桩基检测新技术（ppt54页）

1、1 1 桩基础基本知识 2 桩基检测技术概述 3 桩基静载测试 4 钻孔取芯法 5 桩基监测技术 桩基检测技术2 1 桩基础基本知识 3 定义：由埋置于岩土中的基桩和连接于桩顶端的承台共同组成的基础。 组成：基桩和连接于桩顶的承台。 作用：将上部结构荷载通过承台传 递给基桩，再由基桩传递到 地基土体（持力层） 。 特点：历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。 图1.1 低承台桩基示意图1.1 桩基础及其分类1.1.1 概述4 几个概念 桩基础：由埋置于岩土中的基桩和连接于桩顶端的承台共同组成的基础。 单桩基础：采用1根基桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构

2、荷载的独立基础。 群桩基础：由两根以上基桩组成的桩基础 。 基桩：桩基础中的单桩。 复合基桩：包含承台底土阻力的基桩。 复合桩基：由桩和承台下地基土共同承受荷载的桩基。5 几个概念单桩极限承载力：单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。 负摩擦力：桩身周围的土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下摩阻力。 群桩效应：指群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象。 6 图1.2 单桩基础图1.3 群桩

3、基础承台基桩上部结构荷载1.1.1 概述7 地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。 地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。 荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。 水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。1.1.1 概述使用桩基必要性8 按竖向荷载下单桩的受力性状：摩擦型桩（摩擦桩、端承摩擦桩）、端承型桩（ 端承桩、摩擦端承桩； 按桩使用功能：竖向抗压桩（摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩）、水平受荷桩、抗拔桩、复合受荷桩； 按施工方法：预制桩、灌注桩； 按成桩方法对土层影响：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 ； 按桩径大小

4、：小桩(250mm)、中等直径桩(250800mm)、大直径桩(800mm) ；1.1.2 桩基的分类 基桩分类 按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 ； 按桩身材料：混凝土桩、钢桩、组合材料桩； 按成桩方法：打入桩、静压桩、就地灌注桩； 按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX桩等；9 按承载性状分类（荷载传递方式）摩 擦 型 桩摩 擦 桩端 承 摩 擦 桩端 承 型 桩端 承 桩摩 擦 端 承 桩分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度 和分担荷载比例的不同。1.1.2 桩基的分类10 预制桩在工厂或施工现场制成的各种形式的 桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。 灌注桩在施工现场的

5、桩位上用机械或人工成 孔，然后在孔内灌注混凝土而成。如 挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩等。 按施工方法分类1.1.2 桩基的分类11 混凝土预制桩 要求：截面边长300500mm，分节长度12m。预应力 管桩外径300600mm，每节长513m； 优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。 缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。 钢桩 要求：直径2501200mm，批量生产。 优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。 缺点：成本高，易锈蚀。 木桩 要求：桩径160 260mm，桩长4 6m。 优点：制作运输方便，打桩设备简单。 缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。预制桩的分类

6、及特点1.1.2 桩基的分类12 分类 沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。 原理 直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌 注混凝土而成。 特点 能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤 土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。 施工关键 桩身的成型和混凝土质量灌注桩的分类及特点1.1.2 桩基的分类13 按桩的设置效应分类非挤土桩 成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩,如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩； 部分挤土桩 对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。 挤土桩 设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质

7、影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。1.1.2 桩基的分类按承台位置： 高承台桩基承台底面位于地面以上，且常处于水下，水平受力性能差，但施工方便。可避免水下施工及节省基础材料，多用于桥梁及港口工程。 低承台桩基承台底面位于地面以下，其受力能好，具有较强的抵抗水平荷载的能力，施工不方便。 桩 基1.1.2 桩基的分类图1.4 高低承台桩15 锤击 振动下沉 静压 预制桩的施工方法1.2.1 预制桩的施工1.2 桩基础的施工16 打入第一节桩体电焊接桩打入末节桩体 锤击预制桩 17 沉桩深度控制以最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量）和桩尖设计标高两方面控制。 要

8、求最后两阵的平均贯入度为10-50mm/阵。 锤击法：常以10次锤击为一阵。 振动法：以1min为一阵。1.2.1 预制桩的施工18 沉管灌注桩 利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土拔出套筒。可避免流砂、坍孔及排渣等弊病。 锤击沉管灌注桩 振动沉管灌注桩 内击式沉管灌注桩1.2.2 灌注桩的施工19 沉管灌注桩 图1.5 沉管灌注桩的施工程序示意 （a）打桩机就位；（b） 沉管；（c） 浇灌混凝土；（d） 边拔管，边振动；（e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f） 成型 1.2.2 灌注桩的施工20 优点：设备简单、打桩进度快、成本低。 缺点：在土层软、硬交界处或软弱土层处易发 生缩颈

9、、断桩现象。（缩颈桩的形成） 克服办法： 复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次 沉管及浇灌混凝土；（沉管灌注桩复打） 反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般 拔0.51.0m，再反插0.30.5m。 分单打、复打、反插三种施工方法。 沉管灌注桩特点1.2.2 灌注桩的施工21 钻（冲）孔灌注桩原理 用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等)钻土成孔(需泥浆护壁)，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。 施工方法 有正循环、反循环施工法。 优缺点 优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。 缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。 1.2.2 灌注桩

10、的施工22 钻孔灌注桩护筒埋设护筒作用 固定桩位，并作钻孔导向； 保护孔口，防止孔内土层坍塌 隔水，稳固孔壁。1.2.2 灌注桩的施工23 泥浆制备与运输要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.11.15， 粘度1025s，含砂率小于6，胶体率大于95。 作用：护壁、携渣、防渗、润滑钻头等。1.2.2 灌注桩的施工24 钻进机械图 1.6 冲击钻机示意图 1滑轮；2主杆；3拉索；4斜撑；5卷扬机；6垫木；7钻头 旋转钻进 冲击钻进 冲抓钻进1.2.2 灌注桩的施工25 图1.8 反循环泥浆循环成孔工艺 1钻头；2泥浆循环方向；3沉淀池；4泥浆池；5泥浆泵；6砂石泵；7水龙头；8钻杆；9钻

11、机回转装置 钻进方法图1.7 正循环泥浆循环成孔工艺 1钻头；2泥浆循环方向；3沉淀池；4泥浆池；5泥浆泵；6砂石泵；7水龙头；8钻杆；9钻机回转装置1.2.2 灌注桩的施工26 清 孔目的除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力。方法抽浆清孔：用空气吸泥机吸出含铅渣的泥浆。 换浆清孔：正、反循环钻孔完成后不停钻、不 进尺。 掏渣清孔：孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。 继续循环换浆清渣。 要求孔底0.5m内1.25；含砂率8；粘度28s。1.2.2 灌注桩的施工27 将导管居中插入，上接漏斗，设隔水栓； 放开隔水栓使混凝土向孔底猛落，将水挤出，并使导管始终埋在混凝土内，此后连续灌注混凝土； 不断提

12、升导管，直至灌注完毕。水下砼灌注直升导管法施工步骤图1.9 灌注水下混凝土 1-通混凝土储料槽；2-漏斗 3-隔水栓；4-导管 1.2.2 灌注桩的施工28 混凝土搅拌必须均匀；防止卡管事故； 必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝土上升顶起钢筋笼； 随时记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，防止导管提升过猛，形成断桩； 桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保混凝土质量。一般取0.5m。注意事项1.2.2 灌注桩的施工29 基本要求：内径800mm，开挖直径1000mm，护壁厚100mm分节支护，每节高5001000mm桩长小于40m。 优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时

13、施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，且桩径大、适应性强。 缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。 原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。1.2.3 人工挖孔桩30 图1.10 人工挖孔桩示例 31 人工挖孔桩32 1.2.5 桩基的质量检测可能存在的质量问题 预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。 常用质量检测方法 开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。 抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进

14、行观察，看它的连续性。 反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。 动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。33 1.3 单桩承载力承载机理 荷载桩压缩侧摩阻消耗荷载桩底阻力。 土对桩的支撑力 桩侧摩阻力和桩端阻力：何种为主，与桩身压缩量有关。桩的荷载传递过程实质上就是桩侧摩阻力与桩端阻力逐步发挥的过程。1.3.1 桩的荷载传递过程34 侧阻先于端阻发挥，发挥程度与桩土相对位移相关； 侧阻充分发挥桩土相对位移值： 粘性土：46mm； 砂土： 610mm； 端阻充分发挥桩底极限位移值： 砂类土: (0.080.1) d； 粘性土： 0.25d，硬粘土 0.1d。 桩侧阻与桩端阻存在深度

15、效应。1.3.1 桩的荷载传递过程图1.11 桩身荷载传递 (a) 摩擦桩；(b)端承桩35 桩侧摩阻力影响因素 土的性质：如抗剪强度(c, j) 决定摩阻力的可能最大值 桩土相对位移 决定摩阻力的发挥程度 时间因素：土的固结随t增加向下部转移 决定摩阻力发挥的时间 桩的刚度：影响桩周应力的分布。 土中的应力状态：主要指侧向压力 施工方法：a)挤土桩；b)非挤土桩。1.3.1 桩的荷载传递过程36 图1.12 压曲破坏图1.13 整体剪切破坏图1.14 刺入破坏压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿 越软弱土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类； 整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩

16、侧土控制承载 力，打入式短桩、钻孔短桩属于此类； 刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载 力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此类。 1.3.2 单桩的破坏模式37 定义：桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。 1.3.3 桩侧负摩阻力 正摩擦负摩擦图1.15 桩侧摩阻力示意图38 桩侧大范围降低地下水，如大面积抽水，基坑降水等 桩侧地面大面积堆载； 桩身穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层； 冻土区升温引起桩侧土沉陷。 产生负摩阻力的条件图1.6 住宅楼建于有新填土的斜坡上 1.3.3 桩侧负摩阻力39 中性点定义：桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。 在某深度

17、处桩周土与桩截面沉降相等； 或两者无相对位移发生； 或其摩阻力为零。 特点：在中性点处桩身轴力达到最大值。 1.3.3 桩侧负摩阻力40 中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关，精确计算有困难，目前采用经验估算法：（0.51.0l0） l0桩周变形土层下限深度，即软弱压缩层厚度。 中性点位置的确定中性点的位置取决于桩土间的相对位移： 图1.17 有负摩阻力时的荷载传递1.3.3 桩侧负摩阻力41 涂层法； 塑料薄膜隔离层法； 桩土之间灌注斑脱土浆法； 插入变径预制桩法钻孔桩； 群桩：设内外围保护桩法 减小负摩阻力的措施1.3.3 桩侧负摩阻力42 按桩材强度确定 按静载试验确定 按土

18、的抗剪强度指标确定 按静力触探法确定 按经验公式确定 建工： 路桥： 按动力试桩法确定1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定43 建工 路桥 按桩材强度确定 fcd 砼轴心抗压强度设计值； f sd 纵向钢筋抗压强度设计值； A 桩身截面积，当纵向筋的配筋率大于3%时， A应改为An=A-As； As 全部纵向钢筋的截面积； 1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定44 按经验公式确定（建工）一般预制桩与 中小直径灌注桩大直径桩嵌岩桩800mm 为界1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定45 打入桩 li 承台底面或局部（最大）冲刷线以下各土层的厚度； i 与li对应的桩侧各土层的单位面积极限摩阻力； A

19、桩底面积； R 桩底处土的极限承载力； i、 振动下沉对桩侧摩阻力与桩端阻力的影响系数。 按经验公式确定（路桥）1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定46 钻孔灌注桩 u 桩周长， (旋转钻增大35cm；冲击钻增大 510cm；冲抓钻增大1020cm)； 考虑基桩长径比的修正系数； m0 清底系数； s0 桩端处土的容许承载力； h 桩底埋深，有冲刷时从一般冲刷线算起，取值应40m； A 按设计直径计算。 按经验公式确定（路桥）1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定47 柱桩：c1,c2 视清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数； U 桩身嵌入基岩部分的截面周长，对于钻孔桩和管 柱按设计直径采用； R

20、a 天然湿度岩石单轴极限抗压强度(试件高径比相 等，直径710cm)。 按经验公式确定（路桥）1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定48 由竖向抗压静载试验确定特点：是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法。 基本原则 桩数：不宜小于总数1，不少于3根； 时间：对于预制桩，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。 1.3.4 单桩竖向抗压承载力确定49 试验装置及方法试验装置：加荷系统：包括加力装置和反力装置、位移观测系统 测试方法：分级（开始阶段1/51/8倍预估破坏荷载，终了阶段1/101/15）慢速维持荷载法。图1.18 静载实验装置50 直接堆载锚桩反力梁法 锚桩d=1.8m横梁：1.7m2.7m 反力装置51 试验成果处理极限荷载确定 按沉降随荷载的变化特征确定 对陡降型Q-s曲线，取曲线发生明显 陡降的起始点所对应的