常用方法简介

基桩检测按照检测目的可分为基桩承载力检测和桩身完整性检测。

1.基桩承载力检测

基桩承载力检测方法可分为静载试验法和动载试验法。

(1)静载试验法。静载试验法是在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力和水平推力,观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移和水平位移,以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力和单桩水平承载力的试验方法。静载试验法根据检测目的不同可分为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。

图9-23　基桩检测工作程序

静载试验法是最传统的桩基检测方法,均采用千斤顶加载,需要反力装置和量测装置。受试验吨位限制,对于特大承载力的桩无法实现加载,近几年出现的自平衡测试方法,是在基桩底部(根据基桩受力情况也可埋设在中部)埋设千斤顶,利用桩端阻力(千斤顶埋设在中部时还包括千斤顶以下的侧壁摩阻力)与千斤顶以上侧壁摩阻力之间平衡来测试基桩的竖向承载力,不需要反力装置,具有技术先进、测试自动化、省时、省力、安全、不受场地条件限制、多根桩可同时测试等优点,具有良好的经济效益和社会效益。

(2)动载试验法。

1)可采用可靠的动载试验法进行单桩竖向承载力检测的桩基。工程桩施工前已进行单桩静载试验的一级建筑桩基;地质条件较好的、桩的施工质量可靠的二级建筑桩基;三级建筑桩基;一、二级建筑桩基静载试验的辅助检测。

2)高应变动力试桩法。高应变法是利用重锤冲击桩顶,实测桩顶部的速度和力时程曲线,通过波动理论分析,对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。

高应变动力试验方法的基本原理是:用重锤冲击桩顶,使桩－土产生足够大的相对位移,以充分激发桩周土阻力和桩端承载力。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,应用应力波理论处理分析力和速度时程曲线,从而判定桩的承载力。

高应变动力试桩系统由锤击装置、传感器、数据采集与分析及数据显示输出等部分组成。

2.桩身完整性检测

使桩身完整性恶化,在一定程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥(杂物)、空洞、蜂窝、松散等现象统称桩身缺陷。桩身完整性是反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。

桩身完整性检验的方法主要有低应变动测法、高应变动测法、钻芯法和声波透射法等。

(1)低应变动测法。低应变法是采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振,实测桩顶部的速度时呈曲线或速度导纳曲线,通过波动理论分析或频域分析,对桩身完整性进行判定的检测方法。

低应变动测法分为应力波反射法和机械阻抗法。

1)应力波反射法。测试的基本原理是:把桩看作一维弹性杆件,当在桩顶施加某一机械力时,桩身质点因受迫而振动并产生弹性波沿桩体向下传播到桩端,由于桩端与土层有明显的波速差异,构成一波阻抗界面,然后有一部分弹性波反射回桩顶。当桩间存在裂缝、接缝、蜂窝、夹泥、孔洞、断裂等缺陷而产生波阻抗界面时,波从桩顶向下传播遇到波阻抗界面,也将产生波的反射和叠加,并被安置在桩顶的高灵敏度传感器所接收。因此,一般完整性良好的单桩波形特征为:无缺陷反射波存在,波形受到干涉,波的振幅、相位、频率相对正常。桩的波形出现异常、缺陷严重时,易形成多次反射,振幅较大。

2)机械阻抗法。机械阻抗法是一种结构动态分析方法。桩的动态特性是与桩身混凝土的完整性和桩—土相互作用的特性密切相关。机械阻抗法的基本原理是通过测定施加给桩的激励(输入)函数和桩的动态响应函数来识别桩的动态特性,通过对桩动态特性的分析计算,即可判定桩身混凝土的浇注质量、缺陷的类型及其在桩身中的位置或桩的实际长度。

根据激振方式的不同,机械阻抗法可分为稳态机械阻抗法和瞬间机械阻抗法两种。前者由激振器产生的简谐垂直力通过力传感器作用在桩顶上;后者由瞬时锤击力作用于桩头上,并测定锤击力的大小和时间特性。

(2)高应变动测法。根据一维行波理论可知,在锤击力所产生的压力波向下传播时,会在桩截面突然增大(或减小)处产生一个压力(或拉力)回波,这一压力(或拉力)回波返回到桩顶时,将使桩顶处的力增加(或减小),使速度减小(或增加)。利用这一基本原理,就可在实测的力波曲线和速度波曲线中,根据两者的相对变化关系来判别桩身的各种情况。同时,可计算相应的桩身结构完整性系数,根据桩身结构完整性系数值的大小,判别桩身不同程度的缺陷。而缺陷位置也可利用应力波在桩中的传播速度和压力(拉力)回波到达桩所需要的时间来确定。

高应变动测法适用于桩长较大或桩周土阻力相对较大的工程桩的桩身完整性检测。

(3)钻芯法。钻芯法是用钻机钻取芯样以检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度以及桩身混凝土的强度、密实性和连续性,判定桩底岩土性状的方法。

利用钻机等设备直接钻取桩身混凝土芯样进行目测判别,并取代表性芯样进行强度检验。目测判别能够判断桩身是否有断桩、夹泥、混凝土密实度及桩底沉渣厚度,而芯样的强度检验能够判别桩身混凝土是否达到设计强度要求。该方法可以达到检验桩身完整性、桩身混凝土强度是否符合设计要求,桩底沉渣是否符合设计及施工验收规范要求,桩端持力层是否符合设计要求,施工记录桩长是否属实,成孔深度是否符合设计要求等目的,是一种较为可靠直观的方法。

(4)声波透射法。声波透射法是在预埋声测管之间发射并接收声波,通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化,对桩身完整性进行检测的方法。

声波透射法原理是利用多个预埋管或钻孔,在一个孔内由超声脉冲发射源在桩身混凝土内激发高频弹性脉冲波,在另一个孔内用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性。当混凝土内存在不连续或破损界面时,将产生波的透射和反射,使接收到的透射波能量明显降低,当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时,将产生波的散射和绕射;根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征,可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的波动特征,经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的大小及空洞位置。预埋管的数量根据桩径的大小确定,测管数量越多,测区覆盖面积就越大。

钻芯法、声波透射法适用于大直径桩的桩身完整性检测。

知识归纳

桩基础是由埋设在地基中多根具有一定刚度的杆件(称为桩群)和把桩群联合起来共同工作的桩台(称为承台)两部分组成。桩基础的作用是将荷载传至地下较深处承载性能好的土层,以满足承载力和沉降的要求。

桩基础分类,按承载性状分:①摩擦型桩;②端承型桩。按成桩方法分:①非挤土桩;②部分挤土桩;③挤土桩。按桩径大小分:①小桩;②中等直径桩;③大直径桩。

桩基础最常用的是抵抗竖向荷载,单桩竖向承载力由桩身材料强度和地基土对桩的支承力两方面决定,单桩竖向承载力为二者中的最小值。

静载荷试验是最常用的确定单桩竖向承载力的方法。

桩的设计步骤为选择桩材、桩型及其几何尺寸,确定单桩承载力,确定桩数及布置桩位,桩基中的单桩受力验算,软弱下卧层验算及沉降验算,桩身结构设计,承台设计,绘制桩基施工图。

基桩检测按照检测目的可分为基桩承载力检测和桩身完整性检测。基桩承载力检测分为静载试验法和动载试验法。桩身完整性检测的方法主要有低应变动测法、高应变动测法、钻芯法和声波透射法等。

思考与练习

一、问答题

1.试述桩基的适用条件。

2.如何验算桩基承载力?

3.设计中如何选择桩径、桩长及桩的类型?

4.试述桩基的沉降验算方法。

5.承台的尺寸如何确定?应做哪些验算?

6.简述灌注桩与预制桩的应用范围。

7.常用的桩基检测方法有哪些?

8.桩基设计的步骤是什么?

9.简述深基础与浅基础的区别,沉井基础和地下连续墙的施工工艺。

二、计算题

1.某预制桩基础,截面尺寸为0.3×0.3m2,强度等级为C30混凝土(fc＝15N/mm2),桩长15m,承台底面埋深2.0m,土层分布如图9-24所示,参数见表9-12,试计算单桩承载力特征值。

2.如图9-25所示,条件同上题,若为一级桩基,承台上作用竖向轴力设计值F＝4000kN,弯矩设计值M＝400kN·m,水平力设计值H＝50kN,试计算桩数和验算复合基桩承载力是否满足设计要求。

图9-24　习题1图

图9-25　习题2图

表9-12　土层参数

续表

3.某商业大厦地基土第一层为黏性土,厚为1.5m,IL＝0.4;第二层为淤泥,厚为21.5m,含水量＝55%;第三层为中密粗砂,采用桩基础。已知预制方桩的截面尺寸为400mm×400 mm,长为24m(从承台底面算起),桩打入1.0m,试按《规范》经验公式计算单桩竖向承载力特征值。

4.某工程为框架结构,钢筋混凝土柱的截面尺寸为350mm×400mm,作用在柱基顶面上的荷载设计值F＝2000kN,MY＝300kN·m。地基土表层为杂填土,厚为1.5m;第二层为软塑黏土,厚为9m,qs2a＝16.6kPa;第三层为可塑粉质黏土,厚为5m,qs3q＝35kPa,qpa＝870kPa。试设计该工程基础方案。

5.条件同第2题,一级建筑桩基,桩端持力层下有淤泥质黏土软弱下卧层,试验算软弱下卧层的承载力是否满足要求。