基樁檢測按照檢測目的可分為基樁承載力檢測和樁身完整性檢測。

1.基樁承載力檢測

基樁承載力檢測方法可分為靜載試驗法和動載試驗法。

(1)靜載試驗法。靜載試驗法是在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力和水平推力,觀測樁頂部隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移和水平位移,以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力和單樁水平承載力的試驗方法。靜載試驗法根據(jù)檢測目的不同可分為單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗。

圖9-23　基樁檢測工作程序

靜載試驗法是最傳統(tǒng)的樁基檢測方法,均采用千斤頂加載,需要反力裝置和量測裝置。受試驗噸位限制,對于特大承載力的樁無法實現(xiàn)加載,近幾年出現(xiàn)的自平衡測試方法,是在基樁底部(根據(jù)基樁受力情況也可埋設(shè)在中部)埋設(shè)千斤頂,利用樁端阻力(千斤頂埋設(shè)在中部時還包括千斤頂以下的側(cè)壁摩阻力)與千斤頂以上側(cè)壁摩阻力之間平衡來測試基樁的豎向承載力,不需要反力裝置,具有技術(shù)先進(jìn)、測試自動化、省時、省力、安全、不受場地條件限制、多根樁可同時測試等優(yōu)點,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

(2)動載試驗法。

1)可采用可靠的動載試驗法進(jìn)行單樁豎向承載力檢測的樁基。工程樁施工前已進(jìn)行單樁靜載試驗的一級建筑樁基;地質(zhì)條件較好的、樁的施工質(zhì)量可靠的二級建筑樁基;三級建筑樁基;一、二級建筑樁基靜載試驗的輔助檢測。

2)高應(yīng)變動力試樁法。高應(yīng)變法是利用重錘沖擊樁頂,實測樁頂部的速度和力時程曲線,通過波動理論分析,對單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。

高應(yīng)變動力試驗方法的基本原理是:用重錘沖擊樁頂,使樁－土產(chǎn)生足夠大的相對位移,以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端承載力。通過安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收樁的應(yīng)力波信號,應(yīng)用應(yīng)力波理論處理分析力和速度時程曲線,從而判定樁的承載力。

高應(yīng)變動力試樁系統(tǒng)由錘擊裝置、傳感器、數(shù)據(jù)采集與分析及數(shù)據(jù)顯示輸出等部分組成。

2.樁身完整性檢測

使樁身完整性惡化,在一定程度上引起樁身結(jié)構(gòu)強度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥(雜物)、空洞、蜂窩、松散等現(xiàn)象統(tǒng)稱樁身缺陷。樁身完整性是反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續(xù)性的綜合定性指標(biāo)。

樁身完整性檢驗的方法主要有低應(yīng)變動測法、高應(yīng)變動測法、鉆芯法和聲波透射法等。

(1)低應(yīng)變動測法。低應(yīng)變法是采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振,實測樁頂部的速度時呈曲線或速度導(dǎo)納曲線,通過波動理論分析或頻域分析,對樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。

低應(yīng)變動測法分為應(yīng)力波反射法和機(jī)械阻抗法。

1)應(yīng)力波反射法。測試的基本原理是:把樁看作一維彈性桿件,當(dāng)在樁頂施加某一機(jī)械力時,樁身質(zhì)點因受迫而振動并產(chǎn)生彈性波沿樁體向下傳播到樁端,由于樁端與土層有明顯的波速差異,構(gòu)成一波阻抗界面,然后有一部分彈性波反射回樁頂。當(dāng)樁間存在裂縫、接縫、蜂窩、夾泥、孔洞、斷裂等缺陷而產(chǎn)生波阻抗界面時,波從樁頂向下傳播遇到波阻抗界面,也將產(chǎn)生波的反射和疊加,并被安置在樁頂?shù)母哽`敏度傳感器所接收。因此,一般完整性良好的單樁波形特征為:無缺陷反射波存在,波形受到干涉,波的振幅、相位、頻率相對正常。樁的波形出現(xiàn)異常、缺陷嚴(yán)重時,易形成多次反射,振幅較大。

2)機(jī)械阻抗法。機(jī)械阻抗法是一種結(jié)構(gòu)動態(tài)分析方法。樁的動態(tài)特性是與樁身混凝土的完整性和樁—土相互作用的特性密切相關(guān)。機(jī)械阻抗法的基本原理是通過測定施加給樁的激勵(輸入)函數(shù)和樁的動態(tài)響應(yīng)函數(shù)來識別樁的動態(tài)特性,通過對樁動態(tài)特性的分析計算,即可判定樁身混凝土的澆注質(zhì)量、缺陷的類型及其在樁身中的位置或樁的實際長度。

根據(jù)激振方式的不同,機(jī)械阻抗法可分為穩(wěn)態(tài)機(jī)械阻抗法和瞬間機(jī)械阻抗法兩種。前者由激振器產(chǎn)生的簡諧垂直力通過力傳感器作用在樁頂上;后者由瞬時錘擊力作用于樁頭上,并測定錘擊力的大小和時間特性。

(2)高應(yīng)變動測法。根據(jù)一維行波理論可知,在錘擊力所產(chǎn)生的壓力波向下傳播時,會在樁截面突然增大(或減小)處產(chǎn)生一個壓力(或拉力)回波,這一壓力(或拉力)回波返回到樁頂時,將使樁頂處的力增加(或減小),使速度減小(或增加)。利用這一基本原理,就可在實測的力波曲線和速度波曲線中,根據(jù)兩者的相對變化關(guān)系來判別樁身的各種情況。同時,可計算相應(yīng)的樁身結(jié)構(gòu)完整性系數(shù),根據(jù)樁身結(jié)構(gòu)完整性系數(shù)值的大小,判別樁身不同程度的缺陷。而缺陷位置也可利用應(yīng)力波在樁中的傳播速度和壓力(拉力)回波到達(dá)樁所需要的時間來確定。

高應(yīng)變動測法適用于樁長較大或樁周土阻力相對較大的工程樁的樁身完整性檢測。

(3)鉆芯法。鉆芯法是用鉆機(jī)鉆取芯樣以檢測樁長、樁身缺陷、樁底沉渣厚度以及樁身混凝土的強度、密實性和連續(xù)性,判定樁底巖土性狀的方法。

利用鉆機(jī)等設(shè)備直接鉆取樁身混凝土芯樣進(jìn)行目測判別,并取代表性芯樣進(jìn)行強度檢驗。目測判別能夠判斷樁身是否有斷樁、夾泥、混凝土密實度及樁底沉渣厚度,而芯樣的強度檢驗?zāi)軌蚺袆e樁身混凝土是否達(dá)到設(shè)計強度要求。該方法可以達(dá)到檢驗樁身完整性、樁身混凝土強度是否符合設(shè)計要求,樁底沉渣是否符合設(shè)計及施工驗收規(guī)范要求,樁端持力層是否符合設(shè)計要求,施工記錄樁長是否屬實,成孔深度是否符合設(shè)計要求等目的,是一種較為可靠直觀的方法。

(4)聲波透射法。聲波透射法是在預(yù)埋聲測管之間發(fā)射并接收聲波,通過實測聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時、頻率和波幅衰減等聲學(xué)參數(shù)的相對變化,對樁身完整性進(jìn)行檢測的方法。

聲波透射法原理是利用多個預(yù)埋管或鉆孔,在一個孔內(nèi)由超聲脈沖發(fā)射源在樁身混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波,在另一個孔內(nèi)用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特性。當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時,將產(chǎn)生波的透射和反射,使接收到的透射波能量明顯降低,當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時,將產(chǎn)生波的散射和繞射;根據(jù)波的初至到達(dá)時間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征,可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實度參數(shù)。測試記錄不同側(cè)面、不同高度上的波動特征,經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)內(nèi)混凝土的參考強度和內(nèi)部存在缺陷的大小及空洞位置。預(yù)埋管的數(shù)量根據(jù)樁徑的大小確定,測管數(shù)量越多,測區(qū)覆蓋面積就越大。

鉆芯法、聲波透射法適用于大直徑樁的樁身完整性檢測。

知識歸納

樁基礎(chǔ)是由埋設(shè)在地基中多根具有一定剛度的桿件(稱為樁群)和把樁群聯(lián)合起來共同工作的樁臺(稱為承臺)兩部分組成。樁基礎(chǔ)的作用是將荷載傳至地下較深處承載性能好的土層,以滿足承載力和沉降的要求。

樁基礎(chǔ)分類,按承載性狀分:①摩擦型樁;②端承型樁。按成樁方法分:①非擠土樁;②部分?jǐn)D土樁;③擠土樁。按樁徑大小分:①小樁;②中等直徑樁;③大直徑樁。

樁基礎(chǔ)最常用的是抵抗豎向荷載,單樁豎向承載力由樁身材料強度和地基土對樁的支承力兩方面決定,單樁豎向承載力為二者中的最小值。

靜載荷試驗是最常用的確定單樁豎向承載力的方法。

樁的設(shè)計步驟為選擇樁材、樁型及其幾何尺寸,確定單樁承載力,確定樁數(shù)及布置樁位,樁基中的單樁受力驗算,軟弱下臥層驗算及沉降驗算,樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計,承臺設(shè)計,繪制樁基施工圖。

基樁檢測按照檢測目的可分為基樁承載力檢測和樁身完整性檢測。基樁承載力檢測分為靜載試驗法和動載試驗法。樁身完整性檢測的方法主要有低應(yīng)變動測法、高應(yīng)變動測法、鉆芯法和聲波透射法等。

思考與練習(xí)

一、問答題

1.試述樁基的適用條件。

2.如何驗算樁基承載力?

3.設(shè)計中如何選擇樁徑、樁長及樁的類型?

4.試述樁基的沉降驗算方法。

5.承臺的尺寸如何確定?應(yīng)做哪些驗算?

6.簡述灌注樁與預(yù)制樁的應(yīng)用范圍。

7.常用的樁基檢測方法有哪些?

8.樁基設(shè)計的步驟是什么?

9.簡述深基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)的區(qū)別,沉井基礎(chǔ)和地下連續(xù)墻的施工工藝。

二、計算題

1.某預(yù)制樁基礎(chǔ),截面尺寸為0.3×0.3m2,強度等級為C30混凝土(fc＝15N/mm2),樁長15m,承臺底面埋深2.0m,土層分布如圖9-24所示,參數(shù)見表9-12,試計算單樁承載力特征值。

2.如圖9-25所示,條件同上題,若為一級樁基,承臺上作用豎向軸力設(shè)計值F＝4000kN,彎矩設(shè)計值M＝400kN·m,水平力設(shè)計值H＝50kN,試計算樁數(shù)和驗算復(fù)合基樁承載力是否滿足設(shè)計要求。

圖9-24　習(xí)題1圖

圖9-25　習(xí)題2圖

表9-12　土層參數(shù)

續(xù)表

3.某商業(yè)大廈地基土第一層為黏性土,厚為1.5m,IL＝0.4;第二層為淤泥,厚為21.5m,含水量＝55%;第三層為中密粗砂,采用樁基礎(chǔ)。已知預(yù)制方樁的截面尺寸為400mm×400 mm,長為24m(從承臺底面算起),樁打入1.0m,試按《規(guī)范》經(jīng)驗公式計算單樁豎向承載力特征值。

4.某工程為框架結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土柱的截面尺寸為350mm×400mm,作用在柱基頂面上的荷載設(shè)計值F＝2000kN,MY＝300kN·m。地基土表層為雜填土,厚為1.5m;第二層為軟塑黏土,厚為9m,qs2a＝16.6kPa;第三層為可塑粉質(zhì)黏土,厚為5m,qs3q＝35kPa,qpa＝870kPa。試設(shè)計該工程基礎(chǔ)方案。

5.條件同第2題,一級建筑樁基,樁端持力層下有淤泥質(zhì)黏土軟弱下臥層,試驗算軟弱下臥層的承載力是否滿足要求。