打桩时土的极即桩出现永久贯人度，以证实打桩时土的极限阻力充分发挥；否则不可能得到桩的极限限阻力充分发挥；否则不可能

47、得到桩的极限承载力。承载力。n5 5）考虑桩的承载力随时间变化的因素。）考虑桩的承载力随时间变化的因素。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n1)1)假设土阻尼存在于桩端，至于桩端运动速度有关；假设土阻尼存在于桩端，至于桩端运动速度有关；n2 2）假设由阻尼引起的桩端土的动阻力预桩端运动速度成正比；假设由阻尼引起的桩端土的动阻力预桩端运动速度成正比；Rd=Rd=JcZV(toe,tJcZV(toe,t););n3)3)静阻力静阻力RsRsRtRtRdRd2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定实测曲线拟合法是通过波

48、动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。桩和土的力学模型及其参数值。n其过程为其过程为：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度参数，利用实测的速度 （或力、上行波、下行波）（或力、上行波、下行波）曲线作为输人边界条件，数值求解波动方程，反算桩曲线作为输人边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计合理，有针对性

49、地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线（以及贯人度的计算值与算曲线与实测曲线（以及贯人度的计算值与实测值）实测值）的吻合程度良好且不易进一步改善为止。的吻合程度良好且不易进一步改善为止。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n1 1）所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分）所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。定。n2 2）拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。）拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。n3 3）曲线拟合时间段

50、长度在曲线拟合时间段长度在t1t12L/C2L/C时刻后延续时间不应小于时刻后延续时间不应小于2020ms; ms; n4 4）各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值。的最大计算位移值。n5 5）拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻）拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。合，其他区段的曲线应基本吻合。n6 6）贯人度的计算值应与实测值接近。贯人度的计算值应与实测值接近。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡CASE法判定单桩承载力法判定单桩承载

51、力n凯司法与实测曲线拟合法在计算承载力上的本凯司法与实测曲线拟合法在计算承载力上的本质区别是：前者在计算极限承载力时，单击贯质区别是：前者在计算极限承载力时，单击贯人度与最大位移是参考值，计算过程与它们无人度与最大位移是参考值，计算过程与它们无关。另外，凯司法承载力计算公式是基于以下关。另外，凯司法承载力计算公式是基于以下三个假定推导出的：三个假定推导出的：n桩身阻抗基本恒定；桩身阻抗基本恒定；n动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力集中于桩端；动阻力集中于桩端；n土阻力在时刻土阻力在时刻t2=t1+2L/Ct2=t1+2L/C已充分发挥；已充分

52、发挥；nJcJc值实际上是一个无明确意义的综合调整系数值实际上是一个无明确意义的综合调整系数。 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡限制条件n1 1）桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。）桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。n2 2）桩身缺陷对水平承载力有影响。）桩身缺陷对水平承载力有影响。n3 3）单击贯人度大，桩底同向反射强烈且反射单击贯人度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。条件不符合。n4 4）嵌岩桩桩底

53、同向反射强烈，且在时间嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/C2L/C后无明显端阻力反射后无明显端阻力反射, ,也可采用钻芯法核验。也可采用钻芯法核验。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡六六 灌注桩声波检测灌注桩声波检测 基桩成孔后，灌混凝土之前，在桩内基桩成孔后，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以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各截面的声

54、学参数，然后对这些检测数据进行面的声学参数，然后对这些检测数据进行处理，分析和判断，以确定桩身混凝土缺处理，分析和判断，以确定桩身混凝土缺陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完整性。完整性。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 砼结构是一个多孔浆及侵粗骨料组成的多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。所有这些信传播时，将会产生一系列现象。所有这些信息可以由息可以由声传播速度声传播速度和和接收信号强度接收信号强度、波形波形来表征它所反映的被测

55、材料的粘弹力学特性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、缺陷的范围及性质等 。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 超声法检测灌注桩混凝土质量是近超声法检测灌注桩混凝土质量是近1010多年逐渐发多年逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点：展起来的一种检测方法。它具有以下优点：1 1）检测细致，结果准确可靠；检测细致，结果准确可靠；2 2）不受桩长桩径不受桩长桩径限制；限制；3 3）无盲区声测管埋到什么

56、部位就可检测）无盲区声测管埋到什么部位就可检测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；4 4）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；5 5）可）可估算混凝土强度。估算混凝土强度。正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁。高层高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁。高层建筑的大型、特大型灌注桩的检测。建筑的大型、特大型灌注桩的检测。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡 JLJLT

57、VTV数字超声电视数字超声电视 钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备 2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡超声检测设备：超声检测设备：换能器（发射换换能器（发射换能器、接收换能能器、接收换能器）和超声仪器）和超声仪2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡（一）波动（一）波动 波动是物质的一种运动形式。波动可

58、分成波动是物质的一种运动形式。波动可分成两大类：一类是机械波，如水波、声波、超两大类：一类是机械波，如水波、声波、超声波等，它是由于机械振动在弹性介质中引声波等，它是由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程；另一类是电磁波，如无线电起的波动过程；另一类是电磁波，如无线电波、红外线、紫外线、可见光等，它是由于波、红外线、紫外线、可见光等，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的传播过程。间的传播过程。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡（二）声波（二）声波 声波是弹性介质中的机械波。人们所声波是弹性介质中的机械波。人们所能听到声波的

59、频率范围是能听到声波的频率范围是20202 2x10 x104 4HzHz，这叫可闻声波。当声波频率超过这叫可闻声波。当声波频率超过2 2x10 x104 4HzHz时，人耳就听不到了，这种声波就叫超时，人耳就听不到了，这种声波就叫超声波。频率低于声波。频率低于2020HzHz的叫次声波，人耳的叫次声波，人耳也听不到。也听不到。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡n在弹性介质中，任何一个质点作机械振动在弹性介质中，任何一个质点作机械振动时，因为这个质点与邻近的质点间有相互时，因为这个质点与邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传作用的弹性力联系着，所以它的振动将

60、传递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也同样地发生振动，然后振动又传给下一个同样地发生振动，然后振动又传给下一个质点，依此类推。这样，振动就由近及远质点，依此类推。这样，振动就由近及远向各个方向以一定速度传播出去，从而形向各个方向以一定速度传播出去，从而形成了机械波。成了机械波。2002008.8.福州大学福州大学 Dr.Dr.胡胡波的种类和形式波的种类和形式n（一）波的种类（一）波的种类n波的种类是根据介质质点的振动方向和波的波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方向的关系来区分的。传播方向的关系来区分的。n它分为纵波、横波、表面波和板波等。它分为纵波、