岩土工程测试技术课件第五章

5桩基测试技术

本章提要：介绍桩基各类测试技术，包括静力载荷试验、高低应变动力检测与低应变动力测试等。其中静载试验，介绍竖向抗压静载试验、水平静载试验与竖向抗拔静载试验；低应变动力测试，介绍反射波法与机械阻抗法；高应变动力测试，介绍锤击贯入法、Case法的基本理论与测试技术；此外介绍了当前较为流行的Osterberg试桩法。

5.1概

述

基桩测试工作的目的：1、为桩基设计提供合理参数的依据，由现场试桩来实现；2、检验工程桩的施工质量，是否满足设计或建（构）筑物对桩基承载力的要求，由现场工程桩抽样检测实现。基桩检测的基本要求：1、桩的平面位置与几何尺寸；2、桩的完整性与承载力。本章主要介绍基桩的完整性与承载力的检测技术与方法。

检测项目检测方法桩身材质基桩完整性基桩承载力静力载荷试验法△▲低应变动测法反射波法△▲机械阻抗法△▲△动力参数法△▲△高应变动测法锤击贯入法△▲Case法△▲Smith波动方程法△▲钻探取芯法▲△混凝土强度试验▲超声波透射检测法▲△Osterberg试桩▲静动试桩法▲表5-1基桩检测方法及项目注：表中带“△”符号表示能检测该项目，但有限制条件。检测项目检测方法次级单桩承载力静载试验一级高应变动力测试（包括静动法）二级低应变动力测试（机械阻抗法、动力参数法）三级其它类比或经验法四级单桩完整性直视法（如开挖、钻孔取芯等）一级超声波透射、层析成像、井下电视等二级反射波法三级其它低应变法四级说

明次级方法检定基桩存在缺陷的疑问时，应由高一级方法来确定或证实表5-2基桩检测方法级别

5.2桩基静力测试技术

5.2.1基桩竖向抗压静力载荷试验5.2.1.1概述5.2.1.2试验设备（1）加载装置1）锚桩横梁反力装置(如图5-1所示)2）压重平台反力装置(如图5-2所示)3）锚桩压重联合反力装置（2）测试仪表（3）桩身测量元件

图5-1锚桩横梁反力装置示意图

1－厚钢板；2－硬木包钢皮；3－千斤顶；4、9－百分表；5－锚筋；6－基准桩；7－主梁；8－次梁图5-2压重平台反力装置示意图1－堆载；2－堆载平台；3－连接螺杆；4－木垫块；5－加筋板；6－通用梁；7－十字撑；8－测力环；9－支架；10－千分表；11－槽钢；12－最小距离；13－空隙；14－液压千斤顶；15－桩帽；16－土垛；17－试桩；18－千分表支架

5.2.1.3试验方法与要求

（1）抽检数量要求（2）测试开始时间的确定（3）试桩要求（4）加卸载要求（5）慢速法载荷试验步骤及加卸载要求（6）慢速法载荷试验的试验终止条件（7）快速法载荷试验的程序与慢速法载荷试验基本相同，只是每级荷载维持时间相对较短，一般至少为1h，是否延长维持荷载时间应根据桩顶沉降收敛情况确定；在实际应用时可参照有关规范执行。

5.2.1.4试验资料整理－绘制试验成果曲线

（1）填写试验记录表工程名称地点试验单位试桩编号桩型试验起止时间成桩工艺桩截面尺寸桩长混凝土强度等级设计灌注桩沉渣厚度配筋情况规格长度配筋率实际灌注桩充盈系数综合柱状图试验平面布置示意图层次土层名称土层描述相对标高桩身剖面12表5-3单桩竖向抗压静载试验概况表表5-4单桩竖向抗压静载试验记录表工程名称桩号日期加载级油压（MPa）荷载（kN）测读时间位移计（百分表）读数本级沉降（mm）累计沉降（mm）备注1号2号3号4号12检测单位：

校核：

记录：（2）绘制有关试验成果曲线

5.2.1.5单桩竖向抗压承载力的确定

（1）单桩竖向抗压极限承载力Qu的确定（2）单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定（3）单桩竖向抗压承载力特征值的确定

5.2.2单桩竖向抗拔静力载荷试验

5.2.2.1概

述高耸建（构）筑物往往要承受较大的上拔荷载，而桩基础是建（构）筑物抵抗上拔荷载的重要基础形式。迄今为止，桩基础上拔承载力的计算还是一个没有从理论上解决的问题；这种情况下，现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就更显得尤为重要。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力。

5.2.2.2试验设备图5-3单桩竖向抗拔静载荷试验示意图1－试桩；2－锚桩；3－液压千斤顶；4－表座；5－测微表；6－基准梁；7－球铰；8－反力梁；9－地面变形测点；10－10cm×10cm薄铁板

（1）加载装置（2）荷载与变形量测装置5.2.2.3试验方法（1）现场检测（2）终止加载条件5.2.2.4试验资料整理5.2.2.5单桩竖向抗拔承载力的确定（1）单桩竖向抗拔极限承载力的确定1）对于陡变型U－δ曲线（如图5-4所示），可根据U－δ曲线的特征点来确定。2）对于缓变型U－δ曲线（如图5-5所示），根据U－δ曲线的变化情况综合判定。3）当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。图5-4根据U－δ曲线确定单桩抗拔极限承载力

（陡变型U－δ曲线）图5-5根据δ－lgt曲线确定单桩抗拔极限承载力

（缓变型U－δ曲线）（2）单桩竖向抗拔承载力特征值的确定1）单桩竖向抗拔极限承载力统计值的确定方法与单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定方法相同。2）当作为验收抽样检测的受检桩在最大上拔荷载作用下，未出现（1）中单桩竖向抗拔极限承载力各款时，可按设计要求判定。3）单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值应按单桩竖向抗拔极限承载力统计值的一半取值。当工程桩不允许带裂缝工作时，取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承载力特征值，并与按极限承载力一半取值确定的承载力相比取小值。

5.2.3单桩水平静载试验

5.2.3.1概述单桩水平静载荷试验一般以桩顶自由的单桩为对象，采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法来达到以下目的：（1）确定试桩的水平承载力。（2）确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩的分配规律。（3）确定弹性地基系数。（4）推求桩侧土的水平抗力（q）和桩身挠度（y）之间的关系曲线。5.御2.谦3.据2试验肚设备单桩水畏平静载奔荷试验拼装置包响括加载膛装置、溪反力装疗置、量蛋测装置画三部分避，如图5-图6所示属。（1）加载唤装置（2）反力执装置（3）量饺测装辟置1）桩顶沸水平位版移量测2）桩身叠弯矩量回测3）桩身担挠曲变这形量测图5-罚6单桩水横平静载链试验装禾置示意承图1、7－百谱分表须；2－球铰崭；3－千宾斤顶荐；4－垫块太；5－基准腿梁；6－基准幕桩5.巩2.昏3.舌3试验消方法（1）试急桩要林求（2）加盖载与据卸载沾方式（3）终止侄试验条欢件5.2己.3.绩4试验精资料牛整理（1）单桩卡水平静掉载荷试枕验概况骆的记录（2）整理悔单桩水拥平静载字荷试验哲记录表赤（如表5-馋5）（3）绘彻制单椅桩水渡平静肆载荷死试验理曲线盈（如摄图5-轮7、图5-8）（4）计算宏地基土养水平抗阁力系数象的比例康系数地基盟土水澡平抗衰力系询数的稳比例穷系数烫可按逼下列切公式诉计算叫：表5-润5单桩陶水平垂静载肌荷试祝验记蔬录表工程名称桩号日期上下表距油压(MPa)荷载(kN)观测时间循环数加载卸载水平位移（mm）加载上下表读数差转角备注上表下表上表下表加载卸载检测单位：

校核：

记录：图5-7单桩爬水平私静载瓜荷试贷验水盼平力图－时版间－删位移悉（H－t－X）关系掩曲线图5-8单桩编水平观力－旦位移讯梯度择（H－ΔX/ΔH）曲线5.谣2.与3.拒5单桩水找平临界量荷载和杀极限荷卡载的确德定（1）单桩广水平临坡界荷载汇确定方骆法（2）单容桩水恨平极政限荷吨载确棚定方财法（3）单桩雁水平承尸载力特联征值确骑定方法5.肆3基桩双动力迹测试押技术5.告3.怨1低应挽变动桥力测丛桩法5.3土.1.垄1概述基桩何低应牌变动驱测的愉一般贱要求臭：（1）检劲测前搞的准佳备工咐作；（2）检悬测仪脏器；鞠（如纵图5-愿10）（3）检井测数家量确章定。图5-1单0美国PD舞I公司的PI倚T-吊V型桩雁身完敬整性巾检测棍仪低应迟变法跑基桩取动测住的方耍法很死多，仅包括堂反射否波法导、机则械阻撒抗法挺、动反力参津数法科、水榴电效幻玉应法组等，驰本节眯主要上介绍杯在工践程中污应用饲比较录广泛每、效茧果较惠好的拴反射视波法厅与机毅械阻嚼抗法宪。5.祥3.驶1.巧2反射波批法（1）概述（2）检傲测设这备用于反旷射波桩科基动测软的仪器壳一般有城传感器刚、放大杠器、滤枪波器、竭数据处厉理系统草以及激彻振设备魂和专用帆附件等肉。（3）检胳测方墙法反射论波检栗测基艇桩质签量的备仪器融布置沾如图5-鹊11所示详。图5-随11反射波滔法检测鄙基桩质潮量仪器剩布置图1－手框锤；2－桩；3－传感仓器；4－基桩牢分析仪塞；5－显薪示器（4）检闪测结肯果应炊用1）确跨定桩傻身混矿凝土灾的纵既波波助速桩身混猪凝土纵纹波速可赏按下式隙计算：2）评价匙桩身质连量反射壶波形诵的特指征是册桩身许质量忧的反主应，陆利用及反射泳波曲停线进虫行桩驾身完涨整性宇判定货时，南应根容据波味形、榴相位投、振钻幅、怒频率才及波巴至时该刻等汤因素遍综合榨考虑胜，桩新身不找同缺薯陷反盆射波高特征树如下扇：①完整桩莲的波形袜特征。鸦如图5-透12业(a闲)所示计。图5-蓝12予(a余)完整桩胃的波形冒特征②离析绢和缩演颈桩桥波形引特征斧。③断裂桩回的波形沈特征。图5-呢12屋(b来)离析和愉缩颈桩瓣的波形贺特征图5-淘12面(c做)断裂桩迷的波形帆特征3）确定麻桩身缺粥陷的位停置与范哀围桩身缺识陷离开新桩顶的艺位置L′由下市式计孝算：桩身缺锐陷范围笨是指桩笔身缺陷荡沿轴向辈的经历局长度，疲如图5-1啊3所示。肌桩身缺织陷范围沸可按下合面的方悟法计算股：图5-造13指桩补身缺协陷的远位置遗和范度围表5-6桩身缺饿陷段纵痒波速度缺陷类别离析断层夹泥裂缝空间缩颈纵波速度（m/s）1500~2700800~1000<600正常纵波速度4）推稀求桩枪身混仔凝土妇强度推求售桩身斗混凝冻土强平度是徒反射停波法秧基桩赔动测锡的重移要内垮容，洪桩身饼纵波蚂波速典与桩计身混夕凝土贝强度挠之间完的关奏系受源施工底方法堆、检刑测仪糕器的乡丰精度帐、桩烧周土扩性等吹因素斯的影次响，锐根据废实践浸经验动，表5-7中桩咐身纵怖波波蝴速与芹桩身被混凝挽土强魔度之类间的辅关系祖比较誓符合纠实际步，效访果较井好。表5-7混凝土么纵波波首速与桩管身强度攀关系混凝土纵波波速（ms-1）混凝土强度等级混凝土纵波波速（ms-1）混凝土强度等级

>4100>C352500~3500C203700~4100C30<2700<C203500~3700C255.3跌.1.重4各类低垫应变动张力检测丝式对桩身鹊完整性击的判定桩身箱完整需性类批别的少具体悲判定总，应门结合勿缺陷农出现凑的深简度、凉测试皂信号核衰减饰特性肺以及造设计备桩型型、成彩桩工逢艺、矿地质构条件书、施标工情容况，朗按基锹桩检霜测技嚼术规变范中顷的有赠关条漆款所传列实歉测时缘瑞域或听幅频街信号址特征钟进行逮综合伸判定煤，详骗见表5-8与5-9。表5-兰8桩身完刃整性分跟类表桩身完整性类别分类原则I类桩桩身完整II类桩III类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响IV类桩桩身存在严重缺陷表5-腐9桩身完趋整性判遥定类别时域信号特征幅频信号特征I类桩2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰基本等间距，其相邻频差△fc/2LII类桩2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰基本等间距，其相邻频差△fc/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差△fc/2LIII类桩有明显缺陷反射波，其它特征介于II类和IV类之间。IV类桩2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差△fc/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰注：对同一场地、地质条件相近、桩型与成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其它桩实测信号判定完整性类别。5.议3.惯2高应变意动力测新桩法5.雀3.联2.扑1概述5.3险.2.根2锤击贯纯入法（1）概述（2）检盐测设蔬备锤贯寻法试脱验仪饼器和级设备丑由锤记击装塞置、跳锤击抗力量捐测和算记录伟设备动、贯晒入度蜓量测帖设备架三部项分组绵成，惯如图5-弦16所示。图5-邮16锤击贯串入法试客验装置辫示意图1－自备动脱畜钩器窑；2－锤艇；3－锤垫歉；4－力传森感器；5－桩掏帽；6－桩通；7－百分漆表；8－动喉态应即变仪联；9－记鞠录仪（3）检巧测方蔬法1）收集陵资料2）试酸桩要偷求3）设软备安雅装4）锤击湾力和贯煮入度量稠测（4）检测休结果应似用1）确定笨单桩极妙限承载闻力①Qd－Σe曲线沟法。首先浇根据乌试验吼原始冬记录锤表的锅计算秘结果毯作出狂锤击白力与阳桩顶烛累计秧贯入救度Qd－Σe曲线瓶图，启如图5-1呀7所示。Qd－Σe曲线上惨第二拐呆点或lgQ孩d－Σe曲线起祸始点所荡对应的茂荷载即危为试桩样的动极敌限承载责力Qdu，该桩藏的静极凝限承载述力Qs桨u可按下华面的方遗法确定歼：其中的肿动静对乐比系数Cd锹sc与桩周码土的性做质、桩碗型、桩牌长等因津素有关黄，可由巩桩的静谱荷载试床验与动蔬力试验射的结果桃的对比浓得到。②经验公融式法。捆单击贯盗入度不缝小于2.榜0m慰m时，屿各击天次的做静极侦限承胞载力Qfs腊ul可按下椅面公式伟计算：确定犁经验许公式较法的碍静极踩限承按载力Qfs放ul值时，软参加统尼计的单找击贯入雀度不小陷于2.0梳mm的击肺次不全得少竹于3击，减并取胜其中政级差迎不超牧过平此均值20规%的数嘉值按乐下面忙公式看计算万：锤击贯绒入法和株静载荷呀试验对亩比曲线漂如图5-帖18所示焦。2）判定员桩身缺佳陷图5-琴17锤击贯院入法的Qd－Σe曲线图5-1件8锤击搜贯入壮法和词静载枯荷试赠验对鸭比曲西线5.表4工程绍实例忽－混巷凝土远管桩宇静动吉力测忽试实旅例5.4哨.1工程概临况某拟建叼工程场奇地位于谊沿海城鸦市填海鲜区港前3号路ⅢD－14号工地茧。该工急程为国围际物流窃中心流涨通加工客车间，痕地上4层，高30m，无情地下么室，浊框架泽结构骗，室湾内设委计标德高为8.1风0m。设计邪基础采优用《预应喊力混母凝土细管桩-03牧SG4拣09》标准猴中高垫强预跑制应骄力混呜凝土扶管桩违，型从号为PH年C-鹊B6仓00博(1望30耗)-闷La。设计轻要求单胞桩竖向目抗压极售限承载烈力不小滩于700惨0kN。根麻据地据勘报拳告，统桩端戚持力慈层为轨强风觉化或崖中风棚化泥洋灰岩旋，当布砾石邪混土药厚度感较大循时，洞可根温据试静桩结铸果按田贯入穗度控端制，耕且桩截端进越入砾珠石混甲土层吗深度趴不小室于25m；桩幻玉端进扑入中牙风化扒岩层规的最磨小深纹度为0.6祝m。根据地蔬勘报告倦，场地饿地层自享上而下井为素填昨土、砾鹅砂夹淤妨泥、砾妙石混土汉、强风趣化泥灰扁岩、中位风化泥热灰岩。5.4舌.2竖向抗诸压静载电试验结赛果分析荷载级别0123456789荷载/kN0140021002800350042004900560063007000沉降量mmA34-407.6112.7018.9528.6662.16A19-204.847.0010.6814.6318.9323.1828.0333.2638.77A34-4(2)04.036.989.2612.0915.8727.00A57-104.606.689.2112.2115.3419.6728.82A33-5加载03.315.447.8410.0413.0115.9919.6627.2740.88卸载19.7830.4535.3938.4940.73A44-1加载03.185.237.5810.012.7116.3419.8524.2627.67卸载5.6815.8821.4025.1527.19A56-4加载02.864.446.378.5510.5712.3515.8719.6824.05卸载8.5714.6918.0521.0723.15A105-203.656.389.2315.3528.4685.10A165-203.315.377.379.4711.8414.6018.6124.2081.77A158-504.907.6210.5313.4716.8925.3885.28A96-604.817.7910.6613.9817.5722.4930.6983.50A63-4加载05.068.4911.8215.2318.9625.1569.79卸载58.8969.6373.8275.20A38-1加载04.357.1410.0912.8415.4919.2123.0879.39卸载61.4968.4273.7577.6180.30A392-2加载05.729.7013.5717.2320.8729.8370.17卸载46.7664.0468.8069.39A369-3加载05.199.4214.2818.9023.6228.9478.14卸载64.9074.9077.4979.04表5-1焰0担15根管桩耳现场静浆力载荷饲试验实巷测结果(a性)胶A5困6-恳4号桩(b最)亮A3乡丰8-衡1号桩图5-趁27典型谱管桩棚静载庆试验赏荷载周－沉宿降关的系曲汇线5.4欲.3高应拉变动缴力检滑测结申果分锄析5.4裂.3.罚1管桩累高应货变测跌试5.芬4.尚3.万2管桩高顿应变测单试结果改分析采用总高应披变动续测技毙术实淘测预妥应力织混凝开土管前桩83根，侦抽检批结果谊见表5-1惹1，典型建实测波讽形如图5-疤28，桩身烤结构基青本完整疲。经统银计分析互，该工北程实测83根预爹应力壤混凝忙土管爹桩单养桩竖唇向抗起压极凯限承喉载力侄平均寨值为57晕39kN，不如能满此足设卸计上骗不小票于700祥0kN的要潮求。序号桩号入土深度(m)检测日期桩身完整性极限承载力(kN)1A18-221.82008.3.9基本完整桩56142A2-223.32008.3.9基本完整桩56323A33-518.62008.3.9基本完整桩66214A58-220.62008.3.9接桩明显56215A47-5232008.3.9基本完整桩58696A46-318.62008.3.9接桩明显56907A45-524.72008.3.9基本完整桩60248A1-1272008.3.9基本完整桩55759A5-227.62008.3.12基本完整桩560410A18-1302008.3.12基本完整桩555011A17-132.72008.3.12基本完整桩575812A33-122.42008.3.12接桩明显578213A3-224.12008.3.12基本完整桩560514A20-526.12008.3.12基本完整桩601315A44-131.82008.3.12基本完整桩6687（其它高应变基桩检测结果略）表5-1慎1基桩虫高应肤变动颈力检涂测结筹果总翼表（a）高应暂变法实搁测曲线（b）F-V模拟计降算拟合膜结果（c）模惧拟拟爸合静驰载P-S曲线痒（d）模罪拟拟啊合摩路阻力住分布图5-2泽8拖A2-渣2基桩零高应损变实天测波肌形及纸分析5.卵4.望4低应变保动力检杠测结果堆分析采用低徒应变测津试技术焰检测部秤分基桩复的完整荒性，并柄与高应解变测试依结果进刮行对比因，在高撕应变检固测基桩智前进行阔了12根基币桩的枪桩身纯完整翼性检要测。元桩身拜完整灵性检貌测结条果列泊与表5-岗12，典型阿测试曲捆线如图5-礼29所示，逢其中Ⅰ类与Ⅱ类桩测共11根，III桩1根。桩号桩径(mm)配装长度(m)入土深度（m）波速（m/s）桩身完整性综合评价A1-180028274100完整桩ⅠA16-48002625.74200接桩明显IIIA5-28003427.64320基本完整桩ⅡA18-180031304300基本完整桩ⅡA17-18003332.74200完整桩ⅠA33-18003422.44180基本完整桩ⅡA3-28002524.14300基本完整桩ⅡA20-58002726.14200基本完整桩ⅡA44-18004231.84300基本完整桩ⅡA44-280034334350基本完整桩ⅡA44-38004741.54180完整桩ⅠA19-28002828.14200完整桩Ⅰ表5-1扯2低应贼变桩潮身完我整性壮检测背成果饺汇总佣表图5-2茶9基桩低自应变动擦力检测舌波形（A1益6-撞4号与A17士-1号基桩经）5.惠4.咱5钻芯取谊样测试继结果分插析针对现井场未打柔入的2根PH岔C-谋AB乓60用0-坝13盖0离心混娇凝土管候桩进行息钻芯取廉样和混些凝土强垫度测试抹，每根荣桩钻取2个芯共样，勉共钻丸取混薄凝土雅芯样4个。弟将混殖凝土苹芯样余制作姿成高裁径比揭为1:诵1的圆柱喝体试件帆，对其扎补强、舒磨平后克进行试慢压检测霸，按照《钻芯检妇测离心歇混凝土坡强度试酿验方法》（CB/灾T19租496桂-20临04）中的透有关规甲定计算苏其抗压传强度，时混凝土残芯样抗押压检测兼结果见仓表5-疮13。该管耐桩混凝读土设计闪强度等掀级为C8层0。由拨表5-1崖3可见，登其混凝解土抗压精强度不饿能满足委设计要访求。表5-陈13管桩始混凝巷土强协度钻科芯法昏测试春结果混凝土管桩编号芯样编号芯样直径(mm)芯样高度(mm)芯样混凝土抗压强度值(MPa)设计强度等级GP-1175.075.062.3C80