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1、-桩基动力检测技术河北省建筑科学研究院路彦兴0311-85812122 13903217722一、基桩检测的分类1基桩动力检测1）低应变法检测桩身质量。2）高应变法检测桩身完整性和单桩承载能力。2静力试桩检测桩的承载能力（竖向、水平）二、动力试桩1）低应变法检测桩身质量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程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。低应变可分为反射波方法，机械阻抗法，击球法，动力参数法、水电效应法，火箭法等。2）高应变法用重锤冲击桩顶，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
2、判定的检测方法。高应变可分为Case法动力打桩公式，波形拟合法 锤击贯入法等。三、几个定义1桩身完整性反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料质量和连续性的综合定性指标。2桩身缺陷使桩身完整性恶化，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、峰窝、松散等现象的统称。3钻芯法测桩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，判定桩端岩土性状的方法。四、反射波法的基本原理1 基本原理：一般桩长都大于桩的直径（L / D 5：1），因此桩可视为一维弹性杆件，当桩顶作用一脉冲力后，便有应力波沿桩身传播，遇到（广义）波阻抗（Z=A
3、C）变化时，应力波在传播过程中将产生反射、透射等物理现象。若应力波由Z1，传入Z2则反射系数：RV=（Z1- Z2）/（Z1+Z2）透射系数：IV=2Z1/（Z2+Z1）桩遇到断裂、离析、缩径时：Z20正相反射扩径时：Z2Z1 RV0反相反射2 检测技术：（1） 传感器的选择与安装（2） 激振技术3 曲线的判读方法：桩遇到断裂、离析、缩径时：Z20正相反射扩径时：Z2Z1 RVc/2LIII有明显缺陷反射波，其他特征介于II类和IV类之间IV2L/c时刻前出现严惩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
4、频差fc/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重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。8.4.4对于混凝土灌注桩，采用时域信号分析时应区分桩身截面渐变后恢复至原桩径并在该阻抗突变处的一次反射，或扩径突变处的二次反射，结合成桩工艺和地质条件综合分析判定受检桩的完整性类别。必要时，可采用实测曲线拟合法辅助判定桩身完整性或借助实测导纳值、动刚度的相对高低辅助判定桩身完整性。8.4.5对于嵌岩桩，桩底时域反射信号为单一反射波
5、且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核验桩端嵌岩情况。8.4.6出现下列情况之一，桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行：1实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价。2桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。8.4.7低应变检测报告应给出桩身完整性检测的实测信号曲线。8.4.8检测报告除应包括本规范第3.5.5条内容外，还应包括下列内容：1桩身波速取值。2桩身完整性描述、缺陷的位置及桩身完整性类别；3时域信号时段所对应的桩身长度标尺、指数或线性放大的范围及倍数；或幅频信号曲线分析的频率范围、桩底或桩身缺陷对应的相邻谐振峰间的频差。9 高应变法9.1适用范围9.1.1本方法适用于检测
6、基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。9.1.2进行灌注桩的竖向抗压承载力检测时，应具有现场实测经验和本地区相近条件下的可靠对比验证资料。9.1.3对于大直径扩底桩和Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用本方法进行竖向抗压承载力检测。9.2 仪器设备9.2.1检测仪器的主要技术性能指标不应低于现行行业标准基桩动测仪JG/T3055中表1规定的2级标准，且应具有保存、显示实测力与速度信号和信号处理与分析的功能。9.2.2锤击设备宜具有稳固的导向装置；打桩机械或类似的装置（导杆式柴油锤除外）都可作为锤击设备。9.2
7、.3高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸钢制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.01.5范围内。9.2.4进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限承载力的1.0%1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。9.2.5桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定。9.3现场检测9.3.1检测前的准备工作应符合下列规定：1预制桩承载力的时间效应应通过复打确定。2桩顶面应平整，桩顶高度应满足锤击装置的要求，桩锤重心应与桩顶对中，锤击装置架立应垂直。3对不能承受锤击的桩头应加
8、固处理，混凝土桩的桩头处理按本规范附录B执行。4传感器的安装应符合本规范附录F的规定。5桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用1030mm厚的木板或胶合板等材料。9.3.2参数设定和计算应符合下列规定：1采样时间间隔宜为50200s，信号采样点数不宜小于1024点。2传感器的设定值应按计量检定结果设定。3自由落锤安装加速度传感器测力时，力的设定值由加速度传感器设定值与重锤质量的乘积确定。4测点处的桩截面尺寸应按实际测量确定，波速、质量密度和弹性模量应按实际情况设定。5测点以下桩长和截面积可采用设计文件或施工记录提供的数据作为设定值。6桩身材料质量密度应按表9.3.2取值。表9.3.2桩身材料质量密度（
9、t/m3）钢桩混凝土预制桩离心管桩混凝土灌注桩7.852.452.502.552.602.407桩身波速可结合本地经验或按同场地同类型已检桩的平均波速初步设定，现场检测完成后应按第9.4.3条调整。8桩身材料弹性模量应按下式计算E=c2式中：E桩身材料弹性模量（kPa）；c桩身应力波传播速度（m/s）；桩身材料质量密度(t/m3)；9.3.3现场检测应符合下列要求：1交流供电的测试系统应良好接地；检测时测试系统应处于正常状态。2采用自由落锤击设备时，应重锤低击，最大锤击落落距不宜大于2.5m。3试验目的为确定预制桩打桩过程中的桩身应力、沉桩设备匹配能力和选择桩长时，应按本规范附录G执行。4检测
10、时应及时检查采集数据的质量；每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移、贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情装饰品综合确定。5发现测试波形紊乱，应分析原因；桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。9.3.4承载力检测时宜实测桩的贯入度，单击贯入度宜在26mm之间。9.4检测数据的分析与判定9.4.1检测承载力时选取锤击信号，宜取锤击能量较大的击次。9.4.2当出现下列情况之一时，高应变锤击信号不得作为承载力分析计算的依据：1传感器安装处理混凝土开裂或出现严重塑性变形使力曲线最终未归零；2严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍；3触变效应的影响，预制桩在多次锤击下承载力下降
11、；4四通道测试数据不全。9.4.3桩身波速可根据下行波波形起升沿的起点到上行波下降沿的起点之间的时差与已知桩长值确定（图9.4.3）；桩底反射信号不明显时，可根据桩长、混凝土波速的合理取值范围以及邻近桩的桩身波速值综合确定。9.4.4当测点处原设定波速堕落有高速后的桩身波速改变时，桩身材料弹性模量和锤击力信号幅值的高速应符合下列规定：1桩身材料弹性模量应按本规范式（9.3.2）重新计算。2当采用应变式传感器测力时，应同时对原实测力值校正。9.4.5高应变实测的力和速度信号第一峰起始比例失调时，不得进行比例调整。9.4.6承载力分析计算前，应结合地质条件、设计参数，对实测波形特征进行定性检查：1
12、实测曲线特征反映出的桩承载性状。2观察桩身缺陷程度和位置，连续锤击时缺陷的扩大或逐步闭合情况。9.4.7以下四种情况应采用静载法进一步验证：1桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。2桩身缺陷对水平承载力有影响。3单击贯入度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。4嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/c后无明显端阻力反射；也可采用钻芯法核验。9.4.8采用凯司法判定桩承载力，应符合下列规定：1只限于中、小直径柱。2桩身材质、截面应基本均匀。3阴尼系数Jc宜根据同条件下靜载试验结果校核，或应在已取得相近条件下可靠对比资
13、料后，采用实测曲线拟合法确定Jc值，拟合计算的桩数不应少于检测总桩数的30%，且不应小少于3根。4在同一场地、地质条件相近和桩型及其截面积相同情况下，Jc的极差不宜大于平均值的30%。9.4.9凯司法判定桩承载力可按下列公式计算：式中Rc由凯司法判定的单桩竖向抗压承载力(kN)；Jc凯司法阻尼系数；t1速度第一峰对应的时刻(ms)；F(t1)- t1时刻的锤击力(kN);V(t1)- t1时刻的质点运动速度(m/s);Z桩身截面力学阻抗（kNs/m）；A桩身截面面积（m2）；L测点下桩长（m）。注：公式（9.4.9.1）适用于t1+2L/c时刻桩侧和桩端土阻力均已充分发挥的摩擦型桩。对于土阻力
14、滞后于t1+2L/c时刻明显发挥或先于t1+2L/c时刻发挥并造成上部强烈反弹这两种情况，宜分别采用以下两种方法对Rc值进行提高修正：1适当将t1值延时，确定Rc的最大值。2考虑卸载回弹部分土阻力对Rc值进行修正。9.4.10采用实测曲线拟合法判定桩承载力，应符合下列规定：1所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。2拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。3曲线拟合时间段长度在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于20ms；对于此油锤打桩信号，在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于30ms。4各单元所选用的土的最大弹性位移值不
15、应超过相应桩单元的最大计算位移值。5拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应基本吻合。6贯入度的计算值应与实测值接近。9.4.11本方法对单桩承载力的统计和单桩竖向抗压承载力特征值的确定应符合下列规定：1参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩承载力统计值。2当极差超过30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定。必要时可增加试桩数量。3单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按本方法得到的单桩承载力统计值的一半取值。9.4.12桩身完整性判定可采用以下方法进行：1采用实测曲线拟合法判定时，拟合所选用的桩土参数应符合本规范第9.4.
16、10条第12款的规定；根据桩的成桩工艺，拟合时可采用桩身阻抗拟合或桩身裂隙(包括混凝土预制桩的接桩缝隙)拟合。2对于等截面桩，可按表9.4.12并结合经验判定；桩身完整性系数和桩身缺陷位置应分别按下列公式计算：式中桩身完整性系数；tx缺陷反射峰对应的时刻（ms）；x桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；Rx缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射波起始点的力与速度乘以桩身截面力学阻抗之差值，取值方法见图表9.4.12桩身完整性判定类别值类别值I=1.0III0.60.8II0.81.0IV0.69.4.13出现下列情况之一时，桩身完整性判定宜按工程地质条件和施工工艺，结合实测曲线拟合法或其创始检
17、测方法综合进行：1 桩身有扩径的桩。2 桩身截面渐变或多变的混凝土灌注桩。3 力和速度曲线在峰值附近比例失调，桩身浅部有缺陷的桩。4 锤击力波上升缓慢，力与速度曲线比例失调的桩。9.4.14桩身最大锤击拉、压成力和桩锤实际传递给桩的能量应分别按本规范的附录G相应公式计算。9.4.15高应变检测报告应给出实测的力与速度信号曲线。9.4.16检测报告除应包括本规范第3.5.5条内容外，还应包括下列内容：1计算中实际采用的桩身波速值和Jc值；2实测曲线拟合法所选用的各单元桩土模型参数，拟合曲线、土阻力沿桩身分布图；3实测贯入度；4试打桩和打桩监控所采用的桩锤型号、锤垫类型，以及监测得到的锤击数、桩侧和桩端静阻力、桩身锤击拉应力和压应力、桩身完整性以及能量传递比随入土深度的变化。-第 41 页-