《桩基设计与计算》 课件 8 桩基检测

桩基设计与计算第一章绪论1第二章竖向受荷桩基的承载力2第三章竖向受荷桩基的沉降3第四章水平受荷桩基的承载力与位移4第五章桩基础的常规设计方法（一般步骤、高层建筑桩基、桥梁桩基、桩基础的抗震设计）5第六章复合疏桩基础的设计6第七章抗滑桩的设计与计算7*第八章桩基施工与检测8目录CONTENTS第八章桩基检测第一节桩基施工方法及工艺第二节桩基现场载荷试验与大吨位试桩技术第三节桩基工程的检测第一节桩基施工方法及工艺预制桩灌注桩一、预制桩的施工钢筋混凝土预制方桩预应力钢筋混凝土管桩钢管桩H型钢桩1、混凝土预制方桩的制作与接桩制作场地压实整平场地地浇筑混凝土现场重叠法的制桩程序如下支间隔头模板、刷隔离剂绑钢筋、灌注间隔桩混凝土养护至30%强度拆模再支上层模，同法间隔制桩养护至70%强度起吊达100%强度后运输、堆放支模绑扎钢筋骨架、安装吊环灌筑混凝土养护至30%强度拆模接桩焊接法兰硫黄胶泥机械快接（螺纹式、啮合式）2、预应力混凝土管桩的制作与接桩先张法/后张法，先张法为主先张法预应力工艺和离心成型法预应力高强混凝土管桩（PHC桩）强度等级>C80预应力混凝土管桩（PC桩）强度等级不低于C60-80外径：300~1000mm，每节长≤15m连接：端头板焊接、机械啮合连接、螺纹连接3、钢管桩及H型钢桩的制作与接桩钢管桩

厂家生产：螺纹焊接管，Q235

非大批量生产：平板卷成，焊接，10~15m一节H型钢桩：专业工厂轧制连接：焊接4、预制桩的沉桩方法锤击法利用蒸汽锤、柴油锤等的冲击能量克服土对桩的阻力静压法振动法借助专用桩架的自重和配重或结构物自重，通过滑车换向把桩入土中。无噪声、无振动、无冲击力、施工应力等特适用于较均质的软土地基大功率的电力振动器(振动打桩机)，利用振动力来减少土对桩的阻力使桩能较快沉入土中。用于沉、拔钢板桩和钢管桩效果好，砂土中效率最高。黏土地基需要大功率振动器射水法锤击法或振动法的辅助利用高压水流经过依附于桩侧面或空心桩内部的射水管，冲松桩尖附近的土层，减少下沉时的阻力砂土层中效率高锤击法遇砂卵石层受阻打不穿时，可辅以射水法当桩尖沉到距设计标高1.0~1.5m时，应停止射水预钻孔沉桩法桩较长、截面尺寸较大，深部土层较坚硬，缺乏大能量桩锤时，预制桩常难以顺利沉达预定深度。用钻机在桩位上打钻孔，孔径略小于桩径，孔深可距桩尖设计标高1~2m(一般钻孔取土深度为8~10m，过浅作用不大，过深对桩的承载力影响较大)。成孔后，在预钻孔位上沉桩，减小沉桩阻力。单桩承载力略低于常规锤击沉桩，但能使桩较顺利地穿过一定厚度的硬土层而到达下部更坚硬土层，减小桩基的沉降量。5、沉桩深度根据地质资料及结构设计要求估算。最后贯入度和桩尖设计标高两方面控制。最后贯入度是指最后一击的入土深度，通常取最后一阵的平均贯入度。锤击法常以10次锤击为一阵，振动沉桩以1min为一阵。一般要求最后两阵的平均贯人度为10~50mm。6、沉桩对周围环境的挤土影响及防控措施锤击法和静压法沉的挤土效应最大混凝土预制方桩和闭口管桩的挤土效应最大，开口钢管桩和混凝土管桩次之软土地基上施工密集的实心桩将产生较高的孔隙水压力，挤土效应较严重桩型沉桩方法地基条件措施选择合理的沉桩路线和控制沉桩速度设置竖向排水通道在桩位处预先钻孔取土(孔深8~10m)，然后再沉桩，以减少挤土量在沉桩区外开挖防挤沟二、灌注桩的施工1、钻（冲）孔灌注桩2、沉管灌注桩3、挖孔灌注桩1、钻（冲）孔灌注桩成孔下导管和钢筋笼浇灌水下混凝土成桩采用钻头回转钻进成孔，回转钻进对于卵砾石层、漂石、孤石和硬基岩较为困难，一般用冲击钻头先进行破碎，然后捞渣出孔。这种成孔工艺可穿过任何类型的地层，长可达100m，桩端不仅可进入微风化基岩而且可扩底，常用直径为600mm和800mm，较大的可做到2000mm以上的大直径桩，单桩承载力和横向刚度比预制桩大大提高;无挤土、无(少)振动、无(低)噪声，环境影响较小，在桥梁工程、城市建设等各工程领域中获得了越来越广泛的运用。2、沉管灌注桩打桩机就位沉管浇灌混凝土边拔管、边振动安放钢筋笼成型3、挖孔灌注桩采用人工或机械挖掘成孔，在向下掘进的同时，设孔壁衬砌以保证施工安全，达到所需深度并清理完孔底后，安装钢筋笼及浇灌混凝土成。一般内径应大于800mm，开挖直径大于1000mm，护壁厚度大于100mm，分节支护，每节高500~1000mm，可用混凝土浇筑或砖砌筑，身长度宜限制在40m以内。优点：可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区内名桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比较经济。缺点：可能存在塌方、缺氧、有害气体、触电等危险，易造成安全事故，故挖孔挖深有限，且最忌在含水砂层中开挖，适用：场地土层条件较好，在地表下不深的位置有硬持力层，而且上部覆土透水性较低或地下水位较低的条件。三、灌注桩的新工艺及新桩型1、灌注桩的后注浆工艺在灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀，注入水泥浆，使桩端、桩侧土体(包括沉渣和泥皮)得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。桩端注浆的单桩竖向极限承载力可提高30%~60%;桩侧、桩端同时注浆，单桩竖向极限承载力提高幅度更大，可达到85%。桩底进入砂层越深，后注浆后单桩竖向承载力提高幅度越大。2、挤扩支盘桩用现有施工机具钻(冲)孔后，向孔内放入专用的液压挤扩设备，通过地面液压站控制挤扩设备的扩张和收缩并根据地质构造，在适宜土层中挤护成承力盘及分支。挤扩是三维静压，经挤密的周围土体和空腔内灌注的混凝土与桩身紧密地结合为一体，形成了挤扩支盘桩，发挥了桩土共同承载力的作用。支盘面积为桩身截面的1.6~2.4倍第二节桩基现场载荷试验与大吨位试桩技术一、桩基现场载荷试验概述单桩竖向抗压静载试验单桩竖向抗拔静载试验单桩水平静载试验传统的现场静载荷试验问题特大型高承载力桩埋深较深的桩解决用桩侧摩阻力作为桩端阻力的反力测试桩承载力二、Osterberg试桩法的测试原理一个荷载箱、两条Q-s曲线传统试桩法Osterberg试桩法Osterberg荷载箱三、荷载箱的埋设

测定嵌岩段的侧阻力与桩端阻力结果不与覆盖土层的侧阻力相混。测定覆盖土层的极限阻力，嵌岩段试验后再灌注桩身上段，待混凝土达到足够强度后再进行一次试桩。常规位置适用于:侧阻力>端阻力侧阻力<端阻力,目的在于测定侧阻极限值

覆盖土层嵌岩段测定桩侧阻力极限值预估桩端阻力<桩侧阻力可将桩底扩大，将荷载箱放在扩大头的上面，以增加端抗力输压管道、量测器件可自桩顶伸出至地面高层建筑有地下室有效桩顶标高地面采用两只荷载箱

一只放在桩底

一只放在身中部某一部位可测出桩身上段的极限侧阻力下段的极限侧阻力极限端阻力，多级加载法测定两个土层的侧阻力极限值先将混凝土灌至下层土的顶面，测试下层土数据然后再将混凝土灌至桩顶，测试，获得身全长的侧阻力极限值四、Osterberg试桩法的主要优点与局限性优点1)测试超大吨位桩2)省时、省力、省钱，试验过程不存在安全事故风险3)具有强大的研究功能直接测出端阻力或反向侧阻力，查明嵌岩桩嵌岩段的嵌固力同一根试桩先后打至地层的不同深度逐一进行试验，设计选择最佳持力层和最佳长度。4)实现恶劣场地试桩。水下、山上、山坡地、斜桩局限性荷载箱、量测系统必须提前安装，不能随机抽样检测荷载不能再增加桩侧阻力和桩端阻力只有一方能达到极限值桩顶沉降曲线：从试验曲线经验换算判定，不能直接量测获得不能应用于H型钢桩、钢板桩、木桩第三节桩基工程的检测一、概述方法桩身完整性竖向承载力动力检测法高应变法√√低应变法√声波透射法√二、动力检测法桩顶施加动力作用，通过测定桩的动力响应，分析桩的工作性状动力响应信号的时域信号、频率信号、传递函数分析动力作用大锤小锤设备瞬态瞬态稳态冲击力脉冲荷载持续周期荷载高应变法低应变法动力打桩公式、波动方程分析法、case法、波形拟合法、锤击贯入法、静动法应力波反射法、机械阻抗法、球击法、动力参数法、水电效应法承载力确定桩身质量检测（完整性）桩土永久位移桩土弹性变形(一)低应变应力波反射法桩顶施加竖向激振，产生应力波，沿桩身传播应力波遇到异常截面，产生反射波仪器分析反射波数据，可分析桩身完整性，判断缺陷位置1、基本原理一维弹性杆的波动理论xu(x,t)杆微元dx的运动方程直杆纵向振动的微分方程、反射波法测桩的波动方程

方程波动解下行波上行波桩身阻抗变化界面处的连续条件入射波、反射波、透射波的力和速度关系桩身质量入射波与反射波Z1=Z2阻抗无变化完好无反射波Z1>Z2阻抗变小缩颈、夹泥、混凝土离析、断桩同相位Z1<Z2阻抗变大桩身扩颈、桩底嵌岩反相位反射波透射波2、典型波形特征1）完整桩2）缩径桩3）扩径桩Ｚ１＜Ｚ２,反相Ｚ１＞Ｚ２，同相同相反相4）离析、夹泥3）断桩空气中波速约为混凝土中波速的1/10Rv=9/11频率明显降低3、桩身质量的判定波速、频率、周期的关系

1)桩身平均波速的判定f/Hz完整桩时域完整桩频域2)桩身缺陷位置的判定f/Hz缺陷桩时域缺陷桩频域3)桩身完整性类别判定时域分析为主、频域分析为辅4、低应变反射波法测试仪器(二)高应变动测法1、概述打桩公式刚体碰撞，能量守恒锤击贯入法动态打击力与相应沉降之间的关系，动静对比Smith波动方程法一维弹性杆，打桩反应曲线，case法一维弹性杆、土体静阻力不随时间变化、动阻力仅集中在桩尖、应力波理论波形拟合法（CAPWAP法）波动问题数值解静动法准静态试验用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对位移，充分激发桩周土阻力和桩端支承力，贯入度在2mm以上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力波理论分析处理力和速度时程曲线判定桩的承载力和评价桩身质量完整性Case法和波形拟合法2、Case法基本原理1)桩身等阻抗2)桩侧静阻力，桩底动阻力3)应力波在传播过程中没有能量耗散和信号畸变4)桩、土界面破坏(1)基本假定(2)土阻力的反射波

上行压力波下行拉力波(3)行波理论计算总阻力应力波在杆内传播杆上任意点处受力F、运动速度VF=ZV

满足上行压力波下行拉力波

杆视为自由支承的等截面圆形杆，其上作用锤击力和一系列土阻力土阻力和锤击力一样，在杆内产生上行波和下行波土阻力要在锤击力波达到该处时，才发挥出来、开始作用、并保持不变F↑=-Zv↑

F↓=Zv↓

F↑

（1）桩侧土阻力：上行压缩波的总和，Rx/2（2）桩侧土阻力：下行拉伸波经桩底反射的上行压缩波，Rx/2（3）桩端土阻力：桩端阻力的上行波RD（4）桩顶锤击力：锤击产生初始下行压力波经桩底反射的上行拉力波，

由于波在传播中幅值保持不变，该项为-F↓(t1)

土对桩的总阻力

土对桩的总阻力

根据力和速度曲线，计算总阻力应变环测速度时程加速度传感器测力时程3、Case法单桩承载力判定

总阻力=静阻力+动阻力

桩端动阻力

4、桩身完整性判定

第一个缺陷位置三、声波透射法声测管发射换能器接收换能器超声检测仪检测声时、波幅、主频等特征参数变化，对混凝土介质状况进行检测，确定完整性1、基本原理混凝土缺陷时，发生发射、散射与绕射，波的声学参数变化(1)声时（声速）变化声时：超声波穿过混凝土所需的时间超声脉冲穿过缺陷或绕过缺陷时，声时值增大增大的数值与缺陷尺度大小有关声时值是判断缺陷有无和计算缺陷大小的基本物理量（2）接收波振幅的变化波束穿过缺陷区时，部分声能被缺陷内含物所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反射和散射，到达接收探头的声能明显减少，反映为波幅降低。不同质量的混凝土对高频分量的吸收、衰减不同。质量差或有内部缺陷、裂缝的混凝土，接收波中高频分量相对减少而低频分量相对增大，接收波的主频率值下降，反映缺陷和裂缝的存在。(3)接收波主频率(简称频率)的变化超声波通过缺陷时，传播路径复杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器。各有不同的频率和相位，这些波的叠加有时会造成波形的畸变。(4)接收波波形的变化2、检测数据的处理与判定(1)声速判据1)采用概率统计方法确定声速临界值a)将同一检测剖面各测点的声速值由大到小依次排序，即b)数据的统计计算

d)声速异常的临界值判