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桩基检测主要方法全过程介绍以及试验分析

387 2020-11-11 16:29:30





桩基检测是每个桥梁工程师必备的知识,其实在桥梁或者其他重要的结构物施工工程中,桩基一直以来是头等大事,桩基出现任何问题,不仅会造成成本的巨大损失,而且会对工期产生很大影响,所以应该引起我们的高度重视。然而问题终究因为各种因素的影响,存在问题有时候突然,有时候也是必然。那么我们怎么办呢?

我认为,要避免这些问题,首先我们要搞清楚,桩基合格与否的评判标准,桩基是如何检测的呢,作为施工单位的技术人员一定要清楚桩基的检测原理、方法。

第一我们可以有正对性的提前检测和摸底;

第二对于检测单位的检测结果存在异议时,也可以据理力争,当然桩基质量必定不能有大的问题。有问题必须处理;

第三知道这些知识可以在桩基施工的过程中,有正对性的避免施工错误,以减少不合格桩。

本文主要讲解主要的桩基检测方法:低应变检测法、高应变检测法、静载试验、声波透射检测法,属于知识类。在桩基检测方法中,根据检测的目的进行划分,主要分为桩基承载力检测和桩基完整性检测。本文详细介绍单桩竖向抗压静载试验、低应变、高应变、声波透射法的全过程,以及对试验结果分析。

      

1、单桩竖向抗压静载试验(本方法可做为参考)

比如:类型Ⅰ、类型Ⅱ的单桩抗压承载力特征值分别为:7000KN、8500KN。以总桩数的1%进行单桩竖向抗压承载力检测,来确定单桩承载力是否满足设计要求。本次对桩基类型Ⅱ静载静载试验及结果分析。(图1)

                                                (图1)

1.1、静载试验前准备工作

单桩竖向抗压静载试验采用锚桩法,一组试验需要设置1颗试验桩及4颗锚桩。锚桩和试桩桩径、桩深一致,布置位置如图所示。                    

1.2、试桩桩帽制作

根据设计要求及试桩检测方法,试验桩需做桩帽,帽高出砼垫层810mm。桩头加固前,需要凿除试桩顶部不密实的混凝土。安防桩帽护筒,桩帽护筒采用Q235级厚度5mm钢护筒,护筒底部低于桩顶标高300mm,护筒直径详见下图。在钢护筒内加装5层C16@50/100/150/150钢筋网片,护筒上缘布置10C25与试验桩钢筋笼连接,长度1500mm。护筒内钢筋安装完成后及时浇筑桩帽混凝土,桩帽混凝土等级高于桩身混凝土等级一级。

1.3、安装检测装置

桩帽混凝土养护达到设计要求强度后,采用锚桩法(四桩工字型锚)进行静载试验。首先将两台1000t千斤顶放置在试验桩桩帽顶部,保证2个千斤顶的合力通过试验桩的中心。然后安装主梁和次梁,并将锚桩主筋与次梁上方的扁担梁用高强拉杆连接在一起。在桩顶以下200mm位置对称安防4个位移计并固定在基准梁上,用于检测试验桩的沉降量。
               

1.4、试验参数

单桩竖向抗压静载试验最大加载值为设计单桩竖向抗压承载力特征值的2.0倍,锚桩横梁反力不低于试验最大加载值的1.2倍,试验有关参数见表

1.5、静载试验加载、卸载方式
①试验采用慢速维持荷载法,加载应分级进行,且采用逐级等量加载。桩径1m的试桩单桩竖向抗压承载力特征值8500kN,试验过程中,最大加载量时17000KN,每级加载量为1700KN,第一级加载量取2倍的分级加载量施加,其余按级加压。
②沉降观测:每级荷载施加后,应分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶沉降量,以后每隔30min读一次桩顶沉降量。
③沉降相对稳定标准:每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm,并连续出现两次(从分级荷载施加后的第30min开始,按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算)。
④试验达到加载终止条件,开始卸载,卸载每级为加载时分级加载量的2倍,逐级等量卸载;每级荷载应维持1h,分别按第15min、30min、60min测读桩顶沉降量后,即可卸下一级荷载;卸载至零后,应测读桩顶残余沉降量。
⑤加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。
1.6、终止试验条件
当出现下列情况之一时,可终止加载:
①某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的5倍,且桩顶总沉降量超过40 mm。
②某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的2倍,且经24h尚未达到相对稳定标准。
③已达到设计要求的最大加载值且桩顶沉降达到相对稳定标准;
④荷载-沉降曲线呈缓变型时,可加载至桩顶总沉降量60mm~80mm;当桩端阻力尚未充分发挥时,可加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

1.7现场试验结果

桩径1m的试桩在各级荷载作用下的沉降量、稳定时间如下表。根据试验观测数据绘制的竖向荷载-沉降(Q-S)曲线和沉降-时间对数S-Igt曲线见图2、图3。            


1.8现场试验结果分析

(1)单桩竖向抗压极限承载力判断方法:
①根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型 Q-s 曲线,应取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值;②根据沉降随时间变化的特征确定:应取 s-lgt 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值;③某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的 2 倍,且 24h 沉降尚未达到相对稳定标准的情况时,取前一级荷载值;④对于缓变型 Q-s 曲线,宜根据桩顶总沉降量,取s等于40mm对应的荷载值;对D(D 为桩端直径)大于等于 800mm 的桩,可取 s 等于 0.05D 对应的荷载。⑤不满足①~④款情况时,桩的竖向抗压极限承载力宜取最大加载值。



2、低应变试验
低应变桩基检测原理,低应变法桩身完整性检测以一维弹性波动理论为基础。应力波在桩身传播过程中,遇到波阻抗差异界面将产生反射,不同的阻抗界面性质产生不同的信号特征,通过对时域及频域曲线进行综合分析,最终确定桩身完整性。低应变法桩身完整性检测原理示意图见下图。
 
2.1 试验前准备工作
(1)采用低应变法进行桩身完整性检测时,受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%,且不应低15MPa。
(2)低应变试验检测前,需对挖出的桩顶,剔除桩顶浮浆,平整、清理桩周场地。
(3)在桩顶清理完后,分别在桩径800mm、1000mm,桩心对称布置3个~4个检测点,检测点宜在桩顶距桩中心2/3r(r为桩半径)处;激振点设置在桩中心位置。检测点和激振点位置采用角磨机磨平。

2.2现场检测
将传感器安装在桩顶磨好的平面上,采用耦合剂进行粘结,用尼龙锤或力棒进行激振。应进行多次重复激振,以增强反射信号,压制随机干扰,提高信噪比。在尼龙锤或用力棒进行激振时,应避免碰撞钢筋,以免影响检测数据。
2.3现场检测结果和分析
根据实测资料整理,分析桩身的完整性。确定应力波在桩身的传播速度。
(1)合格桩,低应变检测曲线图:桩底反射清晰,无缺陷反射波出现。
(2)缩颈桩,低应变检测曲线图:缩颈处截面积变小,波阻抗减小,应力波遇到缩颈会产生与入射波同相的反射,波形比较规则,波速正常。
(3)扩径桩,低应变检测曲线图:波形较规则,一般能见桩底反射波。




3、声波透射法试验

声波透射法桩身完整性检测工作原理:发射换能器发射超声脉冲,脉冲信号在被测介质(灌注桩)中传播发生绕射、折射、多次反射及衰减,使接收声学信号(时间、振动幅度、波形、主频等)发生变化,接收换能器接收到的信号反应了传播介质(即被测桩身混凝土)的声学信息。通过对接收到的声学参数综合分析,进一步判定基桩桩身混凝土缺陷程度并确定其位置。声波透射法桩身完整性检测示意图见下图。

3.1 试验前准备工作
(1)声测管埋设:声测管内径大于换能器外径。下端封闭、上端加盖并高出混凝土顶面100mm以上。声测管沿钢筋笼内侧呈对称形状布置,桩径800mm,埋设2根声测管;桩径≥1000mm,埋设3根声测管,桩径大于1.8m,埋设4根。声测管埋设示意图见下图。
            
(2)采用声波透射法进行桩身完整性检测时,受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%,且不应低15MPa。
(3)声波透射试验检测前,需对挖出的桩顶,剔除桩顶浮浆,平整、清理桩周场地。并向各声测管内注满清水,有测绳检测声测管畅通情况;换能器在声测管全程范围内正常升降。
3.2现场检测
(1)将发射与接收声波换能器通过深度标志分别放置于声测管中的测点处。发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降,测点间距不应大于100mm。
(2)实时显示和记录接收信号的时程曲线,读取声时、首波峰值和周期值,宜同时显示频谱曲线及主频值。
(3)将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合,分别对所有检测剖面完成检测。
(4)在桩身质量可疑的测点周围,应采用加密测点,或采用斜测、扇形扫测进行复测,进一步确定桩身缺陷的位置和范围。
(5)在同一根桩的各检测剖面的检测过程中,声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。  
3.3现场检测结果和分析
根据实测资料整理,绘制声速-深度曲线和波幅-深度曲线。分析桩身的完整性。
(1)合格桩判定
声参量-深度剖面图



4、高应变试验

       高应变试验的原理是:用重锤冲击桩顶,使桩-土产生足够的相对位移,一充分激发桩周土阻力和桩端支撑力,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,应用应力波理论分析处理力和速度曲线,从而判定桩的承载力和评价桩身质量的完整性。

       高应变检测结合了低应变检测和静载试验的功能,既能检测桩基的完整性,有能检测桩基的承载力,高应变试验填充了静载试验的确定。高应变试验示意图见下图。

4.1 试验准备工作
(1)试验前,需凿掉灌注桩桩顶部的破碎层和软弱混凝土,并对桩头进行加固。
(2)凿完桩头的桩,顶面应水平、平整,桩头主筋全部直通桩顶混凝土保护层之下,各主筋在一个平面上。
(3)桩头混凝土强度等级比桩身混凝土等级高出以1~2级。
(4)试验传感器对称安装在桩顶以下桩身两侧。
(5)力传感器中心与加速度器中心位于同一水平线上,安装好的传感器中心轴与桩中心轴保持平行。
(6)处理完的桩头,顶部设置桩垫,桩垫采用10mm~30mm厚的木板。
4.2 现场试验
(1)采用自由落锤为锤击设备,最大锤击落距不宜大于2.5m。
(2)试验中,发现测试波形紊乱,停止检测,分析原因。
(3)承载力检测时实测桩的贯入度,单击贯入度宜为2mm~6mm。
2.4.3现场检测结果和分析
根据实测资料整理,分析桩身的完整性。图1中波形表明桩身无缺陷,图2、3波形的前速度波位于力波的上面,表明桩身有严重缺陷,该缺陷可能产生裂缝。而且随着锤击的增加而加大。
图1                                 图2

 图3

5、对于取芯法等在此不再详述,取芯,你懂的。

总之,桩基完成后,如果您有一些担心,不妨先自己检测一下,这样也有时间做应对之策。


稿源: 米都优品

作者:乔家文耀

本文仅供学术经验分享之用

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