1 适用范围
1.1 本方法适用于检测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,为选择沉桩工艺参数及桩长提供依据。
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。
1.3 对于大直径扩底桩和预估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。 2 仪器设备
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/T 3055规定的2级标准,且应具有保存、显示实测力与速度信号处理与分析的功能。
2.2 锤击设备应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。
2.3 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)比应为1.0~1.5范围内。
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或桩桩长大于30m时取高值。
2.5 桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定。 3 现场检测
3.1 检测前的准备工作,应符合下列规定: 1 预制桩承载能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进行加固处理,混凝土桩的桩头处理应符合本规范附录B的规定;
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10mm~30mm厚的木板或胶合板等
材料。
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50μs~200μs,信号采样点数不宜少于1024点; 2 传感器的设定值应按计量检定或校准结果设定;
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;
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3.2取值;
表3.2 桩身材料质量密度(t/m3)
钢桩 7.85
7 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本规范第4.3条进行调整;
8 桩身材料弹性模量应按下式计算:
Ec2 (3.2) 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)。
3.3 现场检测应符合下列要求:
1 交流供电的测试系统应接地良好,检测时测试系统应处于正常状态; 2 采用自由落锤为锤击设备时,应符合重锤低击原则,最大锤击落距不宜大于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;
混凝土预制桩 2.45~2.50 离心钢桩 2.55~2.60 混凝土灌注桩 2.40 4 检测时应及时检查采集信号的质量,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应力、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。
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。
6 承载力检测时应实测桩的贯入度,单击贯入度宜为2~6mm之间。
4 检测数据的分析与判定
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。
4.2 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; 4 四通道测试数据不全。
4.3 桩底反射明显时,桩身波速可根据速度波第一峰起升沿的起点到速度反射峰起升或下降沿的起点之间的时差与已知桩长值确定(图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。
图4.3 桩身波速的确定
4.4 当测点处原设定波速随调整后的桩身波速改变时,桩身材料弹性模量和锤击力信号的调整应符合下列规定:
1 桩身材料弹性模量应按式(9.3.2)重新计算; 2 当采用应变式传感器测力时,应同时对原实测力校正。
4.5 高应变实测的力和速度信号第一峰起始段不成比例时,不得对实测力或速度信号进行调整。
4.6 承载力分析计算前,应结合地基条件﹑设计参数,对实测波形特征进行定性检查:
1 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。 4.7 出现下列情况之一时,应采用静载试验方法进一步验证: 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基条件不符合;
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。
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、小直径桩; 2 桩身材质、截面应基本均匀;
3 阻尼系数Jc宜根据同条件下静载试验结果校核,或应在已取得相近条件下可靠对比资料后,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%,且不应少于3根;
4 在同一场地、地基条件相近和桩型及其截面积相同情况下,Jc值的极差不宜大于平均值的30%。
4.9 凯司法判定单桩承载力可按下列公式计算:
112L2LRc(1-Jc)F(t1)ZV(t1)(1Jc)Ft1ZVt1
22cc ZEA (4.9-2) c式中:Rc──由凯司法计算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(kN·s/m); A──桩身截面面积(m2); L──测点下桩长(m)。
注:公式(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。
对于土阻力滞后于t1+2L/c时刻明显发挥或先于t1+2L/c时刻发挥并产生桩中上部强烈反弹这两种情况,宜分别采用下列方法对Rc值进行提高修正:
1 将t1延时,确定Rc的最大值;
2 计入卸载回弹的土阻力,对Rc值进行修正。
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;对于柴油锤打桩信号,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吻合,其他区段的曲线应基本吻合;
6 贯入度的计算值应与实测值接近。
4.11 本方法对单桩承载力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 参加统计的桩结构,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能力统计值。
2 当极差超过30%时,应分析极差过大的原因,结合工程具体情况确定。必要时可增加试桩数量。
3 单位工程同一条件下的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。
4.12 桩身完整性可采用下列方法进行判定:
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4.10条第1~2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4.12并结合经验判定;桩身完整性系数β和桩身缺陷位置x应分别按下列公式计算:
F(t1)ZV(t1)2RxF(tx)ZV(tx) (4.12-1)
F(t1)ZV(t1)F(tx)ZV(tx)txt1 (4.12-2) 2000 xc式中:β──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4.12
表4.12 桩身完整性判定
类别 Ⅰ Ⅱ β值 β=1.0 0.8≤β<1.0 类别 Ⅲ Ⅳ β值 0.6≤β<0.8 β<0.6
图4.12 桩身完整性系数计算
4.13 出现下列情况之一时,桩身完整性宜按地基条件和施工工艺,结合实测曲线拟合法或其他检测方法综合判定:
1 桩身有扩径;
2 桩身截面渐变或多变的混凝土灌注桩;
3 力和速度曲线在第一峰附近比例失调,桩身浅部有缺陷桩; 4 锤击力波上升缓慢,力与速度曲线比例失调的桩。
4.14 桩身最大锤击拉、压应力和桩锤实际传递给桩的能量,应分别按本规范附录G的公式进行计算。
4.15 高应变检测报告应给出实测的力与速度信号曲线。
4.16 检测报告除应包括本规范第5.3条规定的内容外,尚应包括下列内容: 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和土的模型参数、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、桩垫类型,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。
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