桩基检测毕业论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流桩基检测毕业论文.精品文档.第一章 桩基质量检测的概述1.1桩基检测的意义：随着国民经济建设的蓬勃发展，桩基在各类基础中的运用越来越广泛。由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去，从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降，所以桩基在住宅、高层建 筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。桩基工程属隐蔽工程，桩基质量的好坏直接关系到建筑的安全问题，而且桩基一旦发生事故，加固处理起来难度较大。因此，桩基试验检测就成了桩基工程中的一个重要环节，是工程领域的重大课题。据统计，桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率达20。目前，我国每年的用桩量约百万根，而

2、桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以上。因此，如何在施工中控制桩基施工质量，确保桩径、桩长、承载力、入土深度、桩型、材质、进入相应的持力层，充分发挥桩基础的效益，是十分重要也是必要的。由于我国基桩加工工艺和施工工艺的不同，更使得基桩的质量难以得到有效的保证，可靠地统一规范。所以从检测方面说，提高检测工作的质量和检测结果评定的可靠性，对于基桩的质量和安全控制有着重要的意义。1.2桩基检测的发展状况1.2.1工程检测行业发展状况桩基是一种古老而有效的基础形式，人类在古代就已掌握了用木桩支持重物的知识。19 世纪后半叶，随着资本主义经济的发展，机械打入的型钢桩、钢管桩和钢筋混凝土预制桩相继问

3、世，由于打桩能力的制约，桩长及承载力受到限制。在此情况下，1893 年美国芝加哥开始应用了大直径人工挖孔桩。20 世纪 30 年代，随着大功率钻孔机械的研制成功，钻孔灌注桩也在美国首先问世。70 年代以后，随着高层建筑的发展，在我国，各种大直径桩、小直径桩和微型桩得到了大量的应用，复合地基中的散体材料桩，低粘结强度桩，高粘结强度桩也有了迅速发展，桩的种类达数十种。同时，由于大型桩和超长桩的出现，使单桩的承载力设计值高达50000KN。为了适应桩基技术的发展，我国岩土工作者在桩基检测技术的研究和应用中进行了不懈努力，在引进消化国外先进技术的基础上，发展了桩基动测技术。同时为了配合桩基检测和科研工

4、作，用于桩体测试的应力、应变传感器及测试仪表也得到了发展，但总体来看，国内外桩基检测技术，特别是大型桩及超长桩的检测技术仍满足不了生产的需要。武汉地区的桩基检测工作早在20 世纪50 年代武汉长江大桥的建设中，由铁道部大桥工程局对f 1.55 m 管桩基础的承载力进行了成功的检测。随后，由中国科学院武汉岩土力学研究所对动测方法的理论、技术进行了科学研究，开发出了 RSM 系列桩基分析仪和软件系统，现已在湖北地区广泛应用。1.2.2桩基检测技术发展状况目前在桩基承载力检测上常用的检测方法主要有：静载实验法、自平衡法；在基桩完整性检测上常用的检测方法主要有验比较费时费力，现在更侧重于发展自平衡法来

5、检测基桩完整性。在基桩完整性检：低应变动力试桩、高应变动力试桩、超声波透射法和钻芯取样法等。在承载力检测上，由于静载实测上由于高应变比较麻烦，现在更侧重于低应变、超声波透射法和钻芯取样法。其中低应变更是由于仪器和操作等方便而被检测单位广泛使用。1.2.2.1静载荷试验法桩基静载试验在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。桩基测试技术理论的发展本

6、身促进了桩土荷载传递机理理论的研究，而这一直是国内外岩土工程界研究的热点，在这方面我国的学者也通过试验研究发表了许多自己的理论方法。我国的沈保汉分析了大量的为测试位移和应力数据而埋有实测元件的试桩资料，结果表明：(1)SQ法的极限荷载是桩侧摩阻力得到充分发挥时的荷载，相应于极限荷载时的极限桩顶下沉量Su（即桩土间相对位移量）与桩的类型、桩径和施工方法等有关；对于同一施工类型的桩，一般说来，按摩擦桩、端承摩擦桩和摩擦端承桩的顺序排列，Su依次增大；(2)大直径钻孔桩的Su值比小直径钻孔桩的Su值大；(3)打入式预制桩和钻孔灌注桩的Su也有较大差别(4)施工工艺和施工质量对钻孔桩的极限荷载Qu和极

7、限桩顶下沉量Su有较大影响。在桩的破坏模式研究方面，赵明华认为应分为三种模式，即：屈曲破坏、整体剪切破坏、刺入破坏；沈保汉认为应分为四种模式，即：端承摩擦桩的整体剪切破坏、摩擦桩的整体剪切破坏、摩擦端承桩的刺入剪切破坏、端承桩的屈曲破坏。在依靠桩的下沉量确定桩的极限承载力方面，我国建筑地基基础设计规范（GBJ789）规定：当Qs曲线无明显的拐点时，可取桩顶总沉降量为40时相应的荷载值为单桩极限承载力；建筑桩基技术规范（JGJ9494）规定：对于缓变型Qs曲线一般可取s4060mm对应的荷载，对大直径桩可取s0.030.06D(D为桩端直径，大桩径取低值，小桩径取高值)所对应的荷载值；对于细长桩

8、(l/d80)可取s6080mm对应的荷载。沈保汉建议，对直径为0.3m0.5m的打套管成孔灌注桩可采用桩顶下沉量为桩径的10所对应的荷载为极限荷载；对于钻孔扩底灌注桩可取桩顶下沉量为扩大头直径7所对应的荷载为极限荷载。1.2.2.2声波透射法方面混凝土灌注桩超声检测法是在桩内预埋若干根平行于桩的纵轴的声测管道，将超声探头通过声测管直接伸人桩身混凝土内部进行逐点，逐段探测。其基本原理与上部结构构件的超声探伤原理相同，即根据超声脉冲穿越被测混凝土时传播时间、传播速度及能量的变化反映缺陷的存在，并估算混凝土的抗压强度和质量均匀性。但由于桩的混凝土灌注条件与上部结构的成型条件完全不同，尤其是水下灌注

9、时差异更大，混凝土的配合比、灌注后的离析程度、声测管的平行度等许多因素，都会严重影n响对缺陷的判断和对强度及均匀性的推算，因此，灌注桩的超声检测必须有一套适合其特点的方法和判据，而不能完全延用上部结构检测的现有方法。1.2.2.3应力波反射法完整性检测（低应变法） 基桩一般都具有较大的长径比,可近似看作一维杆件。当在桩顶施加某一机械力F(t)时,桩身质点因受迫振动产生弹性波沿桩体向下传播，当波遇到桩身因存在断裂等缺陷而形成波阻抗界面时,产生波的反射,并被安置在桩顶的高灵敏度传感器接收,通过对接收的反射波波形、振幅、频率及平均波速等分析,综合判别桩基的结构完整性,确定缺陷部位和程度,从而对桩的质

10、量作出综合评价。适用范围：灌注桩、预制桩、预应力桩等。1.2.2.4高应变动力试验法高应变动力法测试技术于20世纪80年代随美国PDI（Pile Dynamics，Inc.）公司的PDA（Pile Driv-ing Analyzer）仪器引入我国，90年代初国内类似的仪器和计算软件也相继面世。近几年随着国内高层建筑数量的增多，该技术得到了广泛的应用和发展。它是通过在桩顶量测被激发的阻力产生的应力波和速度来确定承载力的。目前工程界应用最广发的动力试桩法是阻尼系数法和曲线拟合法。1.2.3桩基动测领域的研究动向虽然上述桩基检测技术在各种桩基检测工程中得到了广泛的应用，取得了巨大的社会效益和经济效益

11、，但我们也应该清楚的看到，各种桩基检测技术都还存在一些问题。为了解决这些问题，一方面，要不断改善已有仪器的的硬件性能和质量，并努力开发出新的仪器,另一方面，要加强对桩基检测技术理论的研究工作，寻求更精确的物理模型。对于基桩检测信号的分析处理方面，把现有的桩基检测方法和当今的一些先进的信号分析方法结合起来,将是一个非常重要的研究方向。小波分析方法是一种窗口大小固定但形状可改变，时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，所以被称为数学显微镜。小波变换对不同的频率在时域上的取样步长是调节性的，即

12、在低频时小波变换的时间分辨率较差，而频率分辨率较高；在高频时小波变换的时间分辨率较高，而频率分辨率较低，这正符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。这便是它优于经典的傅立叶变换和短时傅立叶变换的地方。我们可以通过选择合适的小波基函数对原始信号进行小波分析,实现信号时频分解,区分出不同物理本质的信号成分,结合场地条件分辨有效信号与干扰信号,再通过对“噪声”时段及频段的抑制,可以实现信号消噪,改善信号质量,从而提高桩基检测资料分析水平。随着人类工程活动的日益增多和科学技术的进步，这一领域的理论研究和工程运用都得到了较大的发展。但是桩基检测是一项很复杂的系统工程，无论在理论上还是实践中目前都存

13、在很多问题值得进一步的研究。1.3机械钻孔灌注桩的概述随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。灌注桩属于隐蔽工程，但由于影响灌注桩施工质量的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细的考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中产生质量事故，小到塌孔松散、缩颈，大到断桩报废，给国家财产造成重大损失，直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。据全国桩基动测学术交流会上统计资料表明，在被检测的灌注桩中大约有

14、 510是有缺陷的，不良地质中灌注桩缺陷率更高达14.7；检测的桩基统计资料中表明，桩基断桩率为5.6(其它有局部缺陷的未统计)。所以，必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进展这里简要介绍了一些灌注桩的分类，机械钻孔桩基常出现的问题及处理方法，并介绍了钻孔桩质量检测的一般方法，主要是运用应力波反射法检测钻孔灌注桩的施工质量，其具有检测速度快、费用低、便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷，是一种值得推广的方法。1.3.1钻孔灌注桩的分类钻孔灌注桩按其支承岩土的种类和荷载抵抗力的主要分量进行分类。钻孔桩按其功能分为：均质土中摩

15、擦桩、端承于硬土的硬土桩和端承于岩石的岩石桩三种主要类型。钻孔灌注桩按其泥浆护壁的成桩方法通常可为：反循环钻孔法、正循环钻孔法、旋挖成孔法和冲击成孔法等几种。 均质土中的摩擦桩，其承载由摩擦阻力和端承阻力两部分组成。一般具有较低的到中等的承载力。均质土中的摩擦桩有时常带有扩大的底部，以增加承载力的端承分量。在软弱和可压缩的地层，而支承于硬的土层和岩石时，绝大多数作为端承构件使用。此时在软土中沿钻孔桩长度的摩阻力一般略而不计，端承桩外部荷载由底部阻力支承。这种桩常用扩大底部，形成扩底桩，以增加基础的承载力。钻孔桩也可锚进持力层，承载力是锚座周围的抗剪阻力和端承阻力之和。1.3.2机械挖孔灌注桩常

16、见的问题及防治措施桩基质量取决于勘察、设计、施工等许、多因素，销有不慎，就可能造成质量事故。对质量事故的分析与处理，是否正确，往往影响建筑物的安全使用，工程造价及工期，严重的甚至炸毁整幢建筑物。下面主要介绍几种钻孔灌注桩常见的问题及防治措施。 （1）缩径。预防缩径的关键是控制泥浆比重，确保泥浆能保持孔壁平衡。 1)使用直径合适的钻头成孔，根据地层变化配以不同的泥浆。 2)成孔施工时应重视清孔，在清孔时要做到清渣而不清泥，预防清孔后的在浇筑砼的过程中局部坍塌，导致缩径的产生。（2）断桩 。防治措施： 1)导管要有足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满砼的重量；内径应一致，其误差应小于2毫米，内壁须光

17、滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验；导管最下端一节导管长度要长一些，一般为4米，其底端不得带法兰盘。 2)导管在浇灌前要进行试拼，并做好水密性试验。 3)严格控制导管埋深与拔管速度，导管不宜埋入砼过深，也不可过浅。及时测量砼浇灌深度，严防导管拔空。 4)经常检测砼拌和物，确保其符合要求。（3）桩顶局部冒水、桩身孔洞。防治措施： 1) 控制导管的埋深，灌注过程中做到导管勤提勤拔。 2) 砼倾入导管的速度应根据砼在管内的深度控制，管内深度越深，砼倾入速度越应放慢。在可能的情况下，应始终保持导管内满管砼，以防止桩身形成高压气包。实际施工中，往往因为导管每次起拔后管内都会形成空管，再次灌注时，桩

18、身形成高压气包就很难避免。因此，应在灌注过程中适当上下活动导管，把已形成的高压气包引出桩身。 3)加适当缓凝剂，确保砼在初凝前完成水下灌注。（4）钢筋笼上浮。防治措施： 1)钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定。 2)灌注中,当砼表面接近钢筋笼底时,应放慢砼灌注速度,并应使导管保持较大埋深,使导管底口与钢筋笼底端间保持较大距离,以便减小对钢筋笼的冲击。 3)砼液面进入钢筋笼一定深度后，应适当提导管，使钢筋笼在导管下口有一定埋深。但注意导管埋入砼表面应不小于2 m，不大于10m。如果钢筋笼因为导管埋深过大而上浮时，现场操作人员应及时补救，补救的办法是马上起拔拆除部分导管；导管拆除一部分后， 可适当

19、上下活动导管；这时可以看到，每上提一次导管，钢筋笼在导管的抽吸作用下，会自然回落一点；坚持多上下活动几次导管，直到上浮的钢筋笼全部回落为止。当然，如果钢筋笼严重上浮，那么这一补救措施也不一定会十分奏效。 （5）“烂桩头”。防治措施： 1)认真做好清孔工作，确保清孔完成后孔口没有泥块返出；在空孔较长的桩内测量砼上升面时，应控制好测量重锤的质量。通常认为使用540mm碎石砼时，重锤的质量可以控制在1.5kg 左右；使用525mm 碎石砼时，重锤的质量可以控制在1kg 左右。在设计桩顶与地面距离1米时，b0=0.9(D+1) （D为桩身直径）2.1.4桩承载力自平衡测试法 自平衡测试法是当前桩基础检

20、测工作中的一种新技术。具有试验方便，费用低，时间省等许多优势。该技术于2004年在江西地区开始应用，桩的承载力静载试验有传统的单桩竖向抗压静载试验(堆载法)和在桩底（或桩身平衡点）放置荷载箱的自平衡测试方法，自平衡测试方法法比较传统的堆载法有以下优点： 1装置较简单，不占用场地，不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架，试桩准备工作省时、省力、安全； 2该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，因而可清楚的分出侧阻力与端阻力分布和各自的荷载位移曲线； 3试验费用省，尽管荷载箱为一次性投入器件，但与传统方法相比可节省试验总费用的30%70% ，具体比例视桩吨位与地质条件而定； 4试验后试桩仍可作为

21、工程桩使用，必要时可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆； 5在下列情况下或当设置传统的堆载平台或锚桩反力架特别困难或特别花钱时，该法更显示其优势，例如：水上试桩，坡场试桩，基坑底试桩，狭窄场地试桩，斜桩，斜桩，嵌岩桩，抗拔桩，超大吨位的桩基等，这些都是传统试桩法难以做到的。 随着近几年房屋建筑的快速蓬勃发展，大孔径超长桩在房屋基础的应用越来越广泛，其承载力的确定显得越来越重要，建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）中规定每个工程必须进行桩基承载力试验以确定其承载力，确保其结构安全性及经济性。传统钻孔灌注桩承载力测定主要是堆载静压试验法，反力装置采用压重平台和锚桩承载梁等，需要投入大量的人

22、力、物力和时间，并且随着桩径、桩长的增大，其需要的反力亦随之增大，传统方法已很难满足需要，特别是江西地区房屋建筑中地下室不段的加深，这给采用堆载静压试验相对难度加大，甚至有些工地受场地的限制，无法采用该方法完成承载力检测。（一）试验原理 自平衡测桩法是将一种特制的加载设备-荷载箱与钢筋笼相接，埋人桩的指定位置(即平衡点)，并将荷载箱的高压油管和位移杆一起引到地面，用高压油泵向荷载箱充油加载。荷载箱通过厚钢板将力传到桩身，无应力集中现象。试验荷载与上部桩身的摩擦力、下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡(即自平衡)来维持加载。根据向上、向下的QS曲线判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。（如

23、图1）加载采用慢速维持荷载法或采用循环加载法，加载分级、位移量测、稳定标准同传统的“堆载法”或“锚桩法”，均按建筑桩基技术规范(JGJ1062003)“试桩试验方法”的规定采用。（二）现场试验方法一般采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载作用下，上，下段桩均未到达相应稳定后方可加下一级荷载，每级加载值为极限承载力的110。按l0级9次加载，第一次按两倍分级荷载加载。1 位移量测每级加载后在第1小时内应在5、l0、l5、30、45、60 min测读一次，以后每隔30 min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，同时在电脑屏幕上显示qS曲线、Slg 曲线和Slgq 曲线。卸载亦

24、分级进行，每级卸载量为两个加载值的荷载量。每级荷载卸载后，应观测桩顶的回弹量，观测方法与沉降相同。卸载到零后，至少在2 h内每30min观测一次。2 稳定标准在每级荷载作用下桩的位移量在最后30min内应小于01 mm。3 终止加载条件(1)总位移量大于或等于40 nqnl时，本级荷载的下沉量大于或等于前一级荷载的下沉量的5倍时，加载即可终止。取比终止荷载小一级的荷载为极限荷载。(2)总位移量大于或等于40 mm时，本级荷载加上后24 h未达稳定，加载即可终止。取比终止荷载小一级的荷载为极限荷载。(3)总下沉量小于40 mm，但荷载已大于或等于设计荷载设计规定的安全系数时，加载即可终止。取此时

25、的荷载为极限荷载。（三）检测数据的分析与判定根据检测数据结果确定单桩竖向抗压承载力，其极限承载力为荷载箱上部实测值减去混凝土桩自身重量加上下部荷载箱实测值，并根据加载结果数据绘制Q-S,S-Lgt, S-LgQ曲线；绘制桩身轴力分布，侧阻力分布，桩顶阻力-沉降关系等曲线。并与单桩静载试验结果的Q-S,S-Lgt, S-LgQ曲线进行比对综合判断桩的承载力。2.2低应变法低应变法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置；本方法采用RS-1616K(P) 动测仪（或FDP-204PDA动测仪）检测前，应进行现场调查，要求对被测的基桩应凿去浮浆至砼硬层，桩头基本平整无积水并核对桩号。

26、还应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。（一）试验原理低应变应力波法，亦称反射波法，有美国的J。steinbaih和Eveg首先将应力波理论用于检测桩身质量。该法以手锤（棒）撞击桩顶。产生一纵向应力波信号沿桩身传递，由加速度计（或速度计）拾取桩身缺陷处引起的反射波，由此判定桩身完整性，并有波速判断混凝土质量，该法检测设备简单，具有快速、无损等优点。但由于存在纵波反射信号以外的信号成分及桩周土的影响，响应曲线判读困难较大。有两个以上缺陷时，第一缺陷部位以下的缺陷较难判断。该法仍在进一步研究及发展中（二） 现场试验方法用反射波法，对每一根被检测的单桩均应进行二次以上重复测试；对同一根基桩4次锤击

27、所形成的4条波形曲线在形态、振幅及相位上应基本一致，采集数据方算合格。 检测前，应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用，应进行现场调查，要求对被测的基桩应凿去浮浆至砼硬层，桩头基本平整无积水，并核对桩号。桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量，截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应除去桩顶浮沉或松散，破碎部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净且无积水；防碍正常测试的桩顶应外露主筋应割掉。每个检测点有效信号数不能少于3个，通过叠加平均提高信噪比。应合理选择测试系统量程范围，特别是传感器的量程范围，避免信号波峰削减。（三）检测结果数据判定 1根

28、据波列图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，来推断单桩完整性（见下表）。类别时域信号特征幅频信号特征2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，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/2L有明显缺陷反射波，其他特征介于类和类之间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

29、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、桩型和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他桩实测信号判定桩身完整性类别。（1）反射波波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间，及桩身混凝土平均波速较高的桩为完整性好的单桩； （2）反射波到达时间晚于桩底反射波到达时间，且波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射波的桩，系桩身断裂； （3）桩身混凝土严重离析时，其波速较低，反射波幅减小，频率降低； （4）缩径与扩径的部位可按反射历时进行估算，类型可按相位特征进行判别。 （5）当有多次缺陷时，将记录到多个相互干涉的反射波组，形成复杂波列。此时应结合工程地质资料、施工原始记录进行综合分析。 2根据中华人民共和国国家行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2003的规定，将桩身质量等级划分为四类，即： 类桩：桩身完整； 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； 类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影；