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1、(完整版)桩基检测毕业论文设计 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，而桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以
2、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世，由于打桩能力的制约，桩长及承载力
3、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作，用于桩体测试的应力、应变传感器
4、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检测基桩完整性。在基桩完整性检：
5、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身促进了桩土荷载传递机理
6、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和极限桩顶下沉量Su
7、 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(ld8
8、0)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，尤其是水下灌注时差异
9、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,从而对桩的质量作
10、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
11、济效益，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
12、的，即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
13、中目前都存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
14、灌注桩中大约有 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
15、其功能分为：均质土中摩擦桩、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。
16、1.3.2机械挖孔灌注桩常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，
17、其误差应小于2毫米，内壁须光滑无阻，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
18、内都会形成空管，再次灌注时，桩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
19、分导管；导管拆除一部分后，可适当上下活动导管；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4 m时，通常认为使用竹竿通过手感测量砼面更直观，精度更高。 2)砼终灌
20、拔管前，应使用导管适当地插捣砼，把桩身可能存在的气包尽量排出桩外后，以便精确测量砼面。也可通过导管插捣使桩顶砼摊平。（6）灌注砼时桩孔坍孔。预防方法 1)灌注砼过程中，要采取各种措施来稳定孔内水位，还要防止护筒及孔壁漏水。 2)用吸泥机吸出坍入孔内的泥土，同时保持或加大水头高度，如不再坍孔，可继续灌注。 3)如用上法处治，坍孔应不停时，或坍孔部位较深，宜将导管、钢筋笼拔出，回填粘土，重新钻孔。 （7）孔位倾斜。防治措施： 1)首先要扩大桩机支承面积，使桩机稳固，并保证钻机平台水平。 2)采取经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。 3)严格按照规范要求先配
21、钻杆。 第二章桩基检测原理 工程桩的质量检测，主要包括单桩极限承载力的检测和桩身完整性的检测。而针对这两方面的检测，到目前为止，发展起来的检测方法也比较多。既有传统的检测方法，也有新兴的检测方法。本文也主要是讲述世界各国普遍广泛采用的桩基检测方法的原理与应用。这些检测方法的理论基础比较成熟，检测手段也容易实际操作，检测结果安全、可靠。在这些检 测原理与方法中，用来检测单桩极限承载力方法有：静载试验法、高应变法、自平衡测试法：而桩身完整性的检测方法包括：钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法四种。在实际的工程检测中，有的方法对桩质量两方面都可以进行检测。比如：高应变法，既可用来判定单桩竖向搞压是
22、否满足设计，又可以用来检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。有的方法可以用来对工程桩或试验桩进行扩大检测以验证检测结果的正确性。本文将对这六种检测方法进行详细的阐述： 2.1单桩静载试验 桩的静载试验是获得桩轴向抗压，抗拔以及横向承载力的最基本、最可靠的方法。常规的静载试验通常有四种：单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔试验、单桩水平静载试验以及桩身自反力平衡测试法。 2.1.1 单桩竖向抗压静载试验 本试验用于检测单桩的竖向抗压承载力。对设计提供依据的试验桩，应加载至破坏；当桩的承载力以桩身强度控制时，可按要求的加载量进行；对工程桩抽样检测时，加载量不应小于设计要求的单桩承载力特征值的2.
23、0倍。 （一）试验原理 试验采用快速维持荷载法分级对桩进行加载，加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装，由高压油泵站带动千顶加载，荷载量由RS-JYB桩基静载荷测试分析系统控制或由高压油泵上压力表度量，桩顶沉降量由位移传感器通过RS-JYB基静载荷测系统测量或由百分表测量。 （二）现场检测方法 试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。桩顶部宜高出试坑底面，试坑底面宜与桩承台底标高一致。混凝土桩头加固参照规范执行。 对作为锚桩用的灌注桩和有接头的混凝土预制桩，检测前宜对其桩身完整性进行检测。 试验加卸载方式应符合下列规定： 1 加载
24、应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的110，其中第一级可取分级荷载的2倍。 2 卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。 3 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该级增减量的 10%。 为设计提供依据的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法。慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定： 1 每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。 2 试桩沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次（从每级荷载施加后第30min开始，由三次或三次以上每 30min的沉降观测值计算）。 3 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4卸载时，每级荷载维持1h，按第5、15、30、60min测读桩顶沉降量；卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为5、15、30min，以后每隔30min测读一次。 施工后的工程桩验收检测宜采用慢速维持荷载法。当有成熟的地区经验时，也可采用快速维持荷载法。快速维持荷载法的每级荷载维持时间不得少于1h。当桩顶沉降尚未明显收敛时，不得施加下一级荷载。 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沉降量的5倍。