[建筑╱土木]河北省工程检测培训教材--地基基础工程检测

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地基基础工程检测建设工程质量检测培训教材地基基础工程检测96 地基基础工程检测目录概述第一章地基及复合地基静载荷试验第一节概述第二节浅层平板载荷试验第三节螺旋板和岩基载荷试验第四节其它载荷试验第五节工程实例第二章桩基承载力载荷试验第一节概述第二节单桩竖向抗压静载荷试验第三节单桩竖向抗拔载荷试验第四节单桩水平静载荷试验第五节工程实例第三章桩身完整性检测第一节低应变法第二节声波透视法第三节钻芯法第四章锚杆检测第一节基本试验第二节验收试验第三节蠕变试验96 地基基础工程检测概述一、地基基础工程检测的基本概念作为建筑物的地基（Foundation，subgrade），现在主要采用天然地基、人工地基（含复合地基）及桩基础。不同的地基所采用的检测方法也不尽相同。地基作为建筑物（构筑物）的主要受力构件，从他的受力机理来讲，概括起来有以下两方面：　一、强度及稳定性问题　当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。它会影响建（构）筑物的正常使用，甚至引起开裂或破坏。承载力较低的地基容易产生地基承载力不足问题而导致工程事故。土的抗剪强度不足除了会引起建筑物地基失效的问题外，还会引起其他一系列的岩土工程稳定问题，如边坡失稳、基坑失稳、挡土墙失稳、堤坝垮塌、隧道塌方等。　二、变形问题　当地基在上部结构的自重及外界荷载的作用下产生过大的变形时，会影响建（构）筑物的正常使用；当超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂。高压缩性土的地基容易产生变形问题。一些特殊土地基在大气环境改变时，由于自身物理力学特性的变化而往往会在上部结构荷载不变的情况下产生一些附加变形，如湿陷性黄土遇水湿陷、膨胀土的遇水膨胀和失水干缩、冻土的冻胀和融浣、软土的扰动变形等。这些变形对建（构）筑物的安全都是不利的。基于以上两点，对地基的强度及变形检测是非常重要的。对地基土及复合地基，新的规范中，将地基的静载试验的重要性提到了一个新的高度，取消了承载力取值表，强调以工程试验和工程经验。（载荷试验或其他原位测试公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。）对桩基：规范中，对于基础设计安全等级为一、二级的项目，均要求以静载试验方式来检验桩的承载力。中国建研院李大展研究员在《桩基工程检测的若干问题及建议》中认为静载试验是桩基检测的标准方法，动力检测只能是静载试验的一种补充，在桩的动力检测方法未取得突破性进展之前，桩静载试验仍然是桩承载力检验可靠的评定方法。二、地基基础工程检测的检测程序检测机构遵循必要的检测工作程序，不但符合我国质量保证体系的基本要求，而且有利于检测工作开展的有序性和严谨性，使检测工作真正做到管理第一、技术第一和服务第一的最高宗旨。具体的检测程序如下所述。（一）接受委托正式接手检测工作前，检测机构应获得委托方书面形式的委托函，以帮助了解工程概况，明确检测目的，同时也使即将开展的检测工作进入合法轨道。（二）调查、资料收集为进一步明确委托方的具体要求和现场实施的可行性，了解施工工艺和施工中出现的异常情况，应尽可能收集相关的技术资料，必要时检测人员到现场踏勘，使检测工作做到有的放矢，提高检测质量。检测工作应收集的主要资料有：岩土工程勘察报告、设计施工资料、现场辅助条件情况（如道路、水、电等）及施工工艺等等。（三）制定检测方案与前期准备在上述两项准备就绪后，应着手制定检测方案，方案的主要内容应包括工程概况、地质概况、检测目的、检测依据、抽检原则、所需的机械或人工配合、检测采用的设备、试验周期等等。96 地基基础工程检测（一）现场检测、数据分析与扩大验证现场试验必须严格按照规范的要求进行，以使检测数据可靠、减少实验误差。当测试数据因外界因素干扰、人员操作失误或仪器设备故障影响变得异常时，应及时查明原因应加以排除，然后重新组织检测，否则用不正当的测试数据进行分析，得出的结果必然不正确。扩大验证是指针对检测中出现的缺乏依据、无法或难以定论的情况所进行的同类方法或不同类方法的核验过程，以得到准确和可靠数据。扩大验证不能盲目进行，应首先会同建设方、设计、施工、监理等有关方分析和判断。然后再依据地质情况、设计及施工中的变异性等因素合理确定，并经有关方认可。（二）检测结果评价和检测报告1、检测结果评价通过现场监测数据，绘制各种辅助表格、曲线，进行综合分析，得出检测结果。检测结果需结合设计条件（如上部结构形式、地质条件、对地基的沉降控制要求等）与施工质量的可靠性给出。2、检测报告作为技术存档资料，检测报告首先应结论准确，用词规范，具有较强的可读性；其次是内容完整、精炼，其内容包括：（1）委托方名称、工程名称、地点。建设、勘察、设计、施工和监理单位，基础、结构形式，层数，设计要求，检测目的，检测数量，检测日期，样品描述；（2）地质条件描述；（3）检测点数量、位置和相关施工记录；（4）检测方法，检测仪器设备，检测过程描述；（5）检测依据，实测与计算分析曲线、表格和汇总结果；（6）与检测有关的结论。96 地基基础工程检测第一章地基及复合地基静载荷试验第一节概述一、地基及复合地基基本知识（一）天然地基凡是基础直接建造在未经加固的天然岩土层上时，这种地基称之为天然地基。作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。1.岩石：自然界各种各样的矿物，并不是孤立的个体，而是以一定的规律结合在一起的。由一种或多种矿物组成的集合体叫岩石。分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩石地基在我们日常工作中遇到的不多，我们经常遇到的第四系松散物“碎石土、砂土、粉土、粘性土”。2.碎石土：为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。碎石土分为：1）漂石：圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过全重50%2)块石：棱角形为主3)卵石：圆形、亚圆为主粒径大于20mm的颗粒含量超过全重50%4)碎石：棱角形为主5）圆砾：圆形、亚圆粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%6）角砾：棱角形为主3.砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。可分为：1）砾砂：粒径大于2mm的颗粒含量占全重25%～50%。2)粗砂：粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50%。3)中砂：粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50%。4)细砂：粒径大于0.075mm的颗粒含超过全重85%。5）粉砂：粒径大于0.075mm的颗粒含超过全重50%。4.粘性土：塑性指数Ip大于10的土。Ip>17粘土102.0m≥4d且>2.0m≥4d且>2.0m（二）量测装置1．测试仪表荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，亦可采用并联于千斤顶上的高精度压力表测定的油压，压力表的精度等级一般为0.4，并根据千斤顶的率定曲线换算成荷载。重要的桩基试验尚需在千斤顶上放置应力环或压力传感器，实行双控校正。96 地基基础工程检测沉降测量一般采用百分表或电测位移计。对于大直径桩，应在桩的两正交直径方向对称安装4个位移测试仪表；中、小直径桩可安装2个或3个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小于0.5倍桩径，固定和支承百分表的夹具和横梁在构造上应确保不因气温、振动及其它外界因素的影响而发生竖向变位。当采用堆载反力装置时，为了防止堆载引起的地面下沉影响测读精度，应用水准仪对基准梁进行监控。2．桩身量测元件为了比较准确地了解桩顶荷载作用下桩侧土的阻力及桩端土阻力的变化情况，需要在桩身中土层变化部位和桩端埋设量测元件。这些元件主要有振弦式钢筋应力计、电阻应变片和测杆式应变计。（1）振弦式钢筋应力计在桩顶荷载作用下，埋设于桩身中的振弦式钢筋应力计（简称钢筋应力计）中的钢弦会产生微量变形，从而改变了钢弦的原有应力状态及自振频率，钢筋应力计在室内预先标定，不同的钢筋应力值得出不同的自振频率，从而得到应力与频率关系的标定曲线。在现场测得钢筋应力计频率的变化后，就可按标定曲线得出桩身钢筋所承受的轴向力。钢筋应力计直接焊接在桩身的钢筋中，并代替这一段钢筋的工作，为了保证钢筋应力计和桩身钢筋变形的一致性，钢筋应力计的横断面沿桩身长度方向不应有急剧的增加或减少。在加工过程中应尽量使钢筋应力计的强度和桩身钢筋的强度、弹性模量相等，钢弦长度以6cm为宜，工作应力一般在1.5×105～5.0×105kPa范围内，相应的频率变化值在800Hz左右。钢筋应力计预埋之前必须在试验机上进行标定，给出每个钢筋应力计的力（P）-频率（Hz）曲线，并与标定曲线相核对，若重复性不好，每级误差超过3Hz时，则应淘汰；每隔两天要测量钢筋应力计的初频变化，若初频一直在变，且变化超过3Hz，说明该钢筋应力计有零漂，不能使用。钢筋应力计及预埋的屏蔽线均需在室内进行绝缘防潮处理。钢筋应力计在埋设过程中如有损坏，应予更换。当钢筋笼入孔之后、灌注混凝土之前应统测一遍，如有损坏，马上更换，以确保钢筋应力计的成活率。（2）电阻应变片电阻应变片主要用来量测桩身的应变，它的工作部分是粘贴在极薄的绝缘材料上的金属丝，在轴向荷载作用下，桩身发生应变，粘贴在桩上应变片的电阻丝也随之发生变化，导致其自身电阻的变化，通过量测应变片电阻的变化就可得到桩身的应变，进而得到桩身应力的变化情况。为了保证应变片的良好工作状态，应选用基底很薄而且刚性较小的应变片和抗剪强度较高的粘结剂。同时，为了克服由于工作环境温度变化而引起应变片的温度效应，量测时应采用温度补偿片予以消除。（3）测杆式应变计在国外，以美国材料及试验学会（ASTM）推荐的量测桩身应变的方法最为常用，其基本方法是沿桩身的不同标高处预埋不同长度的金属管和测杆，用千分表量测杆趾部相对于桩顶处的下沉量，经过计算而求出应变与荷载。(2.1)(2.2)(2.3)式中Q3、Q2和Q1—分别为第3、第2和第1个测杆处的轴向力（KN）；Ap—桩身的截面积（m2）；Ec—桩身材料的弹性模量（Mpa）；Q—施加于桩顶的荷载（KN）；Δ3、Δ2和Δ1—分别为第3、第2和第1测杆量测的变形值（mm）；L3、L2和L1—分别为第3、第2和第1个测杆量测的长度（m）。此时，桩端阻力一般是用埋置于桩端的扁千斤顶量测得到的。96 地基基础工程检测图2.2测杆式应变仪1--荷载2—千分表3—空心钢管桩或空心箱形钢柱4—测杆15—测杆26—测杆3四、试验方法（一）试桩要求为了保证试验能够最大限度地模拟实际工作条件，使试验结果更准确、更具有代表性，进行载荷试验的试桩必须满足一定的要求。这些要求主要有以下几个方面：1．试桩顶部一般应予以加强，凿除浮浆，在桩顶配置加密钢筋网2～3层，或以薄钢板圆筒作成加劲箍与桩顶混凝土浇成一体，用高标号砂浆将桩顶抹平；2．对于预制桩顶，如果桩头出现破损，其顶部要在外加封闭箍后浇捣高强细石混凝土予以加强；3．为了仪表和沉降测点安置的方便，试桩顶部露出地面高度不宜小于60cm，试桩的倾斜度不应大于1%；4．试桩的成桩工艺和质量控制标准应严格遵守有关规程，并与工程桩保持一致；5．从予制桩打入和灌注桩成桩到开始试验的时间间隔，在桩身强度达到设计要求的前提下：对于砂类土，不应少于7d；对于一般粘性土，不应少于15d；对于粘土与砂交互的土层可取中间值；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25d；（不同的书籍要求有所不同）6．在试桩间歇期内，试桩区周围30m范围内尽量不要产生能造成桩间土中孔隙水压力上升的干扰，如打桩等。（二）加载要求1．加载总量要求进行单桩竖向抗压静载荷试验时，试桩的加载量应满足以下要求：（1）对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验，加荷至设计承载力2.0倍；（2）对于嵌岩桩，当桩身沉降量很小时，最大加载量不应小于设计承载力的2倍；（3）当以堆载为反力时，堆载重量不应小于试桩预估极限承载力的1.2倍。（三）加载方式单桩竖向抗压静载荷试验的加载方式有慢速法、快速法、等贯入速率法和循环法等。1．慢速法96 地基基础工程检测慢速法是慢速维持荷载法的简称，即先逐级加载，待该级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，直到试验破坏，然后按每级加荷量的两倍卸载到零。慢速法载荷试验的加载分级，一般是按试桩的最大预估承载力将荷载等分成10～15级逐级施加。实际试验过程中，也可将开始阶段沉降变化较小的第一、二级荷载合并，将试验最后一级荷载分成两级施加，这对提高极限承载力的判断精度是有益的。2．快速法快速法是快速维持荷载法的简称。当考虑缩短试桩时间，对于工程的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔1h加一级荷载。该方法取消了慢速法中维持各增量荷载到满足相对沉降稳定标准的要求，而是将预计施加的最大荷载分为若干等级；以相等的时间间隔相继施加外荷载并读取其相应的沉降量。大量试桩资料分析表明：快速法载荷试验所得单桩承载力比慢速法要高。在上海地区，快速法所得到的极限荷载比慢速法要高一级左右的加荷增量，而沉降比慢速法要偏小百分之十几。3．等贯入速率法（CRP）此法最早由怀特克尔与寇克等于1961年提出的，并已列入美国、英国、瑞典和挪威等国的规范。该方法的特点是试验时荷载以保持桩顶等速率贯入土中而连续施加，按荷载-贯入曲线确定极限荷载。瑞典规范规定贯入速率为0.5mm/min，总贯入量为60mm以上；美国ASTM（D1133-74）标准规定贯入速率在粘土中为0.25～1.25mm/min，砂土中为0.75～2.50mm/min，总贯入深度至少等于平均桩径或方桩对角线尺寸的15%。4．循环加载卸载试验法通过这种方法的试验能测得各循环荷载下的残余下沉量和弹性变形，从而确定桩的容许荷载和桩的刚度。其方法大致以下几种：（1）以部分荷载进行加卸载循环的慢速法，如德国DIN1054规范法；（2）以慢速法为基础对每级荷载进行加卸载循环，如前苏联ROITT5686法、日本土质工学会标准B法、匈牙利的施契法；（3）以快速法为基础对每一级荷载进行加卸载循环，如日本土质工程学会标准A法和印度桩基设计与施工实用规范法。5．慢速法载荷试验沉降测读规定每级加载后，隔5、10、15min各测读一次读数，以后每隔15min后测读一次，累计1h后每隔0.5h测读一次。6．慢速法载荷试验的稳定标准在每级荷载作用下，桩的沉降量满足连续两次0.1mm/h。在软土地区，这个标准可适当放宽。在上海地区的一些工程中，已采用了新的稳定标准，试桩沉降速率虽然还没有达到0.1mm/h，但在连续观测的半小时沉降量中，出现相邻三次平均沉降速率呈现衰减，即可认为该级荷载下的沉降已趋于稳定。7．慢速载荷试验的试验终止条件当试桩过程中出现下列条件之一时，可终止加荷：（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；注：当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm；（2）某级荷载作用下，桩的沉降量大于等于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24h尚未达到相对稳定标准；（3）已达到设计要求的最大加载量；（4）当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值；（5）当荷载沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60-80mm在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。8．慢速载荷试验的卸荷规定每级卸载值为加载增量的二倍。每级荷载维持1小时，卸载后按第15、30、60min测读一次桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。全部卸载后，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min读一次。96 地基基础工程检测上面我们着重介绍了慢速法载荷试验的一些情况，快速法载荷试验的程序与慢速法载荷试验基本相同，在实际应用时可参照相应的规范操作，在此不再赘述。五、试验资料的整理分析（一）填写试验记录表为了能够比较准确地描述静载荷试验过程中的现象，便于实际应用和统计，单桩竖向抗压静载荷试验成果宜整理成表格形式或文字叙述方式，并且对成桩和试验过程中出现的异常现象作必要的补充说明。表2.2为单桩竖向抗压静载试验概况表，表2.3为单桩竖向抗压静载荷试验记录表，表2.4为单桩竖向抗压静载荷试验结果汇总表。表2.2单桩竖向抗压静载荷试验概况表工程名称地点试验单位试桩编号桩型试验起止时间成桩工艺桩断面尺寸桩长混凝土标号设计灌注桩沉渣厚度配筋情况规格长度配筋率实际灌注桩充盈系数综合柱状图试桩平面布置示意图层次土层名称土层描述相对标高桩身剖面1234表2.3单桩竖向抗压静载试验记录表荷载（kN）观测时间日/月时分间隔时间（min）读数沉降（mm）备注表表表表平均本次累计表2.4单桩竖向抗压静载试验结果汇总表序号荷载/KN历时（min）沉降（mm）本级累计本次累计（二）绘制有关试验成果曲线为了确定单桩竖向抗压极限承载力，一般应绘制Q-s、s-lgt曲线，以及其它进行辅助分析所需的曲线。在单桩竖向抗压静载试验的各种曲线中，不同地基土、不同桩型的Q-s曲线具有不同的特征，（三）单桩竖向极限承载力标准值Quk确定96 地基基础工程检测1．JGJ106-2003规定：（1）根据沉降随荷载变化的特征确定。对于陡降型Q-s曲线，取明显陡降的起始点。（2）根据沉降随时间的变化特征确定，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。（3）当出现规定终止加载条件第2款情况时，取其前一级荷载值。（4）对于缓变型Q-s曲线可根据桩顶沉降量确定,宜取s=40mm对应的荷载；对直径大于或等于800mm桩，可取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。（5）参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。（6）当极差超过平均值的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。（7）对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，取低值。（四）单桩竖向承载力特征值Ra确定单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。第三节单桩竖向抗拔静载荷试验一、概述高耸建（构）筑物往往要承受较大的上拔荷载，而桩基础是建（构）物抵抗上拔荷载的重要基础型式。迄今为止，桩基础上拔承载力的计算还是一个没有从理论上很好解决的问题，在这种情况下，现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就显得尤为重要。单桩竖向抗拔静载荷试验就是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法，确定单桩的竖向抗拔极限承载能力。鉴于目前人们对单桩竖向抗拔承载力的认识还处于初级阶段，而实际工程中桩的竖向抗拔承载力越来越受到重视的现实，对影响单桩竖向抗拔承载力的因素作一总结，对指导单桩竖向抗拔承载力的现场测试是有益的。在上拔荷载作用下，桩身同样首先将荷载以摩阻力的形式传递到周围土中，其规律与承受竖向下压荷载时一样，只不过方向相反。初始阶段，桩身最大拉应力出现在桩顶，随着桩身上拔位移量的增加，桩身应力逐渐向下扩展。当桩端处的桩-土位移量超过某一数值（通常为6～10mm）时，就可以认为整个桩身的侧摩阻力已达到峰值，其后桩的抗拔阻力就会下降。此时，如果继续增加上拔荷载，就会产生破坏。承受上拔荷载单桩的破坏形态可归纳为图2.3所示的几中形式。图2.3竖向上拔荷载作用下单桩的破坏形态关于桩侧阻力峰值与桩顶上拔位移量的关系，大致有两种观点：第一种观点认为桩侧最大阻力与桩径D有关。Resse1970年的试验表明：坚硬粘土中钻孔桩的受压侧阻力在桩顶相对位移（0.005～0.02）D时达最大值，并由此推出上拔位移比量比下压位移要大些，可取为0.02D。另外一种观点则认为，桩侧最大阻力与桩顶位移之间的关系比较固定，基本上与桩径无关。就目前对抗拔桩的研究水平来看，后种观点比较符合实际。影响单桩竖向抗拔承载力的因素很多，归纳起来有以下几个方面：96 地基基础工程检测1．桩周围土体的影响桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖向抗拔承载力产生一定的影响。一般说来，在粘土中，桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近；在砂土中，桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计，砂土的抗剪强度越大，桩身单位面积的极限抗拔侧阻力也就越大。2．桩自身因素的影响桩表面的粗糙程度越大，则桩的抗拔承载力就越大，且这种影响在砂土中比在粘土中更明显；此外，桩截面形状、桩长、桩的刚度和桩的泊松比等都会对单桩竖向抗拔承载力产生不同程度的影响。曾有试验证明，粗糙表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的1.7倍。在桩表面积相同的情况下，方桩的抗拔极限承载力可达矩形桩的1.3～1.5倍。3．施工因素的影响在施工过程中，桩周土体的扰动、打入桩中的残余应力、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。4．试验方法的影响在粘性土中，从成桩到开始试验之间的时间间隔长短对单桩竖向抗拔承载力影响是显著的，而且这种影响在砂土中同样存在；桩顶的加载方式，荷载维持时间、加载卸载过程等对单桩竖向抗拔承载力的影响也不能忽略。二、试验设备单桩竖向抗拔承载力试验装置如图2.4所示。它主要由加载装置和量测装置组成。（一）加载装置试验加载装置一般采用油压千斤顶，千斤顶的加载反力装置可根据现场情况确定，应尽量利用工程桩为反力锚桩，若工程桩中的灌注桩作反力锚桩时，宜沿灌注桩桩身通长配筋，以免出现桩身的破损，试桩与锚桩的最小间距也可按表3-1确定。（二）荷载与变形量测装置荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，也可采用联结于千斤顶上的标准压力表测定油压，根据千斤顶荷载—油压率定曲线换算出实际荷载值。试桩上拔变形一般用百分表量测，其布置方法与单桩竖向抗压静载荷试验相同。图2.4单桩竖向抗拔静载荷试验示意图1—试桩2—锚桩3—液压千斤顶4—表座5—测微表6—基准梁7—球铰8—反力梁9—地面变形测点10—荷载板三、试验方法（一）试桩要求96 地基基础工程检测从成桩到开始试验的时间间隔一般应遵循下列要求：在确定桩身强度已达到要求的前提下，对于砂类土，不应少于10天；对于粉土和粘性土，不应少于15天；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25天。美国ASTM标准规定，粘性土中摩擦桩至少应间隔7天；原苏联TOCT5686-1969规定，砂土中抗拔桩必须休息3天，粘土中为6天，也可按塑性指数Ip来确定，t=(1.2～1.6)Ip天。（二）加载和卸载要求单桩竖向抗拔静载荷试验一般采用慢速维持荷载法，先逐级加载，每级加载为预估极限荷载的1/12～1/15，每级荷载达到相对稳定后加一下级荷载，直到试桩破坏，然后逐级卸载到零。也可结合本工程桩的实际受荷情况采用多循环加卸载法，即每级荷载下上拔量达到相对稳定后卸载到零，然后再加一下级荷载。（三）变形观测进行单桩竖向抗拔静荷试验时，除了要对试桩的上拔量进行观测外，尚应对锚桩的上拔量、桩周地面土的变形情况以及桩身外露部分裂缝开展情况进行观测记录。试桩的上拔量观测，应在每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次，每次测读值记录在试验记录表中。（四）上拔稳定标准单桩竖向抗拔静载荷试验上拔量相对稳定标准应以1h内的变形量不超过0.1mm、并连续出现两次为准。（五）终止加载条件试验过程中，当出现下列情况之一时，即可终止加载：1．桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍；2．某级荷载作用下，桩顶上拔位移量为前一级荷作用下的5倍；3．试桩的累计上拔量超过100mm。4．对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值四、试验资料整理单桩竖向抗拔静载荷试验报告的资料整理应包括以下一些内容：1．单桩竖向抗拔静载荷试验概况，可参照表2.2整理成表格形式并对试验过程中出现的异常现象作补充说明；2．单桩竖向抗拔静载荷试验记录表可参照表2.3；3．单桩竖向抗拔静载荷试验变形汇总表可参照表2.4；4．绘制单桩竖向抗拔静载荷试验上拔荷载（U）和上拔量（△）之间的U—△曲线以及△-logt曲线；5．当进行桩身应力、应变量测时，尚应根据量测结果整理出有关表格，绘制桩身应力、桩侧阻力随桩顶上拔荷载的变化曲线。6．必要时绘制桩土相对位移△＇-U/Uu(Uu为桩的竖向抗拔极限承载力)曲线,以了解不同入土深度对抗拔桩破坏特征的影响。五、确定单桩竖向抗拔承载力1．对于陡变型的U—△曲线（如图2.5所示），可根据U—△曲线的特征点来确定，大量试验结果表明，单桩竖向抗拔U—△曲线大致上可划分为三段：第Ⅰ段为直线段，U—△按比例增加；第Ⅱ段为曲线段，随着桩土相对位移量增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快；第Ⅲ段又呈直线段，此时即使上拔荷载增加很小，桩的位移量仍急剧上升，同时桩周地面往往出现环向裂缝；第Ⅲ段起始点所对应的荷载值为桩的竖向抗拔极限承载力Uu。2．对于缓变型的U—△曲线，可根据△-lgt曲线的变化情况综合判定，一般取△-lgt曲线尾部显著弯曲的前一级荷载为竖向抗拔极限承载力，如图2.6所示：3．根据lgU-lg△曲线业确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取lgU-lg△双对数曲线第二拐点所对应的荷载为桩的竖向极限抗拔承载力，如图2.7所示；4．根据△-lgU曲线来确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取△-lgU96 地基基础工程检测曲线的直线段的起始点所对应的荷载值作为桩的竖向抗拔极限承载力。将直线段延长与横坐标相交，交点的荷载值为极限侧阻力，其余部分为桩侧阻力，如图2.8所示：图2.5陡变型的U—△曲线确定单桩图2.6缓变型的△-lgt确定单桩竖向抗拔极限承载力竖向抗拔极限承载力图2.7根据lgU-lg△曲线确定单桩图2.8根据△-lgU曲线确定单桩竖向抗拔极限承载力竖向抗拔极限承载力5．根据桩的上拔位移最大小来确定单桩竖向抗拔极限承载力也是常用的一种方法，在实际应用时，目前国内外有几中不同的位移量控制方法。（1）按照德国DIN1504的规定，可取桩顶残余变形0.025D时的荷载作为单桩竖向抗拔极限承载力；（2）在国内，一般取相应于某一固定的桩顶残余变形量所对应的荷载作为单桩竖向抗拔极限承载力，根据江苏省电力设计院、东南大学和同济大学在江苏南通进行的冲吸式钻孔灌注桩抗拔承载力试验结果，在桩径D=600mm，桩长L=4.2～12.0m时，以桩顶上拔量为20mm，残余变形量16mm为标准确定单桩的竖向极限抗拔承载力与由U-Δ曲线的陡升段所得到的结果十分接近；（3）对于桩径≤500mm的摩擦桩，可取上拔位移量Δ=0.03D所对应的荷载为单桩竖向抗拔容许承载力。此时，安全系数为2。根据江苏、上海等地的经验，亦可取Δ=30～50mm所对应的荷载为单桩竖向抗拔容许承载力；6．和单桩竖向抗压静载荷试验一样，在某些情况，解析法也是确定单桩竖向抗拔极限承载力的一种行之有效的方法。常用的有80%判别法、90%判别法和切线相交法。（1）判别法由B.Hfellenius于1980年提出，其基本假定是抗拔桩的U-Δ关系为双曲线，桩的U-Δ曲线在坐标上为一直线。此时，桩的竖向抗拔极限承载力可由式2.4来确定。（2.4）式中C1-—直线在纵坐标上的截距（m1/2/kN）;C2-—该直线斜率的修正系数，取80%。96 地基基础工程检测图2.990%判别法确定单桩竖向抗拔极限承载力的方法（2）90%判别法是瑞典桩基设计中应用比较广泛的一种方法，该方法假定桩的竖向抗拔极限承载力是这样一个数值：即实际试验时上拔位移量一半所对应的荷载U1/2为极限抗拔承载力Uu的90%。由于该方法的前提比较严格，因此其适用条件受到了一定的限制，在实际应用时，可根据桩顶的上拔位移量进行必要的修正。（3）切线相交法在美国、法国、英国等国家比较流行，该方法的目的不是为拟合最大荷载而是认为桩的抗拔承载力是由U-Δ曲线上两条切线的交点来确定，一条切线与U-Δ的弹性段相切，别一条切线与U-Δ曲线后面非弹性滑移段相切。此法主要适用于存在明显转折的U-Δ曲线。一般说来，此法得到的荷载相当于屈服值而并非最大值。因此在应用此方法确定单桩竖向抗拔承载力时应选用比较小的安全系数。第四节单桩水平静载荷试验一、概述试验目的：采用接近于桩的实际工作条件的试验方法确定单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数或对工程桩的水平承载力进行检验和评价。当埋设有桩身应力测量元件时，可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。单桩水平静载荷试验一般以桩顶自由的单桩为对象，采用接近水平受荷桩实际工作条件的试验方法来达到以下目的：1．确定试桩的水平承载能力检验和确定试桩的水平承载能力，是单桩水平静载荷试验的主要目的。试桩的水平承载力可直接由水平荷载（H）和水平位移（X）之间的关系曲线来确定，亦可根据实测桩身应变来判定。2．确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩分布规律当桩身埋设有量测元件时，可以比较准确地量测出各级水平荷载作用下桩身弯距的分布情况，从而为检验桩身强度、推求不同深度处的弹性地基系数提供依据。3．确定弹性地基系数在进行水平荷载作用下单桩的受力分析时，弹性地基系数的选取至关重要。C法、m法和K法各自假定了弹性地基系数沿深度的不同分布模式，而且它们也有各自的适用范围，通过试验，可以选择一种比较符合实际情况的计算模式及相应的弹性地基系数。4．推求桩侧土的水平抗力（q）和桩身挠度（y）之间的关系曲线求解水平受荷桩的弹性地基系数法虽然应用简例，但误差较大。事实上，弹性地基系数沿深度的变化是很复杂的，它随桩身侧向位移的变化是非线性的，当桩身侧向位移较大时，这种现象更加明显。因此，通过试验可直接获得不同深度处地基土的抗力和桩身挠度之间的关系，绘制桩身不同深度处的q-y96 地基基础工程检测曲线，并用它来分析工程桩在水平荷载作用下的受力情况更符合实际。二、试验设备单桩水平静载荷试验装置通常包加载装置、反力装置、量测装置三部分，如图2.10所示。（一）加载装置试桩时一般都采用卧式千斤顶加载，用测力环或测力传感器测定施加的荷载值，对往复式循环试验可采用双向往复式油压千斤顶。水平力作用线应通过地面标高处（地面标高应与实际工程桩基承台底在标高一致）。为了防止桩身荷载作用点处局部的挤压破坏，一般需用钢块对荷载作用点进行局部加强。单桩水平静载荷试验的千斤顶一般应有较大的引程。为了保证千斤顶施加的作用力能水平通过桩身轴线，宜在千斤顶与试桩接触处安置一球形铰座。图2.10单桩水平静载荷试验装置1、7—百分表2—球铰3—千斤顶4—垫块5—基准梁6—基准桩（二）反力装置反力装置的选用应考虑充分利用试桩周围的现有条件，但必须满足其承载力应大于最大预估荷载的1.2～1.5倍的要求，其作用力方向上的刚度不应小于试桩本身的刚度。常用的方法是利用试桩周围的工程桩或垂直静载荷试验用的锚桩作为反力装置，也可根据需要把两根或更多根桩连成一体作为反力墩，条件许可时也可利用周围现有结构作反力。必要时，也可浇筑专门支墩来作反力。（三）量测装置1．桩顶水平位移量测桩顶的水平位移采用大量程百分表来量测，每试桩都应在荷载作用平面和该平面以上50cm左右各安装一只或两只百分表，下表量测桩身在地面处的水平位移，上表量测桩顶水平位移，根据两表位移差与两表距离的比值求出地面以上桩身的转角。如果桩身露出地面较短，也可只在荷载作用水平面上安装百分表量测水平位移。固定百分表的基准桩宜打设在试桩影响范围之外，这个距离一般不少于5D（D为桩径或边长），桩的影响范围如图3.11所示。当基准梁设置在与加荷轴线垂直方向上或试桩位移方向时，间距可适当减少，但不应小于2m。96 地基基础工程检测图2.11试桩的影响范围2．桩身弯距量测水平荷载作用下桩身弯距并不能直接量测得到，它只能通过量测得到的桩身应变来推算。因此，当需要研究桩身弯距的分布规律时，应在桩身粘粘应变量测元件。一般情况下，量测预制桩和灌注桩桩身应变时，可采用在钢筋表面粘贴电阻应变片制成的应变计；对于钢桩，可直接把电阻应变片粘贴在桩表面，为防止打桩引起的应变片和导线的损坏，必须把它们设置在保护槽内。保护槽要尽量做到密封、不透水，应变片表面要采取严格的防潮措施；对于闭口钢管桩，也可把桩身剖开，把应变片粘贴在内壁，再焊接起来。为量测桩身的弯矩和有关的弯曲应变，各测试断面测点应成对布置在远离中性轴的地方。在地面下（10～15）D主要受力部分应加密测试断面，断面间距一般不超过（1～1.5）D。在此深度以下，间距可适当加大。3．桩身挠曲变形量测量测桩身的挠曲变形，可在桩内预埋测斜管，用测斜仪量测不同深度处桩截面倾角，利用桩顶实测位移或桩端转角和位移为零的条件（对于长桩），求出桩身的挠曲变形曲线。由于测斜管埋设比较困难，系统误差较大，较好的主法是利用应变片测得各断面的弯曲应变直接推算桩轴线的挠曲变形。四、试验方法（一）试桩要求1．试桩的位置应根据场地地质、地形条件和设计要求及地区经验等因素综合考虑，选择有代表性的地点，一般应位于工程建设或使用过程中可能出现最不利条件的地方；2．试桩前应在离试桩边2～6m范围内布置工程地质钻孔，在16D的深度范围内，按间距为1m取土样进行常规物理力学性质试验，有条件时亦应进行其它原位测试。如十字板剪切试验、静力触探试验、标准贯入试验等；3．试桩数量应根据设计要求和工程地质条件确定，一般不少于2根；4．试桩时桩顶中心偏差不大于D/8，并不大于10cm，轴线倾斜度不大于0.1%。当桩身埋设有量测元件时，应严格控制试桩方向，使最终实际受荷方向与设计要求的方向之间夹角小于±10°；5．从成桩到开始试验的时间间隔，砂性土中的打入桩不应少于3天；粘性土中的打入桩不应少于14天；钻孔灌注桩从灌注混凝土到试桩时的时间间隔一般不少于28天。（二）加载和卸载方式实际工程中，桩的受力情况十分复杂，荷载稳定时间、加载形式、周期、加荷速率等因素都将直接影响到桩的承载能力。常用的加、卸荷方式有单向多循环加、卸荷法和双向多循环加卸荷法。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）推荐进行单桩水平静载荷试验时应采用单向多循环加载法，可取预估单桩水平极限承载力的1/10～1/15作为每级荷载的加载增量。根据桩径的大小并适当考虑土层的软硬程度，对于直径300～1000mm的桩，每级荷载增量可取2.5～20kN。每级荷载施施加后，恒载4min后测读水平位移，然后卸载到零，停2min后测读残余水平位移，完成一个加、卸荷循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测（每级30min）。为了保证试验结果的可靠性，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应准确，试验也不得中途停歇。（三）终止试验条件96 地基基础工程检测当试验过程中出现下列情况之一时，即可终止试验。1．桩身折断；2．已达到试验要求的最大荷载或最大位移量；3．桩身水平位移超过30～40mm（软土中最大值）；4．在恒定荷载作用下，桩身位移急剧增加，位移速率逐渐加快。四、试验资料的整理（一）单桩水平静载荷试验概况的记录可参照表2.5记录试验基本情况，并对试验过程中发生的异常现象加以记录和补充说明。表2.5单桩水平静载荷试验记录表荷载（KN）观测时间日/月时分循环数加载卸载水平位移(mm)加载上下表读数差转角备注上表下表上表下表加载卸载（二）绘制单桩水平静载荷试验曲线绘制单桩水平静载荷试验水平力（H）—时间（t）—位移(X)、水平力—位移梯度（H-ΔX/ΔH）、水平力—位移双对数（lgH-lgX）曲线。其中H-t-X曲线和H-ΔX/ΔH曲线是比较常用的。（三）绘制桩身不同深度处的q-y曲线当桩身埋设量测元件时，尚应绘制各级荷载作用下地面以下不同深度处的q-y曲线。其步骤如下：1．确定桩身弯矩通过试验得到各测试断面测点处拉应变ξ+和ξ-压应变之后，即可由该断面的弯曲应变Δξ=ξ+-ξ-来计算相应截面的弯矩。计算时应根据桩截面开裂与否选用不同的计算模式：（1）混凝土开裂前桩身弯矩的计算，当混凝土未出现开裂时，桩身弯矩可按下式计算。（2.5）式中b-—拉、压应变测点的间距（m）；I-—全截面（包括钢筋换算截面）对中性轴的贯性矩（m4）。（2）混凝土开裂后桩身弯矩的计算当试桩截面发生开裂但未破坏时，受拉区混凝土并未完全退出工作，计算桩身弯矩时应包括一部分受拉区混凝土工作在内，如图2.12所示。此时除了一部分混凝土超过极限强度产生开裂而退出工作外，在h高度内达到极限应力бf而产生塑性变形，故其应力按矩形分布，在中性轴附近t范围内混凝土应力按三角形分布。据图2.13即可计算各截面弯矩：96 地基基础工程检测图2.12混凝土开裂前桩身弯矩的计算图式图2.13混凝土开裂后桩身弯矩的计算图式中性轴的位置（2.6）弹性区高度(2.7)式中-—混凝土极限应力，对非预应力混凝土桩即为其极限拉应力，对预应力混凝土桩应为混凝土极限拉应力与预加应力之和（kPa）。（3）塑性区高度h可根据该断面受压区压力和受拉区拉力的平衡条件求得；（4）该断面弯矩即为受压区压力和受拉区拉力对中性轴的弯矩之和。五、单桩水平临界荷载和极限荷载的确定（一）单桩水平临界荷载的确定方法单桩水平临界荷载（桩身受拉区混凝土明显退出工作前的最大荷载），一般按下列方法综合确定：1．取H-t-X曲线出现突变点的前一级荷载为水平临界荷载；2．取H-ΔX/ΔH曲线第一直线段的终点所对应的荷载为水平临界荷载；3．当桩身埋设有钢筋应力计时，取H-бg第一突变点所对应的荷载为水平临界荷载。（二）、单桩水平极限荷载的确定方法单桩水平极限荷载可根据下列方法综合确定：1．取H-t-x曲线明显陡降的前一级荷载为极限荷载Hu；2．取H-ΔX/ΔH曲线第二直线段的终点所对应的荷载为极限荷载Hu；3．取桩身折断或钢筋应力达到流限的前一级荷载为极限荷载Hu；4．当试验项目对加荷方法或桩顶位移有特殊要求时，可根据相应的方法确定水平极限荷载Hu。当作用于桩顶的轴向荷载达到或超过其竖向极限荷载的0.2倍时，单桩水平临界荷载、极限荷载都将有一定程度的提高。因此，当条件许可时，可模拟实际荷载情况，进行桩顶同时施加轴向压力的水平静载荷试验，以更好地了解桩身的受力情况。第四节工程实例石家庄市某超高层大楼，建筑面积约18万m2，主楼地上53层，高236m；地下4层，结构形式为框架—核心筒结构体系，钢混结构；裙楼地上5层，地下4层，裙楼采用天然地基上的钢筋混凝土梁式筏板基础，筏板厚度0.6m，筏板底标高-20.800，基底座在第8层粉土及粉质粘土上。主楼采用桩筏基础，筏板厚度为3.5m（核心筒部分）、3.0m（外框架部分），筏板底标高-27.500，桩基采用后压浆现浇钢筋砼灌注桩，桩长43m，工程桩采用C45混凝土，试桩、锚桩采用C60混凝土。方案对3根试验桩进行了单桩竖向抗压静载试验，同时对桩身应力进行测试。这里仅对该工程试验桩情况进行介绍，（静载只对1号试桩进行介绍）。一、工程地质概况根据该工程岩土工程勘察报告，各层土的岩性及埋深如下：第①层：素填土，层厚0.7~3.5m。第②层：粉土，层厚1.1~3.8m，层底标高-4.29~-6.14m。fak=150kPa。第③层：粉土，层厚0.8~3.5m，层底标高-6.53~-8.04m。fak=150kPa。第④层：细砂，层厚0.7~3.0m，层底标高-7.63~-9.91m。第⑤层：粉土，层厚2.5~6.3m，层底标高-11.95~-13.61m。fak=170kPa。第⑤1层：细砂，层厚0.1~2.6m，层底标高-10.77~-12.61m。fak=200kPa。96 地基基础工程检测第⑥层：中砂，层厚0.2~2.0m。fak=220kPa。第⑦层：粉质粘土，层厚3.7~6.3m。fak=190kPa。第⑦1层：细砂，局部为中砂。层厚0.2~1.5m，层底标高-15.50~-20.04m。fak=210kPa。第⑧层：粉土及粉质粘土，层厚3.2~7.8m。fak=200kPa。第⑨层：细砂，层厚0.3~2.1m。fak=200kPa。第⑩层：中砂层厚0.8~4.3m。fak=260kPa。第⑾层：卵石，层厚0.8~4.0m。fak=300kPa。第⑿层：粉质粘土，层厚1.5~9.0m。fak=250kPa。第⑿1层：中砂，层厚2.5~6.9m。fak=270kPa。第⒀层：粉土，层厚1.5~9.0m。fak=260kPa。第⒀1层：细砂，层厚0.5~3.2m，第⒁层：细砂，层厚0.8~5.5m。fak=280kPa。第⒂层：卵石，层厚0.5~14.2m。fak=380kPa。第⒃层：中粗砂含卵石：层厚9.4~16.9m。fak=350kPa。第⒄层：卵石，层厚9.8~14.3m。fak=400kPa。第⒅层：粉质粘土，层厚1.0~4.2m。fak=340kPa。第⒆层：卵石，本次勘察未穿透该层。fak=450kPa。本次试验桩设计桩顶标高-27.4m，试验时桩顶标高-20.1m，有7.3m的非有效桩长段，对非有效桩长段桩体采用双套筒方式消除侧摩阻力。锚桩桩径1000mm，桩长37.1m。二、单桩竖向抗压静载试验（一）试验依据1．《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003；2．《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002；3．《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002；4．《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；5．委托方提供的勘察、设计、施工等有关资料。（二）试验目的通过现场单桩竖向抗压静载试验，核验试验桩的单桩竖向抗压承载力，为设计提供依据。（三）试验有关设计、施工参数表表2.6试验有关设计、施工参数表试验编号桩号桩径(mm)有效桩长（m)成桩日期检测日期1#SJ-1100030.008.07.0208.08.052#SJ-3100030.008.07.0608.08.083#SJ-2100030.008.07.0308.08.13（四）试验方法及测试项目1．本试验采用慢速维持荷载法，即单循环慢速加载、卸载方法。2．主要测试如下项目(1)测试桩各级荷载及对应的沉降量，荷载与沉降量、时间关系，判定试桩竖向承载力。(2)为防止在试桩加载过程中锚桩被拉裂，加载时，同时测试所用锚桩的上拔量。(3)为掌握锚桩和试桩的桩身完整性，在加载前后，分别对锚桩和试桩进行低应变测试。（五）加载反力系统采用锚桩横梁反力系统（图2.14）1．主梁：一根，尺寸为长×宽×高=10.0m×0.8m×2.2m钢梁，自重25T，承载能力15000KN。96 地基基础工程检测2．次梁：两根，尺寸为长×宽×高=8.0m×0.5m×1.4m钢梁，自重8T，承载能力7500KN。3．锚桩及相应的特制连结设备。图2.14静载试验设备、装置图4．加载设备：根据最大加荷值，选用六个5000KN千斤顶，并联于电动油泵（最大油压80MPa）加载，千斤顶合力与钢梁及试桩中心重合。（六）测试系统采用油压传感器量测荷载。试验桩沉降采用4块量程50mm，最小分辨率0.01mm的DSB-50电子数显百分表，对称安置于试验桩四周进行量测；四个锚桩各采用一块DSB-50电子数显百分表测试锚桩在加载过程中的上拔量；在试桩和锚桩之间的地表设置两个观测点，监测在加载过程中地表面变形特征。固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上不受气温、振动及其他外界因素影响而发生竖向变形。观测系统采用JCQ-503A全自动静力载荷测试仪，由计算机对测试过程进行实时监控。监控程序为全32位WINDOWS中文界面，能实时显示现场传感器状况，并自动记录测试数据、自动控制油泵的启停和流量，可对试桩进行自动加载、补载、自动判稳，从而实现了基桩静载试验的自动化，提高了测试数据的准确性和可靠性，减少人为因素，并提高工作效率。（七）、试验程序1．加、卸荷程序根据设计要求最大加荷值为22800kN。共分十级加荷，采用逐级等量加载，一二级合并，首次加荷4560kN，以后每级加荷2280kN。卸载分级进行，每级卸载量为加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。2．观测程序（1）沉降观测：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（从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每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。（5）终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载。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；96 地基基础工程检测注：当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm。2）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2倍，且经24h尚未达到相对稳定；3）已达到最大加载量22800kN；4）已达加载反力装置的最大加载量。5）当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。6）当荷载–沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。本次试验均加荷至最大荷载量22800kN后停止试验。（八）资料整理分析1.编制单桩静载试验结果汇总表，绘制竖向荷载-沉降（Q-s）、竖向荷载-时间对数（s-lgQ）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线。2.单桩竖向抗压极限承载力Qu按下列方法综合分析确定：（1）根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-s曲线，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：取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。（3）出现终止加载第2款情况，取其前一级荷载值。（4）对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s=40mm对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于800mm的桩，可取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。注：当按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。3.单桩竖向抗压极限承载力统计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，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力标准值。(2)当极差超过平均值的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。（九）检测数据整理1.编制单桩竖向抗压静载试验结果汇总表，见表2.7。表2.71#（SJ-1）单桩竖向抗压静载试验汇总表工程名称:xxxxxx中心桩号:1#（SJ-1）测试日期:2008-8-5桩径:1m桩长:30m级数荷载(kN)本级沉降(mm)累计沉降(mm)本级历时(min)累计历时(fmin)145600.410.41120120268400.210.62120240391200.631.251203604114001.082.331204805136801.013.341206006159600.934.271207207182400.354.621208408205200.715.331209609228001.957.2812010801018240-0.416.876011401113680-0.776.1060120096 地基基础工程检测129120-0.525.58601260134560-0.245.34601320140-0.275.071801500最大加载量:22800kN最大沉降量:7.28mm最大回弹量:2.21mm回弹率:30.4%2.编制非有效桩长段在各级荷载下的桩身压缩变形，见表2.8。表2.8非有效桩长段在各级荷载下的桩身压缩变形荷载等级123456789桩身压缩变形（mm）0.571.161.431.852.382.733.193.703.823.编制锚桩上拔量结果汇总表，见表2.9。表2.91#(SJ-1)静载试验锚桩上拔量数据汇总表级别荷载(kPa)锚桩上拔量（mm）AP1AP2AP5AP6145600.260.120.180.41268400.490.520.391.03391201.511.180.983.734114002.192.361.565.605136802.22.641.715.856159603.112.972.377.387182405.275.304.908.358205206.385.364.979.419228007.655.705.3710.824.绘制单桩竖向抗压静载试验曲线图（Q-s曲线、s-lgQ曲线、s-lgt曲线），见图2.15。图2.151#（SJ-1）单桩竖向抗压静载试验曲线图其中根据非有效桩长段埋设的桩身传感器，测试桩身应变数据，经综合分析得到各级荷载下该段桩身压缩变形（见表2.8），将总沉降量减去该压缩量作为有效沉降绘制Q-s曲线及s-lgQ曲线，96 地基基础工程检测s-lgt曲线未做处理。（十）检测结果本次单桩竖向抗压静载试验为检验性试验。根据单桩竖向抗压静载试验数据、Q~s及其他辅助曲线特征及有关规定，3根试桩在试验加荷至22800kN时，均未出现极限状态。扣除非有效桩长段(-20.1m~-27.4m)桩身压缩变形后，1#试桩（SJ-1）沉降3.46mm，单桩竖向抗压承载力极限值均不于22800kN。三、低应变动力检测（一）检测目的测试桩身完整性。（二）检测依据1.《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2003）；2.有关勘察、设计、施工等技术资料。（三）检测方法及检测数量桩身完整性采用低应变动力检测中的反射波法。根据设计要求，静载试验加荷前、后分别对此11根桩（3根试桩、8根锚桩）进行低应变动力测试。（四）检测原理及仪器设备1.检测原理：（1）原理：基桩完整性测试采用反射波法。此方法建立在波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，当在桩顶锤击时，形成振动脉冲力并作用在轴线上，在此作用下产生的应力波沿桩身向下传播，在遇桩底不同介质或桩断面质量变化时，波阻抗将发生变化，波即产生反射现象。利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，把实际测试结果与正常波速、桩长进行比较来判断异常波的位置、特征，并据此定出桩身缺陷位置和程度。（2）保证措施：1）桩头处理：被测桩凿去浮浆，平整桩头。2）进行激振方式和接收条件的选择试验，确定最佳激振方式和接收条件。3）激振位置：激振点在桩头中心。4）传感器的数量及安装位置：在桩头上设置一个速度型传感器。5）激振方式：使用小能量激振，提高检测分辨率。6）重复性：每一根被检测的单桩均进行二次及以上重复测试，出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试，重复测试的波形与原波形具有相似性。7）抗干扰：当随机干扰较大时，采用信号增强方式，并进行多次重复激振与接收。2.检测仪器设备（1）仪器设备表2.10低应变动力检测设备仪器一览表名称型号数量灵敏度产地动测仪RSM－PRT11／104（V／PC）1mV/μξ武汉速度传感器高阻尼10.3mV/cm/s航天工业部七零二所激振力棒多头武汉激振力锤60磅石家庄（2）仪器设备的性能要求1）采集器：模数转换器的位数不小于12bit，采样时间为50-1000μs，可分数档调整。2）放大系统：增益大于60db，长期变化量小于1％，折合输入端的噪音水平低于3μV，频带宽度不窄于10-1000HZ，滤波频率可调整。96 地基基础工程检测3）传感器：选用高截止频率，宽频带的传感器，速度型传感器灵敏度大于300mv/cm/s，加速度型传感器灵敏度大于100mv/g。4）激振设备：可根据要求改变激振频率和能量，满足不同检测目的。来判断异常波的位置、特征，并椐此定出桩身缺陷位置和程度。（五）对长桩测试采取的应对措施本次试验低应变法选用的是目前国内外普遍采用的瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度时域曲线，籍一维波动理论分析来判定桩身的完整性。这种方法在专业上称之为反射波法，由于受到桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼或桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回桩顶的传播为一能量和幅值逐渐衰减的过程。对该项目37m桩长，依据土层条件和施工工艺，我中心采取综合技术手段，选用重约60磅低频激振锤，设置专用滤波垫，提高应力波穿透力，另外测试时桩身休止期近28天，桩身混凝强度达到设计强度。通过此技术手段所采集的实测信号，均能反映出桩端位置。（六）现场检测1.受检桩符合下列规定：(1)桩身强度达到设计强度的80%。(2)桩头的材质、强度、截面尺寸与桩身基本等同。(3)桩顶面平整、密实、并与桩轴线基本垂直。2.测试参数设定符合下列规定：(1)时域信号分析的时间段长度在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不小于2000Hz。(2)设定桩长为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积为施工截面积。(3)桩身波速根据本地区同类型桩的测试值初步设定。(4)采样时间间隔或采样频率根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不少于1024点。3.测量传感器安装和激振操作符合下列规定：(1)传感器安装与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，具有足够的粘结强度。(2)桩的激振点位置选择在桩中心，测量传感器安装位置为距桩中心2/3半径处(3)激振点与测量传感器安装位置避开钢筋笼的主筋影响。(4)激振方向沿桩轴线方向。4.信号采集和筛选符合下列规定：(1)根据桩径大小，桩心对称布置3个检测点；每个检测点记录的有效信号数不少于3个。(2)检查实测信号是否反映桩身完整性特征。（七）资料整理分析1.桩身波速平均值的确定应符合下列规定：(1)当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值按下式计算其平均值：（2.8）（2.9）（2.10）式中Cm——桩身波速的平均值（m/s）；96 地基基础工程检测Ci——第i根受检桩的桩身波速值（m/s），且︱ci－cm︱/cm≤5%；L——测点下桩长（m）；ΔT——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）；Δf——幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差（Hz）；n——参加波速平均值计算的基桩数量(n≥5)。(2)当无法按上款确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。确定桩身波速平均值3900～4200m/s。2.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。（八）检测数据整理静载试验加荷前、后分别对此11根桩（3根试桩、8根锚桩）进行低应变动力测试，根据实测波形，依据有关规范，对波形进行分析，评价桩身完整性。（九）检测结果1.在静载试验前，经对11根桩（3根试桩、8根锚桩）进行低应变动力测试，测试结果桩身完整性均为Ⅰ类桩。2.在静载试验后，经对11根桩（3根试桩、8根锚桩）进行低应变动力测试，Ⅰ类桩9根，占抽检总数的81.8%；Ⅱ类桩2根，占抽检总数的18.2%。四、桩身应力测试（一）测试目的通过测试桩不同深度的桩身应力，分析桩侧，桩端阻力，评价桩身工作状态。（二）测试方法及数量1.测试方法桩身应力测试，采用在试桩不同深度断面设置钢弦式传感器，利用桩顶受到竖向荷载后传感器的反应值，测试沿深度方向桩身侧摩阻力和桩端阻力在不同荷载状态下的反应，评判桩身在不同荷载作用下的受力特性。2.数量及位置根据委托要求，对3根静载试验桩的桩身应力进行测试。（三）试验仪器、设备表2.11试验主要检测仪器、设备序号机械或设备名称型号规格数量产地制造年份用于部位1桩身应力传感器GJJ-101060江苏2008应力测试2钢弦频率测定仪XPO21江苏2007应力测试（四）测试仪器及安装方法1.桩身应力传感器根据测试目的及工程特点，结合以往工程经验，拟选用钢筋应力计测试桩身应力的变化。钢筋应力计型号为GJJ-1010型，直径φ12，长度150mm。2.数据采集系统数据采集采用数字式XPO2型钢弦频率测定仪。XPO2型振弦频率仪采用了先进的单片机软硬件技术，以间歇触发的方式激振振弦式传感器并对其频率进行精确的工程测量。3.仪器技术指标①测量范围：频率300~600Hz96 地基基础工程检测周期166~3333με②时基精度：12M晶振，2×10-6/月③显示数位与分辨率：频率：四位整数、一位小数、±0.1Hz周期：四位整数、一位小数、±0.1με频率平方：八位整数④灵敏度：振弦信号幅度≥300μV，持续时间≥500ms⑤触发电压：150V单脉冲⑥触发周期：2S⑦电源：6V1.3Ah密封铅酸蓄电池耗电≤45mA⑧工作环境：温度﹣5℃~+45℃相对湿度30％~85％⑨体积重量：铅质药箱式155×108×140mm，1.8kg4.传感器的布置在试桩布置一套完整的采集系统，传感器设在沿桩深度土层界面位置，在桩身断面各对称布置一对传感器，在桩端以上450mm布置一对，作为采集桩底反力信号。在设计桩顶以上100mm位置布置一对传感器作为标定断面，以此传感器作为标准数据测定荷载系数，其它位置的传感器以该系数作为基准，测试桩身应力。各试桩处土层界面详细位置，由委托方提供，见附图7～附图９。传感器在钢筋笼制作过程中邦扎在主筋上，为避免在安装钢筋笼和浇注砼过程中损坏传感器，同一传感器信号线应沿同一根筋固定，传感器固定在主筋沿环向侧面，传感器和布置见附图7～附图９。为方便信号采集，地面以上各传感器信号线长度不少于3.0m。5.传感器的标定传感器应在出厂时，现场安装完成及砼浇注后各标定一次。（五）现场测试桩身内力测试随试桩静载测试同步进行。在加每级荷载前、后各测读一次。（六）数据分析1.荷载系数K确定利用桩顶标定断面传感器的应力值δi与桩顶施加荷载Qi，绘制δi—Qi曲线，测试斜率K=Q/δi，作为各测试断面在不同状态的荷载系数K。2.测试各土层段桩侧摩阻力利用K值及各断面的传感器δi，反算各断面的桩身荷载，计算各断面桩身荷载差值△Qi，作为该区段桩侧摩阻力和桩底反力。3.桩身应力状态分析利用总荷载，桩身侧摩阻力及桩顶变形变化趋势，对照岩土工程勘察报告，分析桩土工作应力特征。（七）数据整理1.编制各测试点在各级荷载作用下的桩身轴力汇总表，见表2.12；2.编制各测试点在各级荷载作用下的桩身侧摩阻力及端阻力实测平均值汇总表，见表2.13；3.绘制测试点桩身轴力分布图，见附图2.16；96 地基基础工程检测图2.161#（SJ-1）测试点桩身轴力分布图表2.121#试桩（SJ-1）在各级荷载作用下的桩身轴力编号深度（m）各级荷载作用下的轴力(单位:kN)桩顶设计标高045606840912011400136801596018240205202280050.6342576498867311027135511567118019202102247563.1324874982773510519123231502717609199372232879.1316423338555582161021013076158751854321047815.6389419273329609076489995127611510519031917.83479101821924899647789851146313977174321023.63310724146228443997597675419121102271125.238744810051912294144626083763490281230154596158235337465618747表2.131#试桩(SJ-1)在各级荷载作用下的桩身侧摩阻力及端阻力实测平均值土层分布各级荷载作用下的摩阻力及端阻力(单位:kPa)(荷载单位:kN)4560684091201140013680159601824020520228001层（粉砂）153.2170.9227.5186.565.7146.6114.8155.7160.82层（卵石）225.5193.1119.564.7156.482.052.234.818.73层（粉质粘土）44.987.3115.7122.2112.2103.692.074.068.04层（粉土）36.669.1109.1104.2125.5151.0152.6168.498.85层（中粗砂）60.1131.6164.6172.4169.5146.2187.9163.3231.56层（卵石）9.316.140.1112.8136.2165.2215.4266.6395.67层（粗砂）44.454.991.0185.5210.2301.4290.2296.0238.78层（粘土）5.329.767.0129.3199.5304.1414.2517.2610.5端阻力19.157.3122.3201.3299.4429.3592.4787.3951.696 地基基础工程检测第三章桩身完整性检测在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003（本章以下简称“《规范》JGJ106-2003”）中，桩身完整性定义为：反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标；桩身缺陷定义为：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、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。桩身完整性类别是根据缺陷对桩身结构承载力的影响程度，统一划分为四类。Ⅰ类——桩身完整。Ⅱ类——桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥。Ⅲ类——桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。一般应采用其他方法验证其可用性，或根据具体情况进行设计复核或补强处理。Ⅳ类——桩身存在严重缺陷，一般应进行工程处理。作为完整性定性指标之一的桩身截面尺寸，由于在《规范》JGJ106-2003中定义为“相对变化”，所以先要确定一个相对衡量尺度。但检测时，桩径是否减小可能会参照以下条件之一：(1)按设计桩径；(2)根据设计桩径，并针对不同成桩工艺的桩型按施工质量验收规范考虑桩径的允许负偏差；(3)考虑充盈系数后的平均施工桩径。显然，灌注桩是否缩颈必需有一个参考基准。过去，在动测法检测并采用开挖验证时，说明动测结论与开挖验证结果是否符合通常是按第一种条件。但严格地讲，应按施工验收规范，即第二个条件才是合理的，但因为动测法不能对缩颈严格定量，于是才定义为“相对变化”。桩身缺陷有三个指标，即位置、类型（性质）和程度。现在常用的基桩完整性检测主要有低应变法、声波透视法及钻芯法。第一节低应变法96 地基基础工程检测一、概述低应变法（适用性）适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。它属于快速普查桩的施工质量的一种半直接法。低应变动力检测方法包括反射波法和机械阻抗法。与静载试验和钻芯等直接方法相比，动测法主要特点是检测速度快、费用低和检测覆盖面广。如采用低应变方法的抽检比例一般占总桩数的20%以上，可降低直接法小比例抽测漏检的概率，并得出桩基础中所有基桩整体施工质量的粗略估计。它已成为桩身施工质量检测中应用最为普及的方法。低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型。因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，低应变法不适用，这在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002同样没有提出要求。由于受桩型（如截面多变）、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料阻尼等因素的影响，桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变幅较大引起的应力波多次反射，往往测不到桩底反射或正确判断桩底反射位置，从而无法评价整根桩的完整性。另外，检测结果分析判定的准确性与操作人员的技术水平和实践经验有很大关系。因此，对该方法寄予过高的期望是不适宜的。比如在《规范》JGJ106-2003中，没有规定检测桩的有效长度、推定桩身混凝土强度等级和区分缺陷类型这些功能。二、仪器设备它主要由低应变激振设备和基桩动测仪组成。（一）低应变激振设备低应变激振设备分为瞬态和稳态两种。工程桩检测中最常用的瞬态激振设备是手锤和力棒，锤体质量一般为几百克至几十千克不等；偶有用质量约几十甚至近百千克的穿心锤、铁球作为激振源；过去在建筑工程基桩检测中，还有利用水中大电流放电对桩顶施加压力脉冲的做法。由于激振锤（棒）的质量与桩相比很小，按两弹性杆碰撞理论，在对桩锤击时更接近刚壁碰撞条件，施加于桩顶的力脉冲持续时间主要受锤重、锤头材料软硬程度或锤垫材料软硬程度及其厚度的影响，锤越重，锤头或锤垫材料越软，力脉冲作用时间越长，反之越短。锤头材料依软硬不同依次为：钢、铝、尼龙、硬塑料、聚四氟乙烯、硬橡胶等；锤垫一般用1～2mm厚薄层加筋或不加筋橡胶带，试验时根据脉冲宽度增减，比较灵活。所以，调整脉冲宽度大可不必刻意地通过更换软硬不同的锤头来实现。（二）基桩动测仪目前一体化动测仪一般采用小尺寸、低功耗、可靠性较高的工业级微机主板和液晶屏，与内置的显卡、外存、外部接口、采集板（模块）、适调线路板（模块）、交直流电源等构成其硬件部分，使用操作与分析功能全部由软件实现。一般情况下，生产厂家主要研制采集仪、适调仪和电源部分，其他散件均可外购或外协生产。三、低应变法测试与分析（一）桩身完整性判定的理论方法虽然，应力波在桩身传播时，由于桩-土相互作用以及桩身材料的阻尼作用要引起应力波的衰减，由于尺寸效应要产生频散，但是，用一维应力波理论对桩身完整性进行检测判定仍是低应变动测法的理论基础。因此我们要把应力波在端面条件和桩身截面阻抗变化时波传播特性与实际检测联系起来，也就是将桩身阻抗变化引起波的反射情况用桩顶的实测速度响应来定量表达。为了更好地从理论上说明不同桩身阻抗变化条件对桩顶速度响应波形的影响，下面将采用特征线波动分析计算（波形拟合）软件，同时考虑土的阻尼和线弹性阶段土的阻力共同作用，计算比较一些典型的实例并由图3.196 地基基础工程检测给出计算的波形。在所有列出的计算实例中，除改变桩的横截面尺寸外，桩的物理常数、冲击力脉冲的宽度和幅值、土的阻尼和阻力均不变。虽然图3.1中这32组计算结果是在理想化情况下得到的，只能大致给读者一个粗线条轮廓，但已表明，在某些情况下，通过低应变反射波法判断桩身阻抗变化还是相当复杂的。比如一般测桩时不测锤击力，浅部阻抗变化的正确判断与激励脉冲宽窄有关。又如：图（2）～（3）两幅波形比较——浅部阻抗变化的波形特征是否容易弄反？图（25）～（28）四幅波形比较——桩身有三个不同程度缩颈、两个缩颈甚至一缩一扩是否很难辨认？图（29）～（32）四幅波形比较——桩身阻抗渐变是否容易得出相反的结论？96 地基基础工程检测96 地基基础工程检测96 地基基础工程检测图3.1不同桩身阻抗变化情况时的桩顶速度响应波形（二）适用范围目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。据建设部所发工程桩动测单位资质证书的数量统计，绝大多数的检测单位采用反射波法，即以速度时域曲线分析、判断桩身完整性为主；因所用动测仪器一般都具有傅立叶变换功能，则也可通过速度频域曲线辅助分析、判断桩身完整性，即所谓瞬态频域分析法；也有些动测仪器还具备实测锤击力并对其进行傅立叶变换的功能，进而得到导纳曲线，这称之为瞬态机械阻抗法。当然，为保证每条谱线上的力值分配均匀，提高导纳曲线测试准确性，也有用稳态激振方式直接测得导纳曲线，则称之为稳态机械阻抗法。1．与波长相关的桩几何尺寸限制低应变法的理论基础是一维线弹性杆波动理论。根据关于尺寸效应的讨论分析，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5；对薄壁钢管桩和类似于H96 地基基础工程检测型钢桩的异型桩，桩顶激励所引起的桩顶附近各部位的响应极其复杂，低应变方法不适用。这里顺便指出，对于薄壁钢管桩，桩身完整性可以通过在桩顶施加扭矩产生扭转波的办法进行测试。所以，采用扭转波方法有以下两个显著特点：凡对一维纵波传播特性的讨论完全适用于扭转波传播现象的分析；扭转波不存在一维纵波由于尺寸效应所产生的频散问题。但是，在桩顶施加水平向纯力偶比施加瞬态竖向荷载的操作要麻烦。对于设计桩身截面多变的灌注桩，需要考虑多截面变化时的应力波多次反射的交互影响，所以应慎重使用。2．缺陷的定量与类型区分基于一维理论，检测结论给出桩身纵向裂缝、较深部缺陷方位的依据是不充分的。如前述，低应变法对桩身缺陷程度只作定性判定，尽管利用实测曲线拟合法分析能给出定量的结果，但由于桩的尺寸效应、测试系统的幅频相频响应、高频波的弥散、滤波等造成的实测波形畸变，以及桩侧土阻尼、土阻力和桩身阻尼的耦合影响，曲线拟合法还不能达到精确定量的程度，但它对复杂桩顶响应波形判断、增强对应力波在桩身中传播的复杂现象了解是有帮助的。对于桩身不同类型的缺陷，只有少数情况可能判断缺陷的具体类型：如预制桩桩身的裂隙，使用挖土机械大面积开槽将中小直径灌注桩浅部碰断，带护壁灌注桩有地下水影响时措施不利造成局部混凝土松散，施工中已发现并被确认的异常情况。多数情况下，在有缺陷的灌注桩低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。例如，混凝土灌注桩出现的缩颈与局部松散或低强度区、夹泥、空洞等，只凭测试信号区分缺陷类型尚无理论依据。将低应变方法“神化”成无所不能，如指出桩身两个以上的严重缺陷及其各自对应的深度、某一深部缺陷的方位，检测出钢筋笼长度、桩底沉渣厚度等，可能会使这一方法成为伪科学。因此，《规范》JGJ106-2003对检测结果的判定没有要求区分缺陷类型，如果需要，应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。3．最大有效检测深度由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底、再从桩底反射回桩顶的传播过程为一能量和幅值逐渐衰减过程。若桩过长（或长径比较大，桩土刚度比过小）或桩身截面阻抗多变或变幅较大，往往应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完全耗散或提前反射；另外还有一种特殊情况——桩的阻抗与桩端持力层阻抗匹配。上述情况均可能使仪器测不到桩底反射信号，而无法判定整根桩的完整性。在我国，若排除其他条件差异而只考虑各地区地质条件的差异时，桩的有效检测长度主要受桩土刚度比大小的制约。因各地提出的有效检测范围变化很大，如长径比30～50、桩长30～50m不等，故《规范》JGJ106-2003未规定有效检测长度的控制范围。具体工程的有效检测桩长，应通过现场试验，依据能否识别桩底反射信号，确定该方法是否适用。对于最大有效检测深度小于实际桩长的超长桩检测，尽管测不到桩底反射信号，但若有效检测长度范围内存在缺陷，则实测信号中必有缺陷反射信号。此时，低应变方法只可用于查明有效检测长度范围内是否存在缺陷。4．复合地基中的竖向增强体的检测问题复合地基竖向增强体分为柔性桩（砂桩、碎石桩）、半刚性桩即水泥土桩（搅拌桩、旋喷桩、夯实水泥土桩）、刚性桩（水泥粉煤灰碎石桩即CFG桩）。因为CFG桩实际为素混凝土桩，常见的设计桩体混凝土抗压强度为20～25MPa（过去也有用15MPa或更低的）。采用低应变动测法对CFG桩桩身完整性检验是《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002和《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002明确规定的项目。而对于水泥土桩，桩身施工质量离散性较大，水泥土强度从零点几兆帕到几兆帕变化范围大，虽有用低应变法检测桩身完整性的报导，但可靠性和成熟性还有待进一步探究，考虑到国内使用的普遍适用性，《规范》JGJ106-2003尚未规定对水泥土桩的桩身完整性检测。此外，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002规定的桩身混凝土强度等级最低不小于C20，《规范》JGJ106-2003对低应变受检桩的桩身混凝土强度的最低要求是15MPa96 地基基础工程检测，这主要是考虑到工期紧和便于信息化施工的原因，而放宽了对混凝土龄期的限制。因此从基桩检测的角度上讲，一般要求设计的桩身混凝土强度等级不低于C20。（三）现场检测技术1．测试仪器和激振设备的选择（1）测量响应系统建议低应变动力检测采用的测量响应传感器为压电式加速度传感器。根据压电式加速度计的结构特点和动态性能，当传感器的可用上限频率在其安装谐振频率的1/5以下时，可保证较高的冲击测量精度，且在此范围内，相位误差完全可以忽略。所以应尽量选用自振频率较高的加速度传感器。（2）激振设备瞬态激振操作应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲。除大直径桩外，冲击脉冲中的有效高频分量可选择不超过2000Hz（钟形力脉冲宽度为1ms，对应的高频截止分量约为2000Hz）。桩直径小时脉冲可稍窄一些。选择激振设备没有过多的限制，如力锤、力棒等。2．桩头处理桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。对低应变动测而言，判断桩身阻抗相对变化的基准是桩头部位的阻抗。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净且无积水；应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平，多次锤击信号重复性较差时，多与敲击或安装部位不平整有关；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电锯将桩头锯平。当桩头与承台或垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响。因此，测试时桩头应与混凝土承台断开；当桩头侧面与垫层相连时，除非对测试信号没有影响，否则应断开。3．测试参数设定从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据ΔT=2L/c，只有已知桩长L才能计算波速c，或已知波速c计算桩长L。因此，桩长参数应以实际记录的施工桩长为依据，按测点至桩底的距离设定。测试前桩身波速可根据本地区同类桩型的测试值初步设定。根据前面测试的若干根桩的真实波速的平均值，对初步设定的波速调整。4．传感器安装和激振操作（1）传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；必要时可采用冲击钻打孔安装方式，但传感器底安装面应与桩顶面紧密接触。激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。（2）激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋，其目的是减少外露主筋振动对测试产生干扰信号。若外露主筋过长而影响正常测试时，应将其割短。（3）测桩之目的是激励桩的纵向振动振型，但相对桩顶横截面尺寸而言，激振点处为集中力作用，在桩顶部位难免出现与桩的径向振型相对应的高频干扰。当锤击脉冲变窄或桩径增加时，这种由三维尺寸效应引起的干扰加剧。传感器安装点与激振点距离和位置不同，所受干扰的程度各异。过去的研究成果表明：实心桩安装点在距桩中心约2/3半径R时，所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于90°时也有类似效果，该处相当于径向耦合低阶振型的驻点。另外应注意，加大安装与激振两点间距离或平面夹角，将增大锤击点与安装点响应信号的时间差，造成波速或缺陷定位误差。传感器安装点、锤击点布置见图3.2。（4）当预制桩、预应力管桩等桩顶高于地面很多，或灌注桩桩顶部分桩身截面很不规则，或桩顶与承台等其他结构相连而不具备传感器安装条件时，可将两支测量响应传感器对称安装在桩顶以下的桩侧表面，且宜远离桩顶。96 地基基础工程检测传感器安装点激振锤击点实心桩空心桩图3.2传感器安装点、锤击点布置示意图（a）（b）（c）t1t1t1t2t2t2图3.3不同的锤击工具引起不同的动力响应（400×400mm方桩）（a）手锤；（b）带尼龙头力锤；（c）细金属杆（5）瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别（见图3.3）。锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。（6）为能对室内信号分析发现的异常提供必要的比较或解释依据，检测过程中，同一工程的同一批试桩的试验操作宜保持同条件，不仅要对激振操作、传感器和激振点布置等某一条件改变进行记录，也要记录桩头外观尺寸和混凝土质量的异常情况。（7）桩径增大时，桩截面各部位的运动不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化往往表现出明显的方向性。故应增加检测点数量，通过各接收点的波形差异，大致判断浅部缺陷是否存在方向性。每个检测点有效信号数不宜少于3个，而且应具有良好的重复性，通过叠加平均提高信噪比。四、检测数据分析与判定按《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003规定的方法予以介绍。（一）通过统计确定桩身波速平均值为分析不同时段或频段信号所反映的桩身阻抗信息、核验桩底信号并确定桩身缺陷位置，需要确定桩身波速及其平均值。当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值按下列三式计算其平均值：（3.1）（3.2）（3.3）式中cm——桩身波速的平均值；ci——第i根受检桩的桩身波速值，《规范》JGJ106要求ci取值的离散性不能太大，即︱ci－cm96 地基基础工程检测︱/cm≤5%；L——测点下桩长；ΔT——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差，见图3.4；Δf——幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差，见图3.5；n——参加波速平均值计算的基桩数量（n≥5）。需要指出，桩身平均波速确定时，要求︱ci－cm︱/cm≤5%的规定在具体执行中并不宽松，因为如前所述，影响单根桩波速确定准确性的因素很多；如果被检工程桩桩数量较多，尚应考虑尺寸效应问题，即参加平均波速统计的被检桩的测试条件应尽可能一致，桩身也不应有明显扩径。当无法按上述方法确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。虽然波速与混凝土强度二者并不呈一一对应关系，但考虑到二者整体趋势上呈正相关关系，且强度等级是现场最易得到的参考数据，故对于超长桩或无法明确找出桩底反射信号的桩，可根据本地区经验并结合混凝土强度等级，综合确定波速平均值，或利用成桩工艺、桩型相同、且桩长相对较短并能够找出桩底反射信号的桩确定的波速，作为波速平均值。图3.4完整桩典型时域信号特征V(mm/s)图3.5完整桩典型速度幅频信号特征此外，当某根桩露出地面且有一定的高度时，可沿桩长方向间隔一可测量的距离段安置两个测振传感器，通过测量两个传感器的响应时差，计算该桩段的波速值，以该值代表整根桩的波速值。（二）桩身缺陷位置计算桩身缺陷位置计算采用以下两式之一：（3.4）（3.5）96 地基基础工程检测式中x——桩身缺陷至传感器安装点的距离；Δtx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差，见图3.6；c——受检桩的桩身波速，无法确定时用cm值替代；Δf′——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差，见图3.7。图3.6缺陷桩典型时域信号特征图3.7缺陷桩典型速度幅频信号特征（三）桩身完整性类别判定1．建议采用时域和频域波形分析相结合的方法进行桩身完整性判定，也可根据单独的时域或频域波形进行完整性判定。一般在实际应用中是以时域分析为主、频域分析为辅。依据实测时域或幅频信号特征进行桩身完整性判定的分类标准见规范，显然缺陷类别的判定是定性的。这里需特别强调，仅依据信号特征判定桩身完整性是不够的，需要检测分析人员结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等综合分析判定。96 地基基础工程检测表3.1桩身完整性判定类别时域信号特征幅频信号特征Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2LⅡ2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差Δf′>c/2LⅢ有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ2L/c时刻前出现严重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，相邻频差Δf′>c/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，无桩底谐振峰表3.1没有列出桩身无缺陷或有轻微缺陷但无桩底反射这种信号特征的类别划分。事实上，低应变法测不到桩底反射信号这类情形受多种因素影响，例如：——软土地区的超长桩，长径比很大；——桩周土约束很大，应力波衰减很快；——桩身阻抗与持力层阻抗匹配良好；——桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变；——预制桩接头缝隙影响。桩身完整性为Ⅰ类的信号分析判定，从时域信号或频域曲线特征表现的信息判定相对来说较简单直观，而分析缺陷桩信号则复杂些。有的信号的确是因施工质量缺陷产生的，但也有是因设计构造或成桩工艺本身局限性导致的不连续（断面）而产生的，例如预制打入桩的接缝、灌注桩的逐渐扩径再缩回原桩径的变截面、地层硬夹层影响等。因此，在分析测试信号时，应仔细分清哪些是缺陷波或缺陷谐振峰，哪些是因桩身构造、成桩工艺、土层影响造成的类似缺陷信号特征。另外，根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷程度影响外，还受桩周土阻尼大小及缺陷所处深度的影响。相同程度的缺陷因桩周土性不同或缺陷埋深不同，在测试信号中其幅值大小各异。因此，如何正确判定缺陷程度，特别是缺陷十分明显时，如何区分是Ⅲ类桩还是Ⅳ类桩，应仔细对照桩型、地质条件、施工情况结合当地经验综合分析判断。不仅如此，还应结合基础和上部结构型式对桩的承载安全性要求，考虑桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性，进行缺陷类别划分，不宜单凭测试信号定论。2．时域信号曲线拟合法将桩划分为若干单元，以实测或模拟的力信号作为已知边界条件，设定并调整桩身阻抗及土参数，通过一维波动方程数值计算，计算出速度时域波形并与实测的波形进行反复比较，直到两者吻合程度达到满意为止，从而得出桩身阻抗的变化位置及变化量大小。该计算方法类似于高应变的曲线拟合法，只是拟合所用的桩-土模型没有高应变拟合法那么复杂。图3.1实际上就是曲线拟合法程序的应用示例。（四）桩身阻抗多变或渐变低应变法的误判高发区中主要包含了桩身出现阻抗多变或渐变的情况。《规范》JGJ106-2003建议，对以下两种情况的桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行：——实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价。——桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。96 地基基础工程检测（五）关于嵌岩桩对于嵌岩桩，桩底沉渣和桩端持力层是否为软弱层、溶洞等是直接关系到该桩能否安全使用的关键因素。虽然低应变动测法不能确定桩底情况，但理论上可以将嵌岩桩桩端视为杆件的固定端，并根据桩底反射波的方向判断桩端端承效果。当桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，或频域辅助分析时的导纳值相对偏高，动刚度相对偏低时，理论上表明桩底有沉渣存在或桩端嵌固效果较差。注意，虽然沉渣较薄时对桩的承载能力影响不大，但低应变法很难回答桩底沉渣厚度到底能否影响桩的承载力和沉降性状，并且确实出现过有些嵌入坚硬基岩的灌注桩的桩底同向反射较明显，而钻芯却未发现桩端与基岩存在明显胶结不良的情况。所以，出于安全和控制基础沉降考虑，若怀疑桩端嵌固效果差时，应采用静载试验或钻芯法等其他检测方法核验桩端嵌岩情况，确保基桩使用安全。（六）信号分析中一些没有涉及的问题1．关于数字滤波问题对于低应变法动力试桩而言，除了随机噪声应该滤外，数字滤波是不得已而为之的信号处理方式。通过改变锤头材料或锤垫厚度来调整激励脉冲宽度就可以在现场做到机械滤波。这对测试系统的模拟滤波也同样适用。2．有用信息的提取在确保测试质量的前提下，我们希望通过信号分析得到更多的有用信息。但是，岩土工程条件的诸多影响因素很难在在此全面反映，需要检测人员在实践中不断摸索和积累经验。3．关于Ⅲ类桩的判定标准从技术能力上分析，低应变法判断桩身完整性的准确程度十分有限，客观地说，有些情况下的判断有很多经验成分，只有结合其他更可靠、更适用的方法才能做出准确判断，因此不能对该法期望过高。所以，通过低应变检测虽然不一定能肯定Ⅲ类桩，但至少应找出可能影响桩结构承载力的疑问桩。另外，桩合格与否的评定项目不仅仅是桩身完整性一项，桩基验收时还可采取验证、设计复核、直接或间接补强等多种手段，进行重新或让步验收。故《规范》JGJ106-2003未要求做出“合格”或“不合格”的评定。五、检测报告的要求人员水平低、测试过程和测量系统各环节出现异常、人为信号再处理影响信号真实性等，均直接影响结论判断的正确性，只有根据原始信号曲线才能鉴别。《规范》JGJ106-2003以强制性条文的形式规定——低应变检测报告应给出桩身完整性检测的实测信号曲线。检测报告还应包括足够的信息：1．工程概述；2．岩土工程条件；3．检测方法、原理、仪器设备和过程叙述；4．受检桩的桩号、桩位平面图和相关的施工记录；5．桩身波速取值；6．桩身完整性描述、缺陷的位置及桩身完整性类别；7．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；8．必要的说明和建议，比如对扩大或验证检测的建议；9．为了清晰地显示出波形中的有用信息，波形纵横尺寸的比例应合适，且不应压缩过小，比如波形幅值的最大高度仅1cm左右、2L/c的长度仅2～3cm显然是不合适的。因此每页纸所附波形图不宜太多。96 地基基础工程检测第二节声波透射法一、概述声波检测一般是以人为激励的方式向介质（被测对象）发射声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的声波（反射波、透射波或散射波），通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学性质进行推断和表征。而声波透射法则是以穿透介质的透射声波为测试和研究对象的。声波在介质（被测对象）中传播，介质的几何特征、内部结构、力学性能对声波进行调制声波接收系统接收经介质传播的声波声波记录和分析系统依据声学参数和波形的变化，对介质特性进行工程解释声波发射系统向被测介质发射声波二、仪器设备混凝土声波检测设备主要包括了声波仪和换能器两大部分。用于混凝土检测的声波频率一般在20～250kHz范围内，属超声频段，因此，通常也可称为混凝土的超声波检测，相应的仪器也叫超声仪。（一）混凝土声波仪混凝土声波仪的功能（基本任务），是向待测的结构混凝土发射声波脉冲，使其穿过混凝土，然后接收穿过混凝土的脉冲信号。仪器显示和记录声脉冲穿过混凝土所需时间、接收信号的波形、波幅等。根据声脉冲穿越混凝土的时间（声时）和距离（声程），可计算声波在混凝土中的传播速度；波幅可反映声脉冲在混凝土中的能量衰减状况，根据所显示的波形，经过适当处理后可对被测信号进行频谱分析。（二）声波换能器运用声波检测混凝土，首先要解决的问题是如何产生声波以及接收经混凝土传播后的声波，然后进行测量。解决这类问题通常采用能量转换方法：首先将电能转化为声波能量，向被测介质（混凝土）发射声波，当声波经混凝土传播后，为了度量声波的各声学参数，又将声能量转化为最容易量测的量——电量，这种实现电能与声能相互转换的装置称为换能器。换能器依据其能量转换方向的不同，又分为发射换能器和接收换能器：发射换能器——实现电能向声能的转换；接收换能器——实现声能向电能的转换。发射换能器和接收换能器的基本构成是相同的，一般情况下，可以互换使用，但有的接收换能器为了增加测试系统的接收灵敏度而增设了前置放大器，这时，收、发换能器就不能互换使用。三、检测技术（一）灌注桩声波透射法检测的适用范围1．声波透射法检测混凝土灌注桩的几种方式按照声波换能器通道在桩体中不同的布置方式，声波透射法检测混凝土灌注桩可分为三种方式：（A）桩内跨孔透射法；（B）桩内单孔透射法；（C）桩外孔透射法。96 地基基础工程检测上述三种方法中，桩内跨孔透射法是一种较成熟可靠的方法，是声波透射法检测灌注桩混凝土质量最主要的形式，另外两种方式在检测过程的实施、数据的分析和判断上均存在不少困难，检测方法的实用性、检测结果的可靠性均较低。基于上述原因，《规范》JGJ106-2003中关于声波透射法的适用范围规定了适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，即适用于桩内声波跨孔透射法检测桩身完整性。2．关于用声波透射法测试声速来推定桩身混凝土强度的问题由于混凝土声速与其强度有一定的相关性，通过建立专用“强度-声速”关系曲线来推定混凝土强度的方法广泛地应用于结构混凝土的声波检测中，但作为隐蔽工程的桩与上部结构有较大差别。“强度—声速”关系曲线受混凝土混合比、骨料品种、硬化环境等多种因素的影响，上部结构混凝土的配合比和硬化环境我们可以较准确地模拟。而在桩中的混凝土由于重力、地下水等多种因素的影响而产生离析现象，导致桩身各个区段混凝土的实际配比产生变化，且这种变化情况无法预估，因而无法对“强度-声速”关系曲线作合理的修正。另一方面，声测管的平行度也会对强度的推定产生很大影响，声测管在安装埋设过程中难以保证管间距离恒定不变，检测时，我们只能测量桩顶的两管间距，并用于计算各测点的声速，这就必然造成声速检测值的偏差。而“强度—声速”关系一般是幂函数或指数函数关系，声速的较小偏差所对应的强度偏差被指数放大了。所以即使在检测前已按桩内混凝土的设计配合比制定了专用“强度—声速”曲线，以实际检测声速来推定桩身混凝土强度仍有很大误差。因此，《规范》JGJ106-2003在声波透射法的适用范围中，回避了桩身强度推定问题，只检测灌注桩桩身完整性，确定桩身缺陷位置、程度和范围。当桩径太小时，换能器与声测管的耦合会引起较大的相对误差，一般采用声透法时，桩径大于0.6m。（二）现场检测1．声测管的埋设及要求声测管是声波透射法测桩时,径向换能器的通道,其埋设数量决定了检测剖面的个数，同时也决定了检测精度：声测管埋设数量多，则两两组合形成的检测剖面越多，声波对桩身混凝土的有效检测范围更大、更细致，但需消耗更多的人力、物力，增加成本；减小声测管数量虽然可以缩减成本，但同时也减小了声波对桩身混凝土的有效检测范围，降低了检测精度和可靠性。声测管的埋设质量（平行度）直接影响检测结果的可靠性和检测试验的成败。《规范》JGJ106-2003对声测管的埋设数量作了具体规定。（1）声测管埋设数量及布置声测管的埋设数量由桩径大小决定，如图3.8所示：在检测时沿箭头所指方向开始将声测管沿顺时针方向编号。检测剖面编组分别为：a.1-2；b.1-2，1-3，2-3；c.1-2，1-3，1-4，2-3，2-4，3-4。北121321234沿直径布置呈三角形布置呈四方形布置D≤800mm800mm2000mm图3.8测管布置图（注：图中阴影为声波的有效检测范围）96 地基基础工程检测（2）声测管管材、规格、连接对声测管的材料有以下几个方面的要求：1）有足够的强度和刚度，保证在混凝土灌注过程中不会变形、破损，声测管外壁与混凝土粘结良好，不产生剥离缝，影响测试结果。2）有较大的透声率：一方面保证发射换能器的声波能量尽可能多地进入被测混凝土中，另一方面，又可使经混凝土传播后的声波能量尽可能多地被接收换能器接收，提高测试精度。在发射换能器与接收换能器之间存在四个异质界面，水——>声测管管壁——>混凝土——>声测管管壁——>水，异质界面声能量透过系数，可按下式计算：（3.6）式中　　4个界面声能总透过系数为（3.7）当时，声能量透过系数为1（最大），所以当声测管材料声阻抗介于水和混凝土之间时，声能量的总透过系数较大。目前常用的声测管有钢管、钢质波纹管、塑料管3种。（3）声测管的连接与埋没用作声测管的管材一般都不长（钢管为6m长一根）当受检桩较长时，需把管材一段一段地联结，接口必须满足下列要求：1）有足够的强度和刚度，保证声测管不致因受力而弯折、脱开；2）有足够的水密性，在较高的静水压力下，不漏浆；3）接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍接头的上、下移动。通常有两种联结方式：螺纹联结和套筒联结（如图3.9所示）。焊接套1声测管套筒螺纹螺纹套筒声测管（a）（b）图3.9声测管的联结（a）螺纹联结；（b）套筒联结声测管一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼内侧，在成孔后，灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，声测管底部应密封，如果受检桩不是通长配筋，则在无钢筋笼处的声测管间应设加强箍，以保证声测管的平行度。安装完毕后，声测管的上端应用螺纹盖或木塞封口，以免落入异物，阻塞管道。声测管的连接和埋设质量是保证现场检测工作顺利进行的关键，也是决定检测数据的可靠性以及试验成败的关键环节，应引起高度重视。（4）声测管的其他用途1)替代一部分主钢筋截面。2).当桩身存在明显缺陷或桩底持力层软弱达不到设计要求时，声测管可以作为桩身压浆补强或桩底持力层压浆加固的工程事故处理通道。96 地基基础工程检测2．现场测试(1)检测前的准备工作1)按照《规范》JGJ106-2003中3.2.1的要求，安排检测工作程序。2)按照《规范》JGJ106-2003中3.2.2的要求，调查、收集待检工程及受检桩的相关技术资料和施工记录。比如桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、地质状况、设计参数、桩身混凝土参数、施工过程及异常情况记录等信息。3）检查测试系统的工作状况，必要时（更换换能器、电缆线等）应按“时－距”法对测试系统的延时t0重新标定，并根据声测管的尺寸和材质计算耦合声时tw，声测管壁声时tp。4）将伸出桩顶的声测管切割到同一标高，测量管口标高，作为计算各测点高程的基准。5）向管内注入清水，封口待检。6）在放置换能器前，先用直径与换能器略同的圆钢作吊绳。检查声测管的通畅情况，以免换能器卡住后取不上来或换能器电缆被拉断，造成损失。有时，对局部漏浆或焊渣造成的阻塞可用钢筋导通。7）用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管组成的检测剖面各测点测距，测试误差小于1%。8）测试时径向换能器宜配置扶正器，尤其是声测管内径明显大于换能器直径时，换能器的居中情况对首波波幅的检测值有明显影响。扶正器就是用1~2mm厚的橡皮剪成一齿轮形，套在换能器上，齿轮的外径略小于声测管内径。扶正器既保证换能器在管中能居中，又保护换能器在上下提升中不致与管壁碰撞，损坏换能器。软的橡皮齿又不会阻碍换能器通过管中某些狭窄部位。(2)检测前对混凝土龄期的要求原则上，桩身混凝土满28d龄期后进行声波透射法检测是最合理的，也是最可靠的。但是，为了加快工程建设进度、缩短工期，当采用声波透射法检测桩身缺陷和判定其完整性等级时，可适当将检测时间提前。特别是针对施工过程中出现异常情况的桩，可以尽早发现问题，及时补救，赢得宝贵时间。(3)检测步骤现场的检测过程一般分两个步骤进行，首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常的测点。然后，对声学参数异常的测点采用加密测试、斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测，这样一方面可以验证普查结果，另一方面可以进一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依据。1）平测普查(如图3.10所示)按照下列步骤进行：a将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合（共有C2n个检测剖面，n为声测管数），并按图4.8进行剖面编码。将发、收换能器分别置于某一剖面的两声测管中，并放至桩的底部，保持相同标高。b自下而上将发、收换能器以相同的步长（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，进行一次测试，实时显示和记录测点的声波信号的时程曲线，读取声时、首波幅值和周期值（模拟式声波仪），宜同时显示频谱曲线和主频值（数字式仪器）。重点是声时和波幅，同时也要注意实测波形的变化。c在同一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。由于声波波幅和主频的变化，对声波发射电压和仪器设置参数很敏感，而目前的声波透射法测桩，对声参数的处理多采用相对比较法，为使声参数具有可比性，仪器性能参数应保持不变。96 地基基础工程检测TTRR图3.10平测普查T—发射换能器，R—接收换能器2）对可疑测点的细测（加密平测、斜测、扇形扫测）通过对平测普查的数据分析，可以根据声时、波幅和主频等声学参数相对变化及实测波形的形态，找出可疑测点。对可疑测点，先进行加密平测（换能器提升步长为10~20cm），核实可疑点的异常情况，并确定异常部位的纵向范围。再用斜测法对异常点缺陷的严重情况进行进一步的探测。斜测就是让发、收换能器保持一定的高程差，在声测管内以相同步长同步升降进行测试，而不是象平测那样让发、收换能器在检测过程中始终保持相同的高程。斜测又分为单向斜测和交叉斜测。由于径向换能器在铅垂面上存在指向性，因此，斜测时，发、收换能器中心连线与水平面的夹角不能太大，一般可取30°～40°。测试中还要注意声测管接头的影响。当换能器正好位于接头处，有时接头会使声学参数测值明显降低，特别是振幅测值。其原因是接头处存在空气夹层，强烈反射声波能量。遇到这种情况，判断的方法是：将换能器移开一定距离后，测值立刻正常，反差极大，往往属于这种情况。另外，通过斜测也可作出判断。3）对桩身缺陷在桩横截面上的分布状况的推断。对单一检测剖面的平测、斜测结果进行分析，我们只能得出缺陷在该检测剖面上的投影范围，桩身缺陷在空间的分布是一个不规则的几何体，要进一步确定缺陷的范围（在桩身横截面上的分布范围），则应综合分析各个检测剖面在同一高程或邻近高程上的测点的测试结果，一灌注桩桩身存在缺陷，在三个检测剖面的同一高程上通过细测（加密平测和斜测），确定了该桩身缺陷在三个检测剖面上的投影范围，综合分析桩身缺陷的三个剖面投影可大致推断桩身缺陷在桩横截面上的分布范围。桩身缺陷的纵向尺寸可以比较准确地检测，因为测点间距可以任意小，所以在桩身纵剖面上可以有任意多条测线。而桩身缺陷在桩横截面上的分布则只是一个粗略的推断，因为在桩身横截面上最多只有Cn2条测线（n为声测管埋设数量）。近几年发展起来的灌注桩声波层析成像（CT）技术是检测灌注桩桩身缺陷在桩内的空间分布状况的一种新方法。四、检测数据分析与结果判定（一）测试数据的整理灌注桩的声波透射法检测需要分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，同时要注意对实测波形的观察和记录。目前大量使用的数字式声波仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。作为一个合格的现场检测技术人员了解这些数据整理的方法有助于对桩身缺陷的正确判别和桩身完整性的正确判定。1．波形记录与观察实测波形的形态能综合反映发、收换能器之间声波能量在混凝土中各种传播路径上的总的衰减状况，应记录有代表性的混凝土质量正常的测点的波形曲线，和异常测点的波形曲线，可作为对桩身缺陷的辅助判断。96 地基基础工程检测2．绘制声参数～深度曲线根据上节中各个测点声参数的计算值和测点标高，绘制声速~深度曲线、声幅~深度曲线、主频~深度曲线，将三条曲线对应起来进行异常测点的判断更直观，便于综合分析。（二）数据分析与判断1．声速判据声速是分析桩身混凝土质量的一个重要参数，在《规范》JGJ106-2003中对声速的分析、判断有两种方法：概率法和声速低限值法。（1）概率法正常情况下，由随机误差引起的混凝土的质量波动是符合正态分布的，这可以从混凝土试件抗压强度的试验结果得到证实，由于混凝土质量（强度）与声学参数存在相关性，可大致认为正常混凝土的声学参数的波动也服从正态分布规律。混凝土构件在施工过程中，可能因外界环境恶劣及人为因素导致各种缺陷，这种缺陷由过失误差引起，缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，与其对应的声学参数也同样会偏离正态分布。（2）声速低限值法概率法本质上说是一种相对比较法，它考察的只是某测点声速与所有测点声速平均值的偏离程度，在使用时，没有与声速的绝对值相联系，可能会导致误判或漏判：鉴于上述原因，在《规范》JGJ106-2003中增加了低限值异常判据。一方面当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据：vi