桩基工程试验与检测课件.pptx
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1、110.1 10.1 概概 述述 桩基础通常在地下或水下,属隐蔽工程。桩基础工程的质量直接关系到整个桩基础通常在地下或水下,属隐蔽工程。桩基础工程的质量直接关系到整个建筑物的安危。桩基础施工程序繁琐、技术要求高、施工难度大,容易出现建筑物的安危。桩基础施工程序繁琐、技术要求高、施工难度大,容易出现质量问题。因此,桩基础工程的试验和质量检验尤为重要,设计前、施工中质量问题。因此,桩基础工程的试验和质量检验尤为重要,设计前、施工中和施工后都要进行必要的试验和检验。随着我国基本建设的迅猛发展,以及和施工后都要进行必要的试验和检验。随着我国基本建设的迅猛发展,以及桩基础的大量应用,从事桩基础工程检测的
2、队伍必将日益壮大。随着科学技桩基础的大量应用,从事桩基础工程检测的队伍必将日益壮大。随着科学技术的发展,桩基工程检测技术也在不断更新和提高。术的发展,桩基工程检测技术也在不断更新和提高。本章主要介绍了桩基室内模型试验内容与现场检测内容、模型桩室内静载试本章主要介绍了桩基室内模型试验内容与现场检测内容、模型桩室内静载试验、模型桩室内离心试验、桩基现场成孔质量检测、桩身混凝土钻芯取样法验、模型桩室内离心试验、桩基现场成孔质量检测、桩身混凝土钻芯取样法检测、低应变反射波法检测桩身质量、孔中超声波法检测桩身质量、桩基承检测、低应变反射波法检测桩身质量、孔中超声波法检测桩身质量、桩基承载力检测方法、基桩
3、高应变检测、自平衡法检测原理等内容。载力检测方法、基桩高应变检测、自平衡法检测原理等内容。2学完本章后应掌握以下内容:学完本章后应掌握以下内容: (1)桩基室内模型试验与桩基现场检测包含的内容;)桩基室内模型试验与桩基现场检测包含的内容; (2)模型桩室内静载试验设计内容与方法;)模型桩室内静载试验设计内容与方法; (3)模型桩室内离心试验的原理与试验方法;)模型桩室内离心试验的原理与试验方法; (4)桩基现场成孔质量检测内容与试验方法;)桩基现场成孔质量检测内容与试验方法; (5)钻芯取样法检测桩身质量的方法;)钻芯取样法检测桩身质量的方法; (6)低应变反射波法检测桩身质量内容与方法;)低
4、应变反射波法检测桩身质量内容与方法; (7)孔中超声波法检测桩身质量内容与方法;)孔中超声波法检测桩身质量内容与方法; (8)高应变检测内容与方法;)高应变检测内容与方法; (9)自平衡法检测原理。)自平衡法检测原理。3 学习中应注意回答以下问题:学习中应注意回答以下问题:(1)桩基室内模型试验研究的问题主要包括哪些方面?桩基现场检测包括哪)桩基室内模型试验研究的问题主要包括哪些方面?桩基现场检测包括哪些内容?些内容?(2)模型桩室内静载试验的设计包括哪三个方面内容?)模型桩室内静载试验的设计包括哪三个方面内容?(3)模型桩室内离心试验的原理是什么?离心试验主要装备有哪些?有哪些)模型桩室内离
5、心试验的原理是什么?离心试验主要装备有哪些?有哪些试验步骤?试验步骤?(4)桩基现场成孔质量检测的目的是什么?成孔质量检验标准有哪些?如何)桩基现场成孔质量检测的目的是什么?成孔质量检验标准有哪些?如何进行桩位偏差检查?桩孔径、垂直度的检测有哪些方法?孔底沉渣厚度如何检进行桩位偏差检查?桩孔径、垂直度的检测有哪些方法?孔底沉渣厚度如何检测?测?(5)钻芯法检测的目的与适用范围?钻芯法检测的设备及现场操作方法?芯)钻芯法检测的目的与适用范围?钻芯法检测的设备及现场操作方法?芯样试件抗压强度如何计算?检测数据的分析与判定方法?样试件抗压强度如何计算?检测数据的分析与判定方法?(6)低应变反射波法检
6、测桩身质量的原理是什么?反射波法有哪些典型的波)低应变反射波法检测桩身质量的原理是什么?反射波法有哪些典型的波形特征?如何确定桩长及桩身缺陷位置?桩身完整性程度分析的方法是什么?形特征?如何确定桩长及桩身缺陷位置?桩身完整性程度分析的方法是什么?反射波法测试仪器及测试方法?反射波法测试仪器及测试方法?(7)孔中超声波法检测桩身质量的原理是什么?超声波法检测的仪器与检测)孔中超声波法检测桩身质量的原理是什么?超声波法检测的仪器与检测方法有哪些?如何判定桩身混凝土缺陷?方法有哪些?如何判定桩身混凝土缺陷?(8)高应变动测的原理是什么?高应变动测法如何进行桩身质量的检验及承)高应变动测的原理是什么?
7、高应变动测法如何进行桩身质量的检验及承载力的计算?载力的计算?(9)什么是自平衡法检测?自平衡法检测原理是什么?)什么是自平衡法检测?自平衡法检测原理是什么?410.2 桩基室内模型试验内容与现场检测内容桩基室内模型试验内容与现场检测内容 10.2.1 桩的室内模型试验内容桩的室内模型试验内容桩基工程研究中,在不宜进行原型试验时,可以采用室内模型试验作为桩基工程研究中,在不宜进行原型试验时,可以采用室内模型试验作为一种有效方法。一种有效方法。桩的室内模型试验(桩的室内模型试验(model test of pile)是根据桩基的实际工作状态,)是根据桩基的实际工作状态,建立与原型具有相似性规律的
8、模型,通过控制试验条件,研究桩基的受建立与原型具有相似性规律的模型,通过控制试验条件,研究桩基的受力变形等特性的试验,它包括模型桩室内静载试验和模型桩室内离心试力变形等特性的试验,它包括模型桩室内静载试验和模型桩室内离心试验两种,在试验中要注意尺寸效应的影响,因为模型桩可以依工程桩按验两种,在试验中要注意尺寸效应的影响,因为模型桩可以依工程桩按比例缩小,但土颗粒及土、水应力状态不能按比例缩小。但桩基室内模比例缩小,但土颗粒及土、水应力状态不能按比例缩小。但桩基室内模型试验可以发现桩承载力与变形特性的变化规律供设计和研究使用。桩型试验可以发现桩承载力与变形特性的变化规律供设计和研究使用。桩基室内
9、模型试验研究的问题大致包括以下几个方面:基室内模型试验研究的问题大致包括以下几个方面:1.桩基受力特性(桩基受力特性(mechanics property of pile foundation););2.桩基变形特性(桩基变形特性(deformation property of pile foundation););3.桩基稳定性问题(桩基稳定性问题(stability problem of pile foundation););4.桩基设计参数问题(桩基设计参数问题(design parameters problem of pile foundation););5.桩基施工中的问题(桩基施工
10、中的问题(construction problem of pile foundation)。)。5 10.2.2 桩基现场检测内容桩基现场检测内容桩基础在施工中容易出现各种质量问题,因此桩基工程的试验、检测、验收工作非常重要。桩基的主要检测内容和检测方法见表10-1。 610.3 模型桩室内静载试验模型桩室内静载试验 桩基的模型试验一般属于科学研究性试验。在明确试验目的的基础上,桩基模型试验设计一般包括以下三个方面:模型桩设计(design of model pile)、荷载装置设计(design of loading experiment)和试验观测设计(design of experime
11、ntal observation)。10.3.1 模型桩室内静载试验设计模型桩室内静载试验设计 根据模型试验和原型试验的力学性能的相似关系,确定模型桩的材料、数量、直径、长度、布置方式和桩身测试元件的埋设等。 目前,桩身测试元件采用较多的是电阻应变片。在模型桩的适当位置埋设电阻应变片,可以得到相应的桩身轴力、弯矩和剪力的变化情况。 在进行模型桩设计时,需考虑地基土的模拟方法和有关技术。若地基土为砂、砾砂等,试验前应确定其颗粒级配。若地基土为黏性土,需确定其密实度和固结情况。10.3.2 模型桩室内静载试验装置设计模型桩室内静载试验装置设计 荷载装置设计首先必须明确荷载类型,桩基承受的是静载还是
12、动载,是水平荷载还是竖向荷载。试验的加载装置因试验类型不同而不同,现场小尺寸模型试验可以采用堆载平台装置或锚桩反力装置施加竖向荷载,当室内模型试验所施加的荷载较小时,可采用砝码加载。 根据试验目的要求,规定荷载分级、每级加载量、加卸载速度和间歇时间,并确定变形的稳定标准。7 10.3.3 模型桩室内静载试验观测设计模型桩室内静载试验观测设计 模型试验观测设计主要是确定观测项目、测点布置、仪器选择、观测方法等,各设计内容的特点见表10-2。810.4 模型桩室内离心试验模型桩室内离心试验 土工离心模型试验(indoor centrifuge model experimental of pile)
13、是一种行之有效的物理模型,是以相似理论为理论基础,将原型材料按一定比例尺制成模型后,置于由离心机生成的离心场中,通过加大土体的体积力,使模型达到与原型相同的应力状态,从而使原型与模型的变形和破坏过程保持良好的相似性,并以此来研究原型的变形和破坏。 10.4.1室内模型试验相似定律室内模型试验相似定律 相似理论是说明自然界和工程科学中各种相似现象、相似原理的学说,它的理论基础是关于相似的三个定理。910111213 10.4.3 模型比尺模型比尺n的确定的确定 对于桩基的离心模型试验而言,尽可能缩小模型的体积,能极大的减少模型各处加速度的不均匀性,从而提高试验的精度。 模型比尺n的选择需要综合考
14、虑各种影响因素,比如所选原型桩的尺寸、模型箱的尺寸、离心机自身设备及模拟精度等限制。 本书10.4.5节实例中由于进行大直径超长桩的离心模型试验,原型桩主要桩长为70m,有必要选用大型模型箱进行离心模型试验,因而试验选取10009001000mm(长宽高)模型箱进行试验;同时由于模拟精度的问题,模型要尽可能小,用以减小误差;还有考虑到试验量测仪器(应变片、应力计)安装难度及其量程的限制,模型应选取较大的尺寸。综合考虑,试验选取模型比尺n100。1415161710.4.5 离心模型试验实例离心模型试验实例离心模型试验可以用来研究单桩及群桩的受力性状,下面介绍笔者课题组所做的离心模型试验内容及试
15、验方法。1.模型土的基本物理力学性质模型土的基本物理力学性质试验采用宁波嘉和中心的现场土样,其主要土层为淤泥质黏土层,因而本次试验取淤泥质黏土作为模型土的主要土质,同时考虑现场实际持力层为粉砂层,故试验在模型箱底层铺设一定厚度的粉砂层。现场淤泥质黏土和粉砂的物理、力学性质指标见表10-5所示。18192021222310.5 桩基现场成孔质量检测桩基现场成孔质量检测 灌注桩成孔作业由于是在地下、水下完成,质量控制难度大,容易产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。 因此,灌注桩在混凝土浇注前进行成孔质量检测对于控制成桩质量显得尤为重要。10.5.1 成孔质量检验标准成孔质量检验标准 我国的国
16、家标准以及交通、建筑等行业颁布的有关桩基础施工技术及验收规范中,对混凝土灌注桩成孔质量的检验内容、检验标准、检查方法等提出了具体规定和要求。成孔质量检验的内容包括桩孔位置(Pile Position)、孔深(Hole depth)、孔径(Pile diameter)、垂直度(vertical deviation)、沉渣厚度(Sediment thickness)、泥浆指标等。24252610.5.2 桩位偏差检查桩位偏差检查 桩位偏差(Pile deviation),即实际桩位置偏离设计位置的差值。由于上部结构作用在基础上的荷载位置是不能变动的,桩偏位后,桩的受力状态发生了改变,即便采取补桩,
17、加大基础底梁或承台等补救措施,也往往难以达到桩的原设计要求。桩偏位后造成的后果导致桩的可靠性降低、工程造价增加与工期延长等。 施工中由于各种因素的影响,如测量放线误差、护筒埋设时的偏差、钻机对位不正、孔空段孔斜造成的偏差、钢筋笼下设时的偏差等,都会造成桩位偏离设计位置。因此,要保证桩位的正确性,首先在施工中就应将每一个环节的偏差控制在最小范围内。桩位中心位置的偏差要求,应满足桩的设计规定或相关的规范标准。27 10.5.3 桩孔径、垂直度及孔底沉渣厚度检测桩孔径、垂直度及孔底沉渣厚度检测 桩孔径、垂直度及孔底沉渣厚度检测(Inspection of hole diameter ,vertica
18、l deviation and sediment thickness)是成孔质量检测中的重要内容。目前用于孔径检测的仪器大多可同时测量桩的垂直度。这里介绍应用比较广泛的伞形孔径仪检测。 伞形孔径仪(也称井径仪,如图10-9所示)是国内目前采用较多的一种孔径测量仪器。它是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统,仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。仪器通过放入到桩孔中的一专用测头测得孔径的大小,通过在测头上安装的电路将孔径值转化为电信号,由电缆将电信号送到地面被仪器接收、记录,根据接收、记录的电信号值可计算或直接绘出孔径。281.孔径测量孔径测量(Measurement
19、of hole diameter)如图10-9所示,孔径仪测头前端有四条测腿,测腿可在弹簧和外力的作用下自动张开、合拢,如同一把自动伞。测头放入孔中后,弹簧力使测腿自然张开并以一定的压力与孔壁接触,孔径变大则测腿张开角也变大,孔径缩小则孔壁压迫测腿收拢,测腿的张开角变小,四条测腿成两组正交分别测量两个方向的孔径值,取平均值作为某测点的孔径。当将测腿从孔底提升至孔口,随着孔径的变化,测腿可量出孔中各高程的孔径。 2.垂直度测量垂直度测量(Measurement of vertical deviation)采用伞形孔径仪测试系统中配套的专用测斜仪,在孔内不同深度连续多点测量其顶角和方位角(如图10
20、-10a),根据所测得的顶角、方位角可计算孔的倾斜度。测斜仪的顶角测量利用铅垂原理,测量系统由顶角电阻(电阻值已知)、顶角测量杆组成。顶角测量杆上装有一重块并可自由摆动。使重块始终垂直于水平面,当钻孔倾斜时,顶角电阻和测量杆间就有一角度,仪器内部机构使得测量杆和顶角电阻接触,短路了一部分电阻,剩下的电阻值就是被测点的顶角。方位角测量依靠磁定向机构系统完成,系统中有定位电阻、接触片等,接触片始终保持指北状态,方位角变化时,接触片短路了一部分电阻,剩下的电阻值就是被测点的方位角。 2930313233343510.6 桩身混凝土钻芯取样法检测桩身混凝土钻芯取样法检测 采用岩芯钻探技术和施工工艺,在
21、桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样,通过对芯样的观察和测试,用以评价成桩质量的检测方法称为钻孔取芯法,简称钻芯法。钻芯法(test method of drilling core)是检测现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段,不受场地条件的限制,特别适用于大直径混凝土灌注桩。钻芯法不仅可以直观测试灌注桩的完整性,而且能够检测桩长、桩底沉渣厚度以及桩底岩土层的性状,钻芯法还是检验灌注桩桩身混凝土强度的可靠的方法,这些检测内容是其他方法无法替代的。在多种的桩身完整性检测方法中,钻芯法最为直观可靠。但该法取样部位有局限性,只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量,存在较大的盲区,容易以点代面
22、造成误判或漏判。钻芯法对查明大面积的混凝土疏松、离析、夹泥、孔洞等比较有效,而对局部缺陷和水平裂缝等判断就不一定十分准确。另外,钻芯法还存在设备庞大、费工费时、价格昂贵的缺点。因此,钻芯法不宜用于大批量检测,而只能用于抽样检查,或作为对无损检测结果的验证手段。实践经验表明:采用钻芯法与超声法联合检测、综合判定的办法评定大直径灌注桩的质量,是十分有效的。3610.6.1 钻芯法检测的目的与适用范围钻芯法检测的目的与适用范围1.检测的目的检测的目的钻芯法基桩检测技术,是检测现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段,检测目的主要有: 1)通过对混凝土芯样的胶结情况、有无气孔、松散或断桩等现场外观检查
23、,结合取芯率,综合评判桩身混凝土完整性; 2)对芯样进行室内抗压强度试验,确定桩身混凝土强度; 3)测定混凝土灌注桩的桩长,检验施工记录桩长是否真实; 4)测定桩底沉渣厚度,检验桩底沉渣是否符合设计或规范的要求; 5)根据钻取的桩端持力层芯样,必要时采用一定的室内试验手段,判定或鉴别持力层岩土性状和厚度是否符合设计或规范要求。2.检测的范围检测的范围钻芯法基桩检测技术的适用范围包括: 1)钻芯法是检测钻(冲)孔、人工挖孔等现浇混凝土灌注桩的成桩质量的一种有效手段,不受场地条件的限制,特别适用于大直径混凝土灌注桩的成桩品质检测; 2)受检桩桩长比较大时,成孔的垂直度和钻芯孔的垂直度很难控制,钻芯
24、也容易偏离桩身,故要求受检桩桩径不宜小于800mm、长径比不宜大于30。373.钻芯法抽检数量钻芯法抽检数量 混凝土桩桩身完整性检测方法有低应变法、声波透射法、钻芯取样法等,建筑基桩检测技术规范(JGJ 1062003)明确规定了桩身完整性抽检数量: 1)柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于l根; 2)设计等级为甲级,或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩,抽检数量不应少于总桩数的30,且不得少于20根;其它桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20,且不得少于10根; 3)对端承型大直径灌注桩,应在上述两款规定的抽检桩数范围内,选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测,抽检数
25、量不应少于总桩数的l0; 4)地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩,以及单节混凝土预制桩,抽检数量可适当减少,但不应少于总桩数的10,且不应少于10根; 5)工程有特殊需要时,应适当加大抽检数量,尤其是低应变法检测具有速度快、成本低的特点,扩大检测数量能更好了解整个工程基桩的桩身完整性情况。 上述规定可以这样理解:对大直径灌注桩,如果采用低应变与钻芯取样法或声波透射法联合检测,多种方法并举,则钻芯取样法或声波透射法抽检数量不应少于总桩数的10,其余按上述1)、2)两款规定的抽检桩数减去钻芯取样法或声波透射法检测数量进行低应变检测。3810.6.2 钻芯法检测的设备钻芯法检测的设
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