《基桩无损试验技术全面解决方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基桩无损试验技术全面解决方案（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基桩无损试验技术全面解决方案 韩 亮1，2（1欧美大地仪器设备有限公司，北京 100062；2。岩泰高新技术顾问工程有限公司,广州 510620） 摘 要: 本文以国外动力试验方法为基础，较为全面地介绍了当前基桩无损检测中先进的测试技术，如波动方程精确模拟打桩过程、超声波成孔检测、滑动测微计测试桩身内力及打桩监控试验等，并提出基桩无损试验技术全面解决方案应用到基桩工程全过程。 关键词: 波动方程；超声波成孔检测；滑动测微计测试桩身内力；打桩监控试验；全面解决方案 1 前言 桩基础是隐蔽工程，不同的工程地质条件会采用不同桩型及施工工艺。在桩基工程设计、 施工、验收各个阶段都需要采用经济合理的技术
2、方法解决各种不同的问题1。常规的基桩检测主要以静载试验确定承载力，以低应变动力试验确定桩身完整性。当有同等条件下静载试验资 料时采用高应变动力试验也可以确定单桩竖向极限承载力。对于大直径灌注桩采用声波透射法 测试桩身完整性。随着近年来测试理论和测试技术的发展，以先进的动测技术为主的试验方法 越来越广泛地应用于桩基工程。下面就基桩设计、施工和验收各阶段应用无损试验技术全面解 决方案作一简述。 2 全面解决方案 按照打入桩和灌注桩进行分类，以桩基设计、施工、验收三个阶段进行归纳总结。详细试 验方法如下表1。 表1 用于打入桩 GELWEAP波动方程分析软件 设计阶段 用于打入桩和 灌注桩 Slid
3、ing micrometer滑动测微计应变线法监测桩身内力 用于灌注桩 KODEN超声波成孔检测 PIR-A打桩记录 施工阶段 用于打入桩 PDA打桩监控试验 PIR-D打桩记录 用于灌注桩 CHA声波透射法 低 应 变 应力波反射法PIT-V/PIT-FV PIT-W瞬态机械阻抗法、双速度测试、侧剖面分析 验收阶段 用于打入桩和 灌注桩 高 应 变 PDA高应变动力试验 PDA打桩监控试验 CAPWAPW实测曲线拟合 2.1设计阶段 2.1.1 GRLWEAP波动方程分析 对于打入桩，如混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩等，可以利用波动方程模拟计算在特定 地质条件下打桩的全过程，得到桩身动应力变
4、化、承载力情况及锤击数等丰富信息，可以帮助 设计人员确定桩基类型、承载力及其打桩系统。 目前世界上主导及首选打桩波动方程分析程序就是GRLWEAP，它可以模拟冲击或振动打 桩机在打入过程中桩的运动及受力情况。对于给定的桩锤系统，可依据实测的锤击数计算打桩 阻力、桩身动力应力变化及预估承载力；可用贯入度替代锤击数进行振动打入桩分析；对于已 知的打桩过程土质情况及承载力要求，可帮助选择合适的锤和打桩系统；可打性分析可确定打桩过程中桩身应力是否超限或拒锤不能打入预期的深度；另外还可估计总打入时间。图1为在 GRLWEAP中建立的桩-土-锤模型图，图2为可打性分析结果图。当然波动方程分析结果还包括很
5、多成果，这里就不详述。 图1 桩-土-锤模型 图2 可打性分析结果图 2.1.2 应变线法监测新技术 基桩内力测试传统方法必须满足两个假设前提：一是变形协调，即钢筋计上应力与桩身钢 筋上应力相等且钢筋计上应变与混凝土应变协调；二是桩身弹性模量为恒量。但实际上轴向应 力(力)分布和轴向应变均不符合假设条件。桩身弹性模量随着荷载的不同会发生较大变化的， 这一点也与假设条件不符。传统方法只是在土层交界面处的桩身中预埋钢筋计，属于点法监测， 温度影响和零点漂移不可避免，且测点有限不能反映某段桩身应力应变的变化。 采用滑动测微计法测试基桩内力可以克服上述不足， 它属于线法监测。 基本原理如图3所示， 在
6、桩身中埋设套管和特制的测环（球-锥定位原理） ，荷载作用下用一个探头连续地测定标距为 1m测段的平均应变值。这样就得到了不同荷载下整个桩长范围内的应变变化。根据测量结果， 不仅可提供摩阻力、端阻力等静力试桩所需的全部参数，还可全面地评估混凝土质量、等级， 计算桩身平均弹性模量及任何部位的弹性模量，弹性模量随应变量级的变化规律，指出桩身混 凝土的缺陷及其准确位置6。 滑动测微计用于竖向抗压静载试验，基桩内力测试可得到桩侧各土层抗压摩阻力和桩端支 承力，如图4所示；对水平静载试验桩，可准确测定水平位移（挠度）分布曲线，准确定出最大 弯矩点。同时可以进行湿陷性黄土、冻土对桩侧的摩阻力的变化影响（负摩
7、阻力）研究。此外， 还可以监测挡土墙桩深基坑，测定挡土墙桩沿桩深的连续应变曲线、轴应力曲线、轴线各点水 平累计位移曲线；边坡监测，准确寻找边坡体滑动面的位置；准确测出坝体迎水面张应变的连 续分布、坝基体渗水观测等。图5为实测应变曲线，图6为计算的摩阻力曲线。 近年来岩泰高新技术公司利用滑动测微计技术成功地测定了几十个工程几百条试桩的内力 测试，桩型包括钢管桩、灌注桩、方型预制桩、预应力管桩、支盘桩等，通过荷载-应变关系曲 线可较准确地计算桩侧摩阻力、端阻力、最大弯矩点，临界水平荷载、极限水平荷载、挠度曲 线、负摩阻力等桩基设计的主要参数，还可全面地评价桩身质量，准确地指出缺陷部位。大量 工程实
8、例表明，该技术是一种高精度、使用方便、在岩土工程领域具有广阔应用前景的方法。 02000400060008000100001200014000160000400080001200016000桩 顶 荷 载 (kN)总摩阻力及端阻力(kN)桩 顶 荷 载 (kN)总摩阻力及端阻力(kN)F.Force E.Force图3 滑动测微计测试原理 图4总摩阻力和端阻力 SZ3西测管实测应变()SZ3西测管实测应变()0510152025303540455002004006008001000 1200 1400桩长(m)桩长(m)2400kN 3600kN 4800kN 6000kN 7200kN 84
9、00kN 9600kN 10800kN 12000kN 13200kN 14162kN051015202530354045500306090120150180摩阻力摩阻力(kPa)桩长(m)桩长(m)2400kN 3600kN 4800kN 6000kN 7200kN 8400kN 9600kN 10800kN 12000kN 13200kN 14400kN图5 实测应变曲线 图6 摩阻力曲线 2.2施工阶段 2.2.1 打桩监控试验 对于打入桩，可以采用PDA打桩分析仪进行打桩监控试验，得到桩身锤击动应力变化、桩身完整性、打桩锤转换能量及初打承载力等信息。打桩监控试验使用两个应力传感器和两个
10、加速度传感器对称固定在桩顶附近(或钢铸替打上)，随连续锤击沉桩过程，记录每一锤作用下力F(t)和速度V(t)与阻抗Z乘积的变化，然后利用波动理论计算方法，获取大量的重要信息和分析结果。概括起来可以得到以下三个方面的结果：基桩的可打性分析，即通过桩身锤击应力监测和锤击能量监测，评判打桩机能否适应场地工程地质条件将桩有效地打入设计深度；桩身结构完整性；基桩竖向极限承载力5。图7为实测桩身最大压、拉应力及传递能量曲线。 图7 实测桩身最大压、拉应力及传递能量曲线 2.2.2 超声波成孔检测 利用超声波反射技术,对灌注桩孔或连续墙槽的成孔质量进行综合检测。 将超声波探头沿充 满泥浆的钻孔中心以一定速率
11、下放,在连续下放过程中,发射探头垂直孔壁发射超声波脉冲,接 收探头接收孔壁反射信息。当孔壁坚实牢固(或缩径)时, 超声波传播双程旅行时间短、反射强 度大;当孔壁疏松、塌孔(或扩径)时, 超声波传播双程旅行时间长、反射强度小甚至接收不到反 射信号。这样,从孔口到孔底通过记录反射时间和反射强度,可计算出钻孔在不同深度处的孔径 值及反映孔壁状况,进而还计算出孔深、垂直度等参数2。 经过大量的工程实践使我们对灌注桩有了更全面的认识，成孔质量检测大大有助于成桩质 量的检测。成孔检测能够准确地给出钻孔参数及施工情况，可以作为成桩检测的重要补充，为 检测部门和设计部门提供分析依据。此外，通过大量工程实践发现
12、目前国内钻孔灌注桩的成孔 质量问题还是普遍存在的，这与有关部门对成孔质量检测重视不够是分不开的。为确保工程质 量，应该依靠先进的技术手段加大重视成孔质量检测，特别是对试桩和开工初期的工程桩更要 予以重视，以便于科学合理地选取适合场地地层特点的施工工艺和施工机具。如图8为实测孔斜 记录，图9为实测支盘桩孔孔形。 图8 发生孔斜实测记录 图9 实测支盘桩孔孔 2.3验收阶段 形 透射法技术 桩身完整性常用方法之一。它是在桩身中预埋若干根声测管，2.3.1 CHA声波声波透射法是检测混凝土灌注桩声测管材质可以是铁管或PVC管，管内充满清水作为声耦合剂。然后将超声脉冲发射换能器和接收换能器分别置于声测
13、管中同一水平高度。测试过程中，两个换能器保持同步移动，发射换能器发射超声脉冲通过桩身混凝土到达接收换能器接收。如果桩身混凝土有缺陷，则会引起接收波形发生变化。通过分析接收波的首波初至、幅值、频率和波形特征，可以判定缺陷位置和缺陷程度。目前主要判缺方法是采用数学统计法和PSD斜率法。两种方法只有在声测管管对严格平行时才可准确的识别缺陷。然而，声测管间在埋设过程中经常造成不平行或产生局部倾斜，或者即便声测管平行，测试中发射和接收换能器常常不能保持同一高度甚至差距很大；再加上桩身混凝土本身的非线性和复杂的缺陷性质等众多因素的影响， 常常使得数学统计法或PSD法计算的临界值和异常点与实际不符而造成误判
14、。 CHA声波透射法技术对常规测试和解释方法进行了改进，提高了判缺的准确度。主要的改进 包括 （1） 相对能量判别缺陷； （2） 阈值法识别首波初至时间； （3） 双深度编码器实时定位； （4） 综合分析方法； （5）三维成像分析技术3。 图10 综合法判定缺陷 图11三维成像分析结果 2.3.2 PIT基桩低应变动力检测分析技术 PIT基桩低应变动力检测分析技术中不仅提供了常规的时域分析方法， 而且还能完成频域分 析、侧剖面分析、双速度分析和瞬态机械阻抗法分析4等先进的数据处理方法，大大提高了测试精度并扩大了应用范围。 对于既有结构下桩基测试，可采用两个加速度计分别安装在距桩顶深度为Z1和Z
15、2处。利用 实测两个速度记录可以准确计算两传感器之间桩身混凝土的平均波速。还可以将上行应力波从 下行应力波中分析出来，从而消除上部结构界面上复杂的应力波反射，得到与桩身阻抗有关的 反射信号。图12为实测的双速度曲线和分离出的上行波曲线。采用瞬态机械阻抗法除了得到一 条速度速度曲线V(t)外，还可以得到一条力曲线F(t)。实测导纳曲线，求取刚度高和几何平均导 纳值特别有助于浅部缺陷的识别。图13为实测导纳曲线图。 图12 实测双速度曲线和分离出的上行速度曲线图 图13 实测导纳曲线图 3 结论 基桩无损测试技术全面解决方案可以科学合理地确定桩身完整性、承载力，对于打入桩可 以确定桩身应力、锤击效能；对于灌注桩可以确定成孔质量、缺陷的定量化；采用滑动测微计 测量桩身内力可以适合所有桩型，克服了其他方法的不足，对基桩的设计、施工、验收各个阶 段非常实用。 参考文献： 1 刘金励.建筑桩基技术规范(JGJ94-94)S.北京：中国建筑工业出版社，1995 2 韩亮. 非等截面桩超声波成孔质量检测J. 物探与化探. 第29卷第2期.2005年4月 3 韩亮，王正成. 声波透射法新技术在桥梁灌注桩检测中的应用J. 铁道建筑.2006年10月 4 韩亮. PIT基桩低应变动力试验分析技术J.第16届全国结构力学会议论文集.2007年7月 5 韩亮.打桩
