中華人民共和國行業標準-建筑基樁檢測技術規范
來源: | 作者:gdyhjs | 發布時間: 2017-06-19 | 41725 次瀏覽 | 分享到:

1  總   則

1.0.1 為了確?;鶚稒z測工作質量,統一基樁檢測方法,為設計和施工驗收提供可靠依據,使基樁質量檢測工作符合安全適用、技術先進、數據準確、正確評價的要求,制定本規范。
1.0.2 本規范適用于建筑工程基樁的承載力和樁身完整性的檢測與評價。
1.0.3 基樁檢測方法應根據各種檢測方法的特點和適用范圍,考慮地質條件、樁型及施工質量可靠性、使用要求等因素進行合理選擇搭配?;鶚稒z測結果應結合上述因素進行分析判定。
1.0.4 建筑工程基樁的質量檢測除應執行本規范外,尚應符合國家現行的有關強制性標準的規定。


2  術語、符號

2.1  術    語

2.1.1 基樁 Foundation pile
樁基礎中的單樁。
2.1.2 樁身完整性 Pile integrity
反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續性的綜合定性指標。
2.1.3 樁身缺陷 Pile defects
使樁身完整性惡化,在一定程度上引起樁身結構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、松散等現象的統稱。
2.1.4 靜載試驗 Static loading test
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生的沉降、上拔位移和水平位移,以確定相應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。
2.1.5 鉆芯法 Core drilling method
用鉆機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、密實性和連續性,判定樁底巖土性狀的方法。
2.1.6 低應變法  Low strain integrity testing
采用低能量瞬態或穩態激振方式在樁頂激振,實測樁頂部的速度時程曲線或速度導納曲線,通過波動理論分析或頻域分析,對樁身完整性進行判定的檢測方法。
2.1.7 高應變法 High strain dynamic testing
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行判定的檢測方法。
2.1.8 聲波透射法 Crosshole sonic logging
在預埋聲測管之間發射并接收聲波,通過實測聲波在混凝土介質中傳播的聲時、頻率和波幅衰減等聲學參數的相對變化,對樁身完整性進行檢測的方法。

 
2.2  符    號

2.2.1 抗力和材料性能
c——樁身一維縱向應力波傳播速度(簡稱樁身波速);
E——樁身材料彈性模量;
fcu——混凝土芯樣試件抗壓強度;
m——地基土水平土抗力系數的比例系數;
Qu ——單樁豎向抗壓極限承載力;
Ra ——樁豎向抗壓承載力特征值;
Rc ——由凱司法判定的單樁豎向抗壓承載力;
Rx——缺陷以上部位土阻力的估計值;
v ——樁身混凝土聲速;
Z ——樁身截面力學阻抗;
ρ—— 樁身材料質量密度。
2.2.2 作用與作用效應
F ——錘擊力;
H——單樁水平靜載試驗中作用于地面的水平力;
P ——芯樣抗壓試驗測得的破壞荷載;
Q ——單樁豎向抗壓靜載試驗中施加的豎向荷載、樁身軸力;
s ——樁頂豎向沉降、樁身豎向位移;
U ——單樁豎向抗拔靜載試驗中施加的上拔荷載;
V ——質點運動速度;
Y0——水平力作用點的水平位移;
δ ——樁頂上拔量;
σs ——鋼筋應力。
2.2.3 幾何參數
A ——樁身截面面積;
B ——矩形樁的邊寬;
b0——樁身計算寬度;
D——樁身直徑(外徑);
d ——芯樣試件的平均直徑;
I —— 樁身換算截面慣性矩;
l′ ——每檢測面相應兩聲測管的外壁間凈距離;
L——測點下樁長;
x——傳感器安裝點至樁身缺陷的距離;
z ——測點深度。
2.2.4 計算系數
Jc——凱司法阻尼系數;
α——樁的水平變形系數;
β——高應變法樁身完整性系數;
λ——樣本中不同統計個數對應的系數;
νy ——樁頂水平位移系數;
ξ ——混凝土芯樣試件抗壓強度折算系數。
2.2.5 其他
Am ——聲波波幅平均值;
Ap ——聲波波幅值;
a ——信號首波峰值電壓;
a0 ——零分貝信號峰值電壓;
cm——樁身波速的平均值;
f ——頻率、聲波信號主頻;
n——數目、樣本數量;
 sx ——標準差;
T ——首波周期;
t ′——幾何因素聲時修正值;
t0 ——儀器系統延遲時間;
t1 ——速度第一峰對應的時刻;
tc ——聲時;
ti ——時間、聲時測量值;
tr ——錘擊力上升時間;
tx ——缺陷反射峰對應的時刻;
v0——聲速的異常判斷值;
vc——聲速的異常判斷臨界值;
vL——聲速低限值;
vm——聲速平均值;
Δf —— 幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差;
Δf ′ —— 幅頻曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差;
ΔT  —— 速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差;
Δtx  —— 速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時間差。

3  基本規定

3.1 檢測方法和內容

3.1.1 工程樁應進行單樁承載力和樁身完整性抽樣檢測。
3.1.2 基樁檢測方法應根據檢測目的按表3.1.2選擇。
                         檢測方法及檢測目的               表3.1.2
檢測方法 檢 測 目 的
單樁豎向抗壓靜載試驗 
確定單樁豎向抗壓極限承載力;
判定豎向抗壓承載力是否滿足設計要求;
通過樁身內力及變形測試,測定樁側、樁端阻力;
.驗證高應變法的單樁豎向抗壓承載力檢測結果

單樁豎向抗拔靜載試驗 
確定單樁豎向抗拔極限承載力;
判定豎向抗拔承載力是否滿足設計要求;
通過樁身內力及變形測試,測定樁的抗拔摩阻力

單樁水平靜載試驗 
確定單樁水平臨界和極限承載力,推定土抗力參數;
判定水平承載力是否滿足設計要求;
通過樁身內力及變形測試,測定樁身彎矩和撓曲

鉆芯法 檢測灌注樁樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度,判定或鑒別樁底巖土性狀,判定樁身完整性類別
低應變法 檢測樁身缺陷及其位置,判定樁身完整性類別
高應變法 
判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求;
檢測樁身缺陷及其位置,判定樁身完整性類別;
分析樁側和樁端土阻力

聲波透射法 檢測灌注樁樁身混凝土的均勻性、樁身缺陷及其位置,判定樁身完整性類別
3.1.3 樁身完整性宜采用兩種或兩種以上的檢測方法進行檢測。
3.1.4 基樁檢測除應在施工前和施工后進行外,尚應采取符合本規范規定的檢測方法或專業驗收規范規定的其他檢測方法,進行樁基施工過程中的檢測,加強施工過程質量控制。

3.2  檢測工作程序
3.2.1  檢測工作的程序,應按圖3.2.1進行:










                         圖3.2.1  檢測工作程序框圖
3.2.2  調查、資料收集階段宜包括下列內容:
1 收集被檢測工程的巖土工程勘察資料、樁基設計圖紙、施工記錄;了解施工工藝和施工中出現的異常情況。
2 進一步明確委托方的具體要求。
3 檢測項目現場實施的可行性。
3.2.3  應根據調查結果和確定的檢測目的,選擇檢測方法,制定檢測方案。檢測方案宜包含以下內容:工程概況,檢測方法及其依據的標準,抽樣方案,所需的機械或人工配合,試驗周期。
3.2.4  檢測前應對儀器設備檢查調試。
3.2.5  檢測用計量器具必須在計量檢定周期的有效期內。
3.2.6  檢測開始時間應符合下列規定:
1 當采用低應變法或聲波透射法檢測時,受檢樁混凝土強度至少達到設計強度的70%,且不小于15MPa。
2 當采用鉆芯法檢測時,受檢樁的混凝土齡期達到28d或預留同條件養護試塊強度達到設計強度。
3 承載力檢測前的休止時間除應符合本條第2款規定外,尚不應少于表3.2.6規定的時間。
                               休止時間            表3.2.6
 
土的類別
  休止時間(d) 土的類別 休止時間(d)
砂土 7 黏性土 非飽和 15
粉土 10  飽和 25
注:對于泥漿護壁灌注樁,宜適當延長休止時間。

3.2.7  施工后,宜先進行工程樁的樁身完整性檢測,后進行承載力檢測。當基礎埋深較大時,樁身完整性檢測應在基坑開挖至基底標高后進行。
3.2.8  現場檢測期間,除應執行本規范的有關規定外,還應遵守國家有關安全生產的規定。當現場操作環境不符合儀器設備使用要求時,應采取有效的防護措施。
3.2.9  當發現檢測數據異常時,應查找原因,重新檢測。
3.2.10  當需要進行驗證或擴大檢測時,應得到有關各方的確認,并按本規范第3.4.1~3.4.7條的有關規定執行。

3.3 檢測數量

3.3.1 當設計有要求或滿足下列條件之一時,施工前應采用靜載試驗確定單樁豎向抗壓承載力特征值:
1 設計等級為甲級、乙級的建筑樁基。
2 地質條件復雜、施工質量可靠性低的建筑樁基。
3 本地區采用的新樁型或新工藝。
檢測數量在同一條件下不應少于3根,且不宜少于總樁數的1%;當工程樁總數在50根以內時,不應少于2根。
3.3.2 打入式預制樁有下列條件要求之一時,應采用高應變法進行試打樁的打樁過程監測:
1 控制打樁過程中的樁身應力;
2 選擇沉樁設備和確定工藝參數;
3 選擇樁端持力層。
在相同施工工藝和相近地質條件下,試打樁數量不應少于3根。
3.3.3 單樁承載力和樁身完整性驗收抽樣檢測的受檢樁選擇宜符合下列規定:
1 施工質量有疑問的樁;
2 設計方認為重要的樁;
3 局部地質條件出現異常的樁;
4 施工工藝不同的樁;
5 承載力驗收檢測時適量選擇完整性檢測中判定的Ⅲ類樁;
6 除上述規定外,同類型樁宜均勻隨機分布。
3.3.4 混凝土樁的樁身完整性檢測的抽檢數量應符合下列規定:
1 柱下三樁或三樁以下的承臺抽檢樁數不得少于1根。
2 設計等級為甲級,或地質條件復雜、成樁質量可靠性較低的灌注樁,抽檢數量不應少于總樁數的30%,且不得少于20根;其他樁基工程的抽檢數量不應少于總樁數的20%,且不得少于10根。
注:1  對端承型大直徑灌注樁,應按上述兩款規定的抽檢數量,對受檢樁采用鉆芯法或聲波透射法進行樁身完整性檢測,抽檢數量不得少于總樁數的10%。
2  地下水位以上且終孔后樁端持力層已通過核驗的人工挖孔樁,以及單節混凝土預制樁,抽檢數量可適當減少,但不宜少于總樁數的10%,且不宜少于10根。
3  當符合第3.3.3條第1~4款規定的樁數較多,或為了全面了解整個工程基樁的樁身完整性情況時,應適當增加抽檢數量。
3.3.5 對單位工程內且在同一條件下的工程樁,當符合下列條件之一時,應進行單樁豎向抗壓承載力靜載驗收檢測:
1  設計等級為甲級的建筑樁基;
2  地質條件復雜、施工質量可靠性低的建筑樁基;
3  本地區采用的新樁型或新工藝;
4  擠土群樁施工產生擠土效應。
抽檢數量不應少于總樁數的1%,且不少于3根;當總樁數在50根以內時,不應少于2根。
注:對上述第1~4款規定條件外的工程樁,當采用豎向抗壓靜載試驗進行驗收承載力檢測時,抽檢數量宜     按本條規定執行。
3.3.6 對第3.3.5條規定條件外的預制樁和滿足高應變法適用檢測范圍的灌注樁,可采用高應變法進行單樁豎向抗壓承載力驗收檢測。當有本地區相近條件的對比驗證資料時,高應變法也可作為第3.3.5條規定條件下單樁豎向抗壓承載力驗收檢測的補充。抽檢數量不宜少于總樁數的5%,且不得少于5根。
3.3.7 對于端承型大直徑灌注樁,當受設備或現場條件限制無法檢測單樁豎向抗壓承載力時,可采用鉆芯法測定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣檢驗樁端持力層。抽檢數量不應少于總樁數的10%,且不少于10根。
3.3.8 對于承受拔力和水平力較大的建筑樁基,應進行單樁豎向抗拔、水平承載力檢測。檢測數量不應少于總樁數的1%,且不少于3根。

3.4  驗證與擴大檢測

3.4.1 當出現本規范第8.4.5~8.4.6條和第9.4.7條中所列情況時,應進行驗證檢測。驗證方法宜采用單樁豎向抗壓靜載試驗;對于嵌巖灌注樁,可采用鉆芯法驗證。
3.4.2 樁身淺部缺陷可采用開挖驗證。
3.4.3 樁身或接頭存在裂隙的預制樁可采用高應變法驗證。
3.4.4 單孔鉆芯檢測發現樁身混凝土質量問題時,宜在同一基樁增加鉆孔驗證。
3.4.5 對低應變法檢測中不能明確完整性類別的樁或Ⅲ類樁,可根據實際情況采用靜載法、鉆芯法、高應變法、開挖等適宜的方法驗證檢測。
3.4.6 當單樁承載力或鉆芯法抽檢結果不滿足設計要求時,應分析原因,并經確認后擴大抽檢。
3.4.7 當采用低應變法、高應變法和聲波透射法抽檢樁身完整性所發現的Ⅲ、Ⅳ類樁之和大于抽檢樁數的20%時,宜采用原檢測方法(聲波透射法可改用鉆芯法),在未檢樁中繼續擴大抽檢。

3.5  檢測結果評價和檢測報告

3.5.1樁身完整性檢測結果評價,應給出每根受檢樁的樁身完整性類別。樁身完整性分類應符合表3.5.1的規定,并按本規范第7~10章分別規定的技術內容劃分。
                      樁身完整性分類表                        表3.5.1
樁身完整性類別 分類原則
Ⅰ類樁 樁身完整
Ⅱ類樁 樁身有輕微缺陷,不會影響樁身結構承載力的正常發揮
Ⅲ類樁 樁身有明顯缺陷,對樁身結構承載力有影響
Ⅳ類樁 樁身存在嚴重缺陷
 
3.5.2 Ⅳ類樁應進行工程處理。
3.5.3 工程樁承載力檢測結果的評價,應給出每根受檢樁的承載力檢測值,并據此給出單位工程同一條件下的單樁承載力特征值是否滿足設計要求的結論。
3.5.4 檢測報告應結論準確、用詞規范。
3.5.5 檢測報告應包含以下內容:
1 委托方名稱,工程名稱、地點,建設、勘察、設計、監理和施工單位,基礎、結構型式,層數,設計要求,檢測目的,檢測依據,檢測數量,檢測日期;
2 地質條件描述;
3 受檢樁的樁號、樁位和相關施工記錄;
4 檢測方法,檢測儀器設備,檢測過程敘述;
5 各樁的檢測數據,實測與計算分析曲線、表格和匯總結果;
6 與檢測內容相應的檢測結論。

3.6  檢測機構和檢測人員

3.6.1 檢測機構應通過計量認證,并具有基樁檢測的資質。
3.6.2 檢測人員應經過培訓合格,并應具有相應的資質。





 
4  單樁豎向抗壓靜載試驗

4.1  適 用 范 圍

4.1.1 本方法適用于檢測單樁的豎向抗壓承載力。
4.1.2 當埋設有測量樁身應力、應變、樁底反力的傳感器或位移桿時,可測定樁分層側阻力和端阻力或樁身截面的位移量。
4.1.3 為設計提供依據的試驗樁,應加載至破壞;當樁的承載力以樁身強度控制時,可按設計要求的加載量進行。
4.1.4  對工程樁抽樣檢測時,加載量不應小于設計要求的單樁承載力特征值的2.0倍。

4.2  儀器設備及其安裝

4.2.1  試驗加載宜采用油壓千斤頂。當采用兩臺及兩臺以上千斤頂加載時應并聯同步工作,且應符合下列規定:
1 采用的千斤頂型號、規格應相同。
2 千斤頂的合力中心應與樁軸線重合。
4.2.2  加載反力裝置可根據現場條件選擇錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯合反力裝置、地錨反力裝置,并應符合下列規定:
1 加載反力裝置能提供的反力不得小于最大加載量的1.2倍。
2 應對加載反力裝置的全部構件進行強度和變形驗算。
3 應對錨樁抗拔力(地基土、抗拔鋼筋、樁的接頭)進行驗算;采用工程樁作錨樁時,錨樁數量不應少于4根,并應監測錨樁上拔量。
4 壓重宜在檢測前一次加足,并均勻穩固地放置于平臺上。
5 壓重施加于地基的壓應力不宜大于地基承載力特征值的1.5倍,有條件時宜利用工程樁作為堆載支點。
4.2.3  荷載測量可用放置在千斤頂上的荷重傳感器直接測定;或采用并聯于千斤頂油路的壓力表或壓力傳感器測定油壓,根據千斤頂率定曲線換算荷載。傳感器的測量誤差不應大于1%,壓力表精度應優于或等于0.4級。試驗用千斤頂、油泵、油管在最大加載時的壓力不應超過規定工作壓力的80%。
4.2.4  沉降測量宜采用位移傳感器或大量程百分表,并應符合下列規定:
1 測量誤差不大于0.1%FS,分辨力優于或等于0.01mm。
2 直徑或邊寬大于500mm的樁,應在其兩個方向對稱安置4個位移測試儀表,直徑或邊寬小于等于500mm的樁可對稱安置2個位移測試儀表。
3 沉降測定平面宜在樁頂200mm以下位置,測點應牢固地固定于樁身。
4 基準梁應具有一定的剛度,梁的一端應固定在基準樁上,另一端應簡支于基準樁上。
5 固定和支撐位移計(百分表)的夾具及基準梁應避免氣溫、振動及其他外界因素的影響。
4.2.5  試樁、錨樁(壓重平臺支墩邊)和基準樁之間的中心距離應符合表4.2.5規定。
           試樁、錨樁(或壓重平臺支墩邊)和基準樁之間的中心距離        表4.2.5


反力裝置 試樁中心與錨樁中心(或壓重平臺支墩邊) 試樁中心與基準樁中心 基準樁中心與錨樁中心(或壓重平臺支墩邊)
錨樁橫梁 ≥4(3)D且>2.0m ≥4(3)D且>2.0m ≥4(3)D且>2.0m
壓重平臺 ≥4D且>2.0m ≥4(3)D且>2.0m ≥4D且>2.0m
地錨裝置 ≥4D且>2.0m ≥4(3)D且>2.0m ≥4D且>2.0m
注:1  D為試樁、錨樁或地錨的設計直徑或邊寬,取其較大者。
2  如試樁或錨樁為擴底樁或多支盤樁時,試樁與錨樁的中心距尚不應小于2倍擴大端直徑。
3  括號內數值可用于工程樁驗收檢測時多排樁基礎設計樁中心距離小于4D的情況。
4  軟土場地堆載重量較大時,宜增加支墩邊與基準樁中心和試樁中心之間的距離,并在試驗過程中觀測基準樁的豎向位移。
4.2.6  當需要測試樁側阻力和樁端阻力時,樁身內埋設傳感器應按本規范附錄A執行。

4.3  現 場 檢 測

4.3.1 試樁的成樁工藝和質量控制標準應與工程樁一致。
4.3.2 樁頂部宜高出試坑底面,試坑底面宜與樁承臺底標高一致?;炷翗额^加固可參照本規范附錄B執行。
4.3.3 對作為錨樁用的灌注樁和有接頭的混凝土預制樁,檢測前宜對其樁身完整性進行檢測。
4.3.4 試驗加卸載方式應符合下列規定:
1 加載應分級進行,采用逐級等量加載;分級荷載宜為最大加載量或預估極限承載力的1/10,其中第一級可取分級荷載的2倍。
2 卸載應分級進行,每級卸載量取加載時分級荷載的2倍,逐級等量卸載。
3 加、卸載時應使荷載傳遞均勻、連續、無沖擊,每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過該級增減量的?10%。
4.3.5 為設計提供依據的豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持荷載法。
4.3.6 慢速維持荷載法試驗步驟應符合下列規定:
1 每級荷載施加后按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量,以后每隔30min測讀一次。
2 試樁沉降相對穩定標準:每一小時內的樁頂沉降量不超過0.1mm,并連續出現兩次(從每級荷載施加后第30min開始,由三次或三次以上每30min的沉降觀測值計算)。
3 當樁頂沉降速率達到相對穩定標準時,再施加下一級荷載。
4 卸載時,每級荷載維持1h,按第5、15、30、60min測讀樁頂沉降量;卸載至零后,應測讀樁頂殘余沉降量,維持時間為3h,測讀時間為5、15、30min,以后每隔30min測讀一次。
4.3.7 施工后的工程樁驗收檢測宜采用慢速維持荷載法。當有成熟的地區經驗時,也可采用快速維持荷載法。
快速維持荷載法的每級荷載維持時間不得少于1h。當樁頂沉降尚未明顯收斂時,不得施加下一級荷載。
4.3.8 當出現下列情況之一時,可終止加載:
1 某級荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍。
注:當樁頂沉降能穩定且總沉降量小于40mm時,宜加載至樁頂總沉降量超過40mm。
2 某級荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍,且經24h尚未達到穩定標準。
3 已達加載反力裝置的最大加載量。
4 已達到設計要求的最大加載量。
5 當工程樁作錨樁時,錨樁上拔量已達到允許值。
6 當荷載–沉降曲線呈緩變型時,可加載至樁頂總沉降量60~80mm;在特殊情況下,可根據具體要求加載至樁頂累計沉降量超過80mm。
4.3.9 檢測數據宜按本規范附錄C附表C.0.1的格式記錄。
4.3.10  測試樁側阻力和樁端阻力時,測試數據的測讀時間應符合第4.3.6條的規定。

4.4  檢測數據分析與判定

4.4.1  檢測數據的整理應符合下列規定:
1 確定單樁豎向抗壓承載力時,應繪制豎向荷載-沉降(Q-s)、沉降-時間對數(s-lgt)曲線,需要時也可繪制其他輔助分析所需曲線。
2 當進行樁身應力、應變和樁底反力測定時,應整理出有關數據的記錄表,并按本規范附錄B繪制樁身軸力分布圖、計算不同土層的分層側摩阻力和端阻力值。
4.4.2  單樁豎向抗壓極限承載力Qu可按下列方法綜合分析確定:
1 根據沉降隨荷載變化的特征確定:對于陡降型Q-s曲線,取其發生明顯陡降的起始點對應的荷載值。
2 根據沉降隨時間變化的特征確定:取s-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。
3 出現第4.3.8條第2款情況,取前一級荷載值。
4 對于緩變型Q-s曲線可根據沉降量確定,宜取s=40mm對應的荷載值;當樁長大于40m時,宜考慮樁身彈性壓縮量;對直徑大于或等于800mm的樁,可取s=0.05D(D為樁端直徑)對應的荷載值。
注:當按上述四款判定樁的豎向抗壓承載力未達到極限時,樁的豎向抗壓極限承載力應取最大試驗荷載值。
4.4.3  單樁豎向抗壓極限承載力統計值的確定應符合下列規定:
1  參加統計的試樁結果,當滿足其極差不超過平均值的30%時,取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力。
2  當極差超過平均值的30%時,應分析極差過大的原因,結合工程具體情況綜合確定。必要時可增加試樁數量。
    3  對樁數為3根或3根以下的柱下承臺,或工程樁抽檢數量小于3根時,應取低值。
4.4.4  單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra應按單樁豎向抗壓極限承載力統計值的一半取值。
4.4.5  檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 受檢樁樁位對應的地質柱狀圖;
2 受檢樁及錨樁的尺寸、材料強度、錨樁數量、配筋情況;
3 加載反力種類,堆載法應指明堆載重量,錨樁法應有反力梁布置平面圖;
4 加卸載方法,荷載分級;
5 第4.4.1條要求繪制的曲線及對應的數據表;與承載力判定有關的曲線及數據;
6 承載力判定依據;
7 當進行分層摩阻力測試時,還應有傳感器類型、安裝位置,軸力計算方法,各級荷載下樁身軸力變化曲線,各土層的樁側極限摩阻力和樁端阻力。

 
5  單樁豎向抗拔靜載試驗

5.1  適 用 范 圍

5.1.1 本方法適用于檢測單樁的豎向抗拔承載力。
5.1.2 當埋設有樁身應力、應變測量傳感器時,或樁端埋設有位移測量桿時,可直接測量樁側抗拔摩阻力,或樁端上拔量。
5.1.3 為設計提供依據的試驗樁應加載至樁側土破壞或樁身材料達到設計強度;對工程樁抽樣檢測時,可按設計要求確定最大加載量。

5.2  設備儀器及其安裝

5.2.1 抗拔樁試驗加載裝置宜采用油壓千斤頂,加載方式應符合本規范第4.2.1條規定。
5.2.2 試驗反力裝置宜采用反力樁(或工程樁)提供支座反力,也可根據現場情況采用天然地基提供支座反力。反力架系統應具有1.2倍的安全系數并符合下列規定:
1 采用反力樁(或工程樁)提供支座反力時,反力樁頂面應平整并具有一定的強度。
2 采用天然地基提供反力時,施加于地基的壓應力不宜超過地基承載力特征值的1.5倍;反力梁的支點重心應與支座中心重合。
5.2.3 荷載測量及其儀器的技術要求應符合本規范第4.2.3條的規定。
5.2.4 樁頂上拔量測量及其儀器的技術要求應符合本規范4.2.4條的有關規定。
注:樁頂上拔量觀測點可固定在樁頂面的樁身混凝土上。
5.2.5 試樁、支座和基準樁之間的中心距離應符合表4.2.5的規定。
5.2.6 當需要測試樁側抗拔摩阻力分布或樁底上拔位移時,樁身內埋設傳感器或樁底部位埋設位移桿應按本規范附錄A執行。

5.3  現 場 檢 測

5.3.1 對混凝土灌注樁、有接頭的預制樁,宜在拔樁試驗前采用低應變法檢測受檢樁的樁身完整性。為設計提供依據的抗拔灌注樁施工時應進行成孔質量檢測,發現樁身中、下部位有明顯擴徑的樁不宜作為抗拔試驗樁;對有接頭的預制樁,應驗算接頭強度。
5.3.2 單樁豎向抗拔靜載試驗宜采用慢速維持荷載法。需要時,也可采用多循環加、卸載方法。慢速維持荷載法的加卸載分級、試驗方法及穩定標準應按本規范第4.3.4條和4.3.6條有關規定執行,并仔細觀察樁身混凝土開裂情況。
5.3.3 當出現下列情況之一時,可終止加載:
1 在某級荷載作用下,樁頂上拔量大于前一級上拔荷載作用下的上拔量5倍。
2 按樁頂上拔量控制,當累計樁頂上拔量超過100mm時。
3 按鋼筋抗拉強度控制,樁頂上拔荷載達到鋼筋抗拉強度的0.9倍。
4 對于驗收抽樣檢測的工程樁,達到設計要求的最大上拔荷載值。
5.3.4 檢測數據可參照本規范附錄C附表C.0.1的格式記錄。
5.3.5 測試樁側抗拔摩阻力或樁底上拔位移時,測試數據的測讀時間應符合本規范第4.3.6條的規定。

5.4  檢測數據的分析與判定

5.4.1 繪制上拔荷載U與樁頂上拔量δ之間的關系曲線(U-δ)和δ與時間t之間的曲線(δ-lgt曲線)。
5.4.2 單樁豎向抗拔極限承載力可按下列方法綜合判定:
1 根據上拔量隨荷載變化的特征確定:對陡變型U-δ曲線,取陡升起始點對應的荷載值;
2 根據上拔量隨時間變化的特征確定:取δ-lgt曲線斜率明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲的前一級荷載值。
3 當在某級荷載下抗拔鋼筋斷裂時,取其前一級荷載值。
5.4.3 單樁豎向抗拔極限承載力統計值的確定應符合本規范第4.4.3條的規定。
5.4.4 當作為驗收抽樣檢測的受檢樁在最大上拔荷載作用下,未出現第5.4.2條所列三款情況時,應按設計要求綜合判定。
5.4.5 單位工程同一條件下的單樁豎向抗拔承載力特征值應按單樁豎向抗拔極限承載力統計值的一半取值。
注:當工程樁不允許帶裂縫工作時,取樁身開裂的前一級荷載作為單樁豎向抗拔承載力特征值,并與按極限荷載一半取值確定的承載力特征值相比取小值。
5.4.6 檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 受檢樁樁位對應的地質柱狀圖;
2 受檢樁尺寸(灌注樁宜標明孔徑曲線)及配筋情況;
3 加卸載方法,荷載分級;
4 第5.4.1條要求繪制的曲線及對應的數據表;
5 承載力判定依據;
6 當進行抗拔摩阻力檢測時,應有傳感器類型、安裝位置、軸力計算方法,各級荷載下樁身軸力變化曲線,各土層中的抗拔極限摩阻力。




 
6  單樁水平靜載試驗

6.1  適 用 范 圍

6.1.1  本方法適用于樁頂自由時的單樁水平靜載試驗;其他形式的水平靜載試驗可參照使用。
6.1.2  本方法適用于檢測單樁的水平承載力,推定地基土抗力系數的比例系數。
6.1.3  當埋設有樁身應變測量傳感器時,可測量相應水平荷載作用下的樁身應力,并由此計算樁身彎矩。
6.1.4  為設計提供依據的試驗樁宜加載至樁頂出現較大水平位移或樁身結構破壞;對工程樁抽樣檢測,可按設計要求的水平位移允許值控制加載。

6.2  儀器設備及其安裝

6.2.1 水平推力加載裝置宜采用油壓千斤頂,加載能力不得小于最大試驗荷載的1.2倍。
6.2.2 水平推力的反力可由相鄰樁提供;當專門設置反力結構時,其承載能力和剛度應大于試驗樁的1.2倍。
6.2.3 荷載測量及其儀器的技術要求應符合本規范第4.2.3條的規定;水平力作用點宜與實際工程的樁基承臺底面標高一致;千斤頂和試驗樁接觸處應安置球形支座,千斤頂作用力應水平通過樁身軸線;千斤頂與試樁的接觸處宜適當補強。
6.2.4 樁的水平位移測量及其儀器的技術要求應符合本規范第4.2.4條的有關規定。在水平力作用平面的受檢樁兩側應對稱安裝兩個位移計;當需要測量樁頂轉角時,尚應在水平力作用平面以上50cm的受檢樁兩側對稱安裝兩個位移計。
6.2.5 位移測量的基準點設置不應受試驗和其他因素的影響,基準點應設置在與作用力方向垂直且與位移方向相反的試樁側面,基準點與試樁凈距不應小于1倍樁徑。
6.2.6 測量樁身應力或應變時,各測試斷面的測量傳感器應沿受力方向對稱布置在遠離中性軸的受拉和受壓主筋上;埋設傳感器的縱剖面與受力方向之間的夾角不得大于10°。在地面下10倍樁徑(樁寬)的主要受力部分應加密測試斷面,斷面間距不宜超過1倍樁徑;超過此深度,測試斷面間距可適當加大。樁身內埋設傳感器應按本規范附錄A執行。

6.3  現 場 檢 測

6.3.1  加載方法宜根據工程樁實際受力特性選用單向多循環加載法或本規范第4章規定的慢速維持荷載法,也可按設計要求采用其他加載方法。需要測量樁身應力或應變的試樁宜采用維持荷載法。
6.3.2  試驗加卸載方式和水平位移測量應符合下列規定:
1  單向多循環加載法的分級荷載應小于預估水平極限承載力或最大試驗荷載的1/10;每級荷載施加后,恒載4min后可測讀水平位移,然后卸載至零,停2min測讀殘余水平位移,至此完成一個加卸載循環。如此循環5次,完成一級荷載的位移觀測。試驗不得中間停頓。
2  慢速維持荷載法的加卸載分級、試驗方法及穩定標準應按本規范第4.3.4條和4.3.6條有關規定執行。
6.3.3  當出現下列情況之一時,可終止加載:
1  樁身折斷;
2  水平位移超過30~40mm(軟土取40mm);
3  水平位移達到設計要求的水平位移允許值。
6.3.4  檢測數據可按本規范附錄C附表C.0.2的格式記錄。
6.3.5  測量樁身應力或應變時,測試數據的測讀應與水平位移測量同步。

6.4  檢測數據分析與判定

6.4.1 檢測數據應按下列要求整理:
1 采用單向多循環加載法時應繪制水平力-時間-作用點位移(H-t-Y0)關系曲線和水平力-位移梯度(H-ΔY0/ΔH)關系曲線。
2 采用慢速維持荷載法時應繪制水平力-力作用點位移(H-Y0)關系曲線、水平力-位移梯度(H-ΔY0/ΔH)關系曲線、力作用點位移-時間對數(Y0-lgt)關系曲線和水平力-力作用點位移雙對數(lgH-lgY0)關系曲線。
3 繪制水平力、水平力作用點水平位移-地基土水平抗力系數的比例系數的關系曲線(H-m、Y0?m)。
當樁頂自由且水平力作用位置位于地面處時,m值可按下列公式確定:
                                         (6.4.1-1)
                                             (6.4.1-2)
式中  m——地基土水平土抗力系數的比例系數(kN/m4);
      α——樁的水平變形系數(m–1);
νy——樁頂水平位移系數,由式(6.4.1-2)試算α ,當αh≥4.0時(h為樁的入土深度),其值為2.441;
H ——作用于地面的水平力(kN);
      Y0——水平力作用點的水平位移(m);
EI——樁身抗彎剛度(kN?m2);其中E為樁身材料彈性模量,I為樁身換算截面慣性矩;
b0——樁身計算寬度(m);對于圓形樁:當樁徑D≤1m時,b0 =0.9(1.5D+0.5);
當樁徑D>1m時,b0=0.9(D+1)。對于矩形樁:當邊寬B≤1m時,b0=1.5B+0.5;當邊寬B>1m時,b0=B+1。
6.4.2 對埋設有應力或應變測量傳感器的試驗應繪制下列曲線,并列表給出相應的數據:
1 各級水平力作用下的樁身彎矩分布圖;
2 水平力-最大彎矩截面鋼筋拉應力(H-σs)曲線。
6.4.3 單樁的水平臨界荷載可按下列方法綜合確定:
1 取單向多循環加載法時的H-t-Y0曲線或慢速維持荷載法時的H-Y0曲線出現拐點的前一級水平荷載值。
2 取H-ΔY0/ΔH曲線或lgH-lgY0曲線上第一拐點對應的水平荷載值。
3 取H-σs曲線第一拐點對應的水平荷載值。
6.4.4 單樁的水平極限承載力可根據下列方法綜合確定:
1  取單向多循環加載法時的H-t-Y0曲線或慢速維持荷載法時的H-Y0曲線產生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值。
2  取慢速維持荷載法時的Y0-lgt曲線尾部出現明顯彎曲的前一級水平荷載值。
3  取H-ΔY0/ΔH曲線或lgH-lgY0曲線上第二拐點對應的水平荷載值。
4  取樁身折斷或受拉鋼筋屈服時的前一級水平荷載值。
6.4.5 單樁水平極限承載力和水平臨界荷載統計值的確定應符合本規范第4.4.3條的規定。
6.4.6 單位工程同一條件下的單樁水平承載力特征值的確定應符合下列規定:
1  當水平極限承載力能確定時,應按單樁水平極限承載力統計值的一半取值,并與水平臨界荷載相比較取小值。
2  當按設計要求的水平允許位移控制且水平極限承載力不能確定時,取設計要求的水平允許位移所對應的水平荷載,并與水平臨界荷載相比較取小值。
6.4.7 除本規范第6.4.6條規定外,當水平承載力按設計要求的水平允許位移控制時,可取設計要求的水平允許位移對應的水平荷載作為單樁水平承載力特征值,但應滿足有關規范抗裂設計的要求。
6.4.8 檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 受檢樁樁位對應的地質柱狀圖;
2 受檢樁的截面尺寸及配筋情況;
3 加卸載方法,荷載分級;
4 第6.4.1條要求繪制的曲線及對應的數據表;
5 承載力判定依據;
6 當進行鋼筋應力測試并由此計算樁身彎矩時,應有傳感器類型、安裝位置、內力計算方法和第6.4.2條要求繪制的曲線及其對應的數據表。


7  鉆芯法

7.1  適 用 范 圍

7.1.1  本方法適用于檢測混凝土灌注樁的樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度和樁身完整性,判定或鑒別樁底持力層巖土性狀。

7.2  設  備

7.2.1  宜采用液壓操縱的鉆機。鉆機設備參數應符合以下規定:
1 額定最高轉速不低于790轉/分。
2 轉速調節范圍不少于4檔。
3 額定配用壓力不低于1.5MPa。
7.2.2  應采用單動雙管鉆具,并配備相應的孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩定器、及可撈取松軟渣樣的鉆具。鉆桿應順直,直徑宜為50mm。
7.2.3  應根據混凝土設計強度等級選用合適粒度、濃度、胎體硬度的金剛石鉆頭,且外徑不宜小于100mm。鉆頭胎體不得有肉眼可見的裂紋、缺邊、少角、傾斜及喇叭口變形。
7.2.4  水泵的排水量應為50~160L/min、泵壓為1.0~2.0MPa。
7.2.5  鋸切芯樣試件用的鋸切機應具有冷卻系統和牢固夾緊芯樣的裝置,配套使用的金剛石圓鋸片應有足夠剛度。
7.2.6  芯樣試件端面的補平器和磨平機應滿足芯樣制作的要求。

7.3  現 場 操 作

7.3.1  每根受檢樁的鉆芯孔數和鉆孔位置宜符合下列規定:
1 樁徑小于1.2m的鉆1孔,樁徑為1.2~1.6m的樁鉆2孔,樁徑大于1.6m的樁鉆3孔。
2 當鉆芯孔為一個時,宜在距樁中心10~15cm的位置開孔;當鉆芯孔為兩個或兩個以上時,開孔位置宜在距樁中心0.15~0.25D內均勻對稱布置。
3 對樁底持力層的鉆探,每根受檢樁不應少于一孔,且鉆探深度應滿足設計要求。
7.3.2 鉆機設備安裝必須周正、穩固、底座水平。鉆機立軸中心、天輪中心(天車前沿切點)與孔口中心必須在同一鉛垂線上。應確保鉆機在鉆芯過程中不發生傾斜、移位,鉆芯孔垂直度偏差≤0.5%。
7.3.3 當樁頂面與鉆機底座的距離較大時,應安裝孔口管,孔口管應垂直且牢固。
7.3.4 鉆進過程中,鉆孔內循環水流不得中斷,應根據回水含砂量及顏色調整鉆進速度。
7.3.5 提鉆卸取芯樣時,應擰卸鉆頭和擴孔器,嚴禁敲打卸芯。
7.3.6 每回次進尺宜控制在1.5m內;鉆至樁底時,應采取適宜的鉆芯方法和工藝鉆取沉渣并測定沉渣厚度,并采用適宜的方法對樁底持力層巖土性狀進行鑒別。
7.3.7 鉆取的芯樣應由上而下按回次順序放進芯樣箱中,芯樣側面上應清晰標明回次數、塊號、本回次總塊數,并應按本規范附錄D附表D.0.1-1的格式及時記錄鉆進情況和鉆進異常情況,對芯樣質量做初步描述。
7.3.8 應按本規范附錄D附表D.0.1-2的格式對芯樣混凝土、樁底沉渣以及樁端持力層做詳細編錄。
7.3.9 應對芯樣和標有工程名稱、樁號、鉆芯孔號、芯樣試件采取位置、樁長、孔深、檢測單位名稱的標示牌的全貌進行拍照。
7.3.10 當單樁質量評價滿足設計要求時,應采用0.5~1.0MPa壓力,從鉆芯孔孔底往上用水泥漿回灌封閉;否則應封存鉆芯孔,留待處理。

7.4  芯樣試件截取與加工

7.4.1 截取混凝土抗壓芯樣試件應符合下列規定:
1 當樁長為10~30m時,每孔截取3組芯樣;當樁長小于10m時,可取2組,當樁長大于30m時,不少于4組。
2 上部芯樣位置距樁頂設計標高不宜大于1倍樁徑或1m,下部芯樣位置距樁底不宜大于1倍樁徑或1m,中間芯樣宜等間距截取。
3 缺陷位置能取樣時,應截取一組芯樣進行混凝土抗壓試驗。
4 如果同一基樁的鉆芯孔數大于一個,其中一孔在某深度存在缺陷時,應在其他孔的該深度處截取芯樣進行混凝土抗壓試驗。
7.4.2 當樁底持力層為中、微風化巖層且巖芯可制作成試件時,應在接近樁底部位截取一組巖石芯樣;如遇分層巖性時宜在各層取樣。
7.4.3 每組芯樣應制作三個芯樣抗壓試件。芯樣試件應按附錄E進行加工和測量。

7.5  芯樣試件抗壓強度試驗

7.5.1 芯樣試件制作完畢可立即進行抗壓強度試驗。
7.5.2 混凝土芯樣試件的抗壓強度試驗應按現行國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》GB/T50081-2002的有關規定執行。
7.5.3 抗壓強度試驗后,若發現芯樣試件平均直徑小于2倍試件內混凝土粗骨料最大粒徑,且強度值異常時,該試件的強度值不得參與統計平均。
7.5.4 混凝土芯樣試件抗壓強度應按下列公式計算:
             
                                             (7.5.4)
式中  fcu——混凝土芯樣試件抗壓強度(MPa),精確至0.1MPa;
      P ——芯樣試件抗壓試驗測得的破壞荷載(N);
d ——芯樣試件的平均直徑(mm);
ξ—— 混凝土芯樣試件抗壓強度折算系數,應考慮芯樣尺寸效應、鉆芯機械對芯樣擾動和混凝土成型條件的影響,通過試驗統計確定;當無試驗統計資料時,宜取為1.0。
7.5.5 樁底巖芯單軸抗壓強度試驗可按現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002附錄J執行。

7.6  檢測數據分析與判定

7.6.1 混凝土芯樣試件抗壓強度代表值應按一組三塊試件強度值的平均值確定。同一受檢樁同一深度部位有兩組或兩組以上混凝土芯樣試件抗壓強度代表值時,取其平均值為該樁該深度處混凝土芯樣試件抗壓強度代表值。
7.6.2 受檢樁中不同深度位置的混凝土芯樣試件抗壓強度代表值中的最小值為該樁混凝土芯樣試件抗壓強度代表值。
7.6.3 樁底持力層性狀應根據芯樣特征、巖石芯樣單軸抗壓強度試驗、動力觸探或標準貫入試驗結果,綜合判定樁底持力層巖土性狀。
7.6.4 樁身完整性類別應結合鉆芯孔數、現場混凝土芯樣特征、芯樣單軸抗壓強度試驗結果,按本規范表3.5.1的規定和表7.6.4的特征進行綜合判定。
7.6.5 成樁質量評價應按單樁進行。當出現下列情況之一時,應判定該受檢樁不
滿足設計要求:
1 樁身完整性類別為Ⅳ類的樁。
2 受檢樁混凝土芯樣試件抗壓強度代表值小于混凝土設計強度等級的樁。
3 樁長、樁底沉渣厚度不滿足設計或規范要求的樁。
4 樁底持力層巖土性狀(強度)或厚度未達到設計或規范要求的樁。
                              樁身完整性判定                         表7.6.4
類別 特  征
Ⅰ 混凝土芯樣連續、完整、表面光滑、膠結好、骨料分布均勻、呈長柱狀、斷口吻合,芯樣側面僅見少量氣孔
Ⅱ 混凝土芯樣連續、完整、膠結較好、骨料分布基本均勻、呈柱狀、斷口基本吻合,芯樣側面局部見蜂窩麻面、溝槽
Ⅲ 大部分混凝土芯樣膠結較好,無松散、夾泥或分層現象,但有下列情況之一:
芯樣局部破碎且破碎長度不大于10cm;
芯樣骨料分布不均勻;
芯樣多呈短柱狀或塊狀;
芯樣側面蜂窩麻面、溝槽連續
Ⅳ 鉆進很困難;
芯樣任一段松散、夾泥或分層;
芯樣局部破碎且破碎長度大于10cm。
7.6.6 鉆芯孔偏出樁外時,僅對鉆取芯樣部分進行評價。
7.6.7 檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 鉆芯設備情況;
2 檢測樁數、鉆孔數量,架空、混凝土芯進尺、巖芯進尺、總進尺,混凝土試件組數、巖石試件組數、動力觸探或標準貫入試驗結果;
3 按本規范附錄D附表D.0.1-3的格式編制每孔的柱狀圖;
4 芯樣單軸抗壓強度試驗結果;
5 芯樣彩色照片;
6 異常情況說明。




 
8  低應變法

8.1  適 用 范 圍

8.1.1 本方法適用于檢測混凝土樁的樁身完整性,判定樁身缺陷的程度及位置。
8.1.2 本方法的有效檢測樁長范圍應通過現場試驗確定。

8.2  儀 器 設 備

8.2.1 檢測儀器的主要技術性能指標應符合《基樁動測儀》JG/T 3055的有關規定,且應具有信號顯示、儲存和處理分析功能。
8.2.2 瞬態激振設備應包括能激發寬脈沖和窄脈沖的力錘和錘墊;力錘可裝有力傳感器;穩態激振設備應包括激振力可調、掃頻范圍為10~2000Hz的電磁式穩態激振器。

8.3  現 場 檢 測

8.3.1 受檢樁應符合下列規定:
1 樁身強度應符合本規范第3.2.6條第1款的規定。
2 樁頭的材質、強度、截面尺寸應與樁身基本等同。
3 樁頂面應平整、密實、并與樁軸線基本垂直。
8.3.2 測試參數設定應符合下列規定:
1 時域信號分析的時間段長度應在2L/c時刻后延續不少于5ms;幅頻信號分析的頻率范圍上限不應小于2000Hz。
2 設定樁長應為樁頂測點至樁底的施工樁長,設定樁身截面積應為施工截面積。
3 樁身波速可根據本地區同類型樁的測試值初步設定。
4 采樣時間間隔或采樣頻率應根據樁長、樁身波速和頻域分辨率合理選擇;時域信號采樣點數不宜少于1024點。
5 傳感器的設定值應按計量檢定結果設定。
8.3.3 測量傳感器安裝和激振操作應符合下列規定:
1 傳感器安裝應與樁頂面垂直;用耦合劑粘結時,應具有足夠的粘結強度。
2 實心樁的激振點位置應選擇在樁中心,測量傳感器安裝位置宜為距樁中心2/3半徑處;空心樁的激振點與測量傳感器安裝位置宜在同一水平面上,且與樁中心連線形成的夾角宜為90°,激振點和測量傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。
3 激振點與測量傳感器安裝位置應避開鋼筋籠的主筋影響。
4 激振方向應沿樁軸線方向。
5 瞬態激振應通過現場敲擊試驗,選擇合適重量的激振力錘和錘墊,宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號,宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號。
6 穩態激振應在每一個設定頻率下獲得穩定響應信號,并應根據樁徑、樁長及樁周土約束情況調整激振力大小。
8.3.4 信號采集和篩選應符合下列規定:
1 根據樁徑大小,樁心對稱布置2~4個檢測點;每個檢測點記錄的有效信號數不宜少于3個。
2 檢查判斷實測信號是否反映樁身完整性特征。
3 不同檢測點及多次實測時域信號一致性較差,應分析原因,增加檢測點數量。
4 信號不應失真和產生零漂,信號幅值不應超過測量系統的量程。

8.4  檢測數據分析與判定

8.4.1 樁身波速平均值的確定應符合下列規定:
1 當樁長已知、樁底反射信號明確時,在地質條件、設計樁型、成樁工藝相同的基樁中,選取不少于5根Ⅰ類樁的樁身波速值按下式計算其平均值:
                             (8.4.1-1)                              (8.4.1-2)
                             (8.4.1-3)
式中  cm——樁身波速的平均值(m/s);
ci—— 第i根受檢樁的樁身波速值(m/s),且︱ci-cm︱/cm≤5%;
      L ——測點下樁長(m);
     ΔT—— 速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差(ms);
      Δf ——幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差(Hz);
n ——參加波速平均值計算的基樁數量(n≥5)。
2 當無法按上款確定時,波速平均值可根據本地區相同樁型及成樁工藝的其他樁基工程的實測值,結合樁身混凝土的骨料品種和強度等級綜合確定。
8.4.2 樁身缺陷位置應按下列公式計算:
                           (8.4.2-1)
                               (8.4.2-2)
式中   x ——樁身缺陷至傳感器安裝點的距離(m);
Δtx——速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時間差(ms);
       c——受檢樁的樁身波速(m/s),無法確定時用cm值替代;
     Δf ′ ——幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差(Hz)。
8.4.3 樁身完整性類別應結合缺陷出現的深度、測試信號衰減特性以及設計樁型、成樁工藝、地質條件、施工情況,按本規范表3.5.1的規定和表8.4.3所列實測時域或幅頻信號特征進行綜合分析判定。
                               樁身完整性判定                        表8.4.3
類別 時域信號特征 幅頻信號特征
Ⅰ 2L/c時刻前無缺陷反射波;
有樁底反射波 樁底諧振峰排列基本等間距,其相鄰頻差Δf≈c/2L
Ⅱ 2L/c時刻前出現輕微缺陷反射波;
有樁底反射波 樁底諧振峰排列基本等間距,其相鄰頻差Δf≈c/2L,輕微缺陷產生的諧振峰與樁底諧振峰之間的頻差 Δf ′>c/2L
Ⅲ 有明顯缺陷反射波,其他特征介于Ⅱ類和Ⅳ類之間
Ⅳ 2L/c時刻前出現嚴重缺陷反射波或周期性反射波,無樁底反射波;
或因樁身淺部嚴重缺陷使波形呈現低頻大振幅衰減振動,無樁底反射波。 缺陷諧振峰排列基本等間距,相鄰頻差Δf ′>c/2L,無樁底諧振峰;
或因樁身淺部嚴重缺陷只出現單一諧振峰,無樁底諧振峰
注:對同一場地、地質條件相近、樁型和成樁工藝相同的基樁,因樁端部分樁身阻抗與持力層阻抗相匹配導致實測信號無樁底反射波時,可參照本場地同條件下有樁底反射波的其他樁實測信號判定樁身完整性類別。
8.4.4 對于混凝土灌注樁,采用時域信號分析時應區分樁身截面漸變后恢復至原樁徑并在該阻抗突變處的一次反射,或擴徑突變處的二次反射,結合成樁工藝和地質條件綜合分析判定受檢樁的完整性類別。必要時,可采用實測曲線擬合法輔助判定樁身完整性或借助實測導納值、動剛度的相對高低輔助判定樁身完整性。
8.4.5 對于嵌巖樁,樁底時域反射信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時,應采取其他方法核驗樁底嵌巖情況。
8.4.6 出現下列情況之一,樁身完整性判定宜結合其他檢測方法進行:
1 實測信號復雜,無規律,無法對其進行準確評價。
2 設計樁身截面漸變或多變,且變化幅度較大的混凝土灌注樁。
8.4.7 檢測報告應給出樁身完整性檢測的實測信號曲線。
8.4.8 檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 樁身波速取值;
2 樁身完整性描述、缺陷的位置及樁身完整性類別;
3 時域信號時段所對應的樁身長度標尺、指數或線性放大的范圍及倍數;或幅頻信號曲線分析的頻率范圍、樁底或樁身缺陷對應的相鄰諧振峰間的頻差。












 
9  高應變法

9.1  適 用 范 圍

9.1.1  本方法適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性;監測預制樁打入時的樁身應力和錘擊能量傳遞比,為沉樁工藝參數及樁長選擇提供依據。
9.1.2  進行灌注樁的豎向抗壓承載力檢測時,應具有現場實測經驗和本地區相近條件下的可靠對比驗證資料。
9.1.3  對于大直徑擴底樁和Q-s曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁,不宜采用本方法進行豎向抗壓承載力檢測。

9.2  儀 器 設 備

9.2.1 檢測儀器的主要技術性能指標不應低于《基樁動測儀》JG/T 3055中表1規定的2級標準,且應具有保存、顯示實測力與速度信號和信號處理與分析的功能。
9.2.2 錘擊設備宜具有穩固的導向裝置;打樁機械或類似的裝置(導桿式柴油錘除外)都可作為錘擊設備。
9.2.3 重錘應材質均勻、形狀對稱、錘底平整,高徑(寬)比不得小于1,并采用鑄鐵或鑄鋼制作。當采取自由落錘安裝加速度傳感器的方式實測錘擊力時,重錘應整體鑄造,且高徑(寬)比應在1.0~1.5范圍內。
9.2.4 進行承載力檢測時,錘的重量應大于預估單樁極限承載力的1.0%~1.5%,混凝土樁的樁徑大于600mm或樁長大于30m時取高值。
樁的貫入度可采用精密水準儀等儀器測定。

9.3  現 場 檢 測

9.3.1 檢測前的準備工作應符合下列規定:
1 預制樁承載力的時間效應應通過復打確定。
2 樁頂面應平整,樁頂高度應滿足錘擊裝置的要求,樁錘重心應與樁頂對中,錘擊裝置架立應垂直。
3 對不能承受錘擊的樁頭應做加固處理,混凝土樁的樁頭處理按本規范附錄B執行。
4 傳感器的安裝應符合本規范附錄F的規定。
5 樁頭頂部應設置樁墊,樁墊可采用10~30mm厚的木板或膠合板等材料。
9.3.2 參數設定和計算應符合下列規定:
1 采樣時間間隔宜為50~200μs,信號采樣點數不宜少于1024點。
2 傳感器的設定值應按計量檢定結果設定。
3 自由落錘安裝加速度傳感器測力時,力的設定值由加速度傳感器設定值與重錘質量的乘積確定。
4 測點處的樁截面尺寸應按實際測量確定,波速、質量密度和彈性模量應按實際情況設定。
5 測點以下樁長和截面積可采用設計文件或施工記錄提供的數據作為設定值。
6 樁身材料質量密度應按表9.3.2取值。
                             樁身材料質量密度(t/m3)                 表9.3.2
鋼樁 混凝土預制樁 離心管樁 混凝土灌注樁
7.85 2.45~2.50 2.55~2.60 2.40
7 樁身波速可結合本地經驗或按同場地同類型已檢樁的平均波速初步設定,現場檢測完成后應按第9.4.3條調整。
8 樁身材料彈性模量應按下式計算:
                                      (9.3.2)
式中  E——樁身材料彈性模量(kPa);
c —— 樁身應力波傳播速度(m/s);
ρ—— 樁身材料質量密度(t/m3)。
9.3.3 現場檢測應符合下列要求:
1 交流供電的測試系統應良好接地;檢測時測試系統應處于正常狀態。
2 采用自由落錘為錘擊設備時,應重錘低擊,最大錘擊落距不宜大于2.5m。
3 試驗目的為確定預制樁打樁過程中的樁身應力、沉樁設備匹配能力和選擇樁長時,應按本規范附錄G執行。
4 檢測時應及時檢查采集數據的質量;每根受檢樁記錄的有效錘擊信號應根據樁頂最大動位移﹑貫入度以及樁身最大拉、壓應力和缺陷程度及其發展情況綜合確定。
5 發現測試波形紊亂,應分析原因;樁身有明顯缺陷或缺陷程度加劇,應停止檢測。
9.3.4  承載力檢測時宜實測樁的貫入度,單擊貫入度宜在2~6mm之間。

9.4  檢測數據分析與判定

9.4.1  檢測承載力時選取錘擊信號,宜取錘擊能量較大的擊次。
9.4.2  當出現下列情況之一時,錘擊信號不得作為承載力分析計算的依據。
1  傳感器安裝處混凝土開裂或出現嚴重塑性變形使力曲線最終未歸零。
2  嚴重錘擊偏心,兩側力信號幅值相差超過1倍。
3  觸變效應的影響,預制樁在多次錘擊下承載力下降。
4  四通道測試數據不全。
9.4.3  樁身波速可根據下行波波形起升沿的起點到上行波下降沿的起點之間的時差與已知樁長值確定(圖9.4.3);樁底反射信號不明顯時,可根據樁長、混凝土波速的合理取值范圍以及鄰近樁的樁身波速值綜合確定。
9.4.4  當測點處原設定波速隨調整后的樁身波速改變時,樁身材料彈性模量和錘擊力信號幅值的調整應符合下列規定:
1  樁身材料彈性模量應按本規范式(9.3.2)重新計算。
2  當采用應變式傳感器測力時,應同時對原實測力值校正。
9.4.5  高應變實測的力和速度信號第一峰起始比例失調時,不得進行比例調整。
9.4.6  承載力分析計算前,應結合地質條件﹑設計參數,對實測波形特征進行定性檢查:
1 實測曲線特征反映出的樁承載性狀。
2 觀察樁身缺陷程度和位置,連續錘擊時缺陷的擴大或逐步閉合情況。
9.4.7  以下四種情況應采用靜載法進一步驗證:
1 樁身存在缺陷,無法判定樁的豎向承載力。
2 樁身缺陷對水平承載力有影響。
3 單擊貫入度大,樁底同向反射強烈且反射峰較寬,側阻力波﹑端阻力波反射弱,即波形表現出豎向承載性狀明顯與勘察報告中的地質條件不符合。
4 嵌巖樁樁底同向反射強烈,且在時間2L/c后無明顯端阻力反射;也可采用鉆芯法核驗。
9.4.8  采用凱司法判定樁承載力,應符合下列規定:
1 只限于中、小直徑樁。
2 樁身材質、截面應基本均勻。
3 阻尼系數Jc宜根據同條件下靜載試驗結果校核,或應在已取得相近條件下可靠對比資料后,采用實測曲線擬合法確定Jc值,擬合計算的樁數應不少于檢測總樁數的30%,且不少于3根。
4 在同一場地、地質條件相近和樁型及其截面積相同情況下,Jc值的極差不宜大于平均值的30%。
9.4.9  凱司法判定單樁承載力可按下列公式計算:
                      (9.4.9-1)
                                      .          (9.4.9-2)
式中   Rc ──由凱司法判定的單樁豎向抗壓承載力(kN);
Jc  ──凱司法阻尼系數;
t1  ──速度第一峰對應的時刻(ms);
F(t1) ──t1時刻的錘擊力(kN);
V(t1) ──t1時刻的質點運動速度(m/s);
Z ──樁身截面力學阻抗(kN?s/m);
A ──樁身截面面積(m2);
L ──測點下樁長(m)。
注:公式(9.4.9-1)適用于t1+2L/c時刻樁側和樁端土阻力均已充分發揮的摩擦型樁。
對于土阻力滯后于t1+2L/c時刻明顯發揮或先于t1+2L/c時刻發揮并造成樁中上部強烈反彈這兩種情況,宜分別采用以下兩種方法對Rc值進行提高修正:
1  適當將t1延時,確定Rc的最大值。
2  考慮卸載回彈部分土阻力對Rc值進行修正。
9.4.10  采用實測曲線擬合法判定樁承載力,應符合下列規定:
1  所采用的力學模型應明確合理,樁和土的力學模型應能分別反映樁和土的實際力學性狀,模型參數的取值范圍應能限定。
2  擬合分析選用的參數應在巖土工程的合理范圍內。
3  曲線擬合時間段長度在t1+2L/c時刻后延續時間不應小于20ms;對于柴油錘打樁信號,在t1+2L/c時刻后延續時間不應小于30ms。
4  各單元所選用的土的最大彈性位移值不應超過相應樁單元的最大計算位移值。
5  擬合完成時,土阻力響應區段的計算曲線與實測曲線應吻合,其他區段的曲線應基本吻合。
6  貫入度的計算值應與實測值接近。
9.4.11  本方法對單樁承載力的統計和單樁豎向抗壓承載力特征值的確定應符合下列規定:
1  參加統計的試樁結果,當滿足其級差不超過30%時,取其平均值為單樁承載力統計值。
2  當極差超過30%時,應分析極差過大的原因,結合工程具體情況綜合確定。必要時可增加試樁數量。
3  單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra應按本方法得到的單樁承載力統計值的一半取值。
9.4.12  樁身完整性判定可采用以下方法進行:
1 采用實測曲線擬合法判定時,擬合時所選用的樁土參數應符合第9.4.10條第1~2款的規定;根據樁的成樁工藝,擬合時可采用樁身阻抗擬合或樁身裂隙(包括混凝土預制樁的接樁縫隙)擬合。
2 對于等截面樁,可參照表9.4.12并結合經驗判定;樁身完整性系數β和樁身缺陷位置x應分別按下列公式計算:
                (9.4.12-1)
                                               (9.4.12-2)
式中   β──樁身完整性系數;
tx──缺陷反射峰對應的時刻(ms);
x──樁身缺陷至傳感器安裝點的距離 (m);
Rx──缺陷以上部位土阻力的估計值,等于缺陷反射波起始點的力與速度乘以樁身截面力學阻抗之差值,取值方法見圖9.4.12。
圖9.4.12  樁身完整性系數計算
                               樁身完整性判定                   表9.4.12
類別 β值 類別 β值
Ⅰ β=1.0 Ⅲ 0.6≤β<0.8
Ⅱ 0.8≤β<1.0 Ⅳ β<0.6
9.4.13  出現下列情況之一時,樁身完整性判定宜按工程地質條件和施工工藝,結合實測曲線擬合法或其他檢測方法綜合進行:
1  樁身有擴徑的樁。
2  樁身截面漸變或多變的混凝土灌注樁。
3  力和速度曲線在峰值附近比例失調,樁身淺部有缺陷的樁。
4  錘擊力波上升緩慢,力與速度曲線比例失調的樁。
9.4.14  樁身最大錘擊拉、壓應力和樁錘實際傳遞給樁的能量應分別按本規范附錄G相應公式計算。
9.4.15  高應變檢測報告應給出實測力與速度的實測信號曲線。
9.4.16  檢測報告除應包括本規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 計算中實際采用的樁身波速值和Jc值;
2 實測曲線擬合法所選用的各單元樁土模型參數、擬合曲線、模擬的靜荷載–沉降曲線、土阻力沿樁身分布圖;
3 實測貫入度;
4 試打樁和打樁監控所采用的樁錘型號、錘墊類型,以及監測得到的錘擊數、樁側和樁端靜阻力、樁身錘擊拉應力和壓應力、樁身完整性以及能量傳遞比隨入土深度的變化。
 
10  聲波透射法

10.1  適 用 范 圍

10.1.1  本方法適用于已預埋聲測管的混凝土灌注樁樁身完整性檢測,判定樁身缺陷的程度并確定其位置。

10.2  儀 器 設 備

10.2.1  聲波發射與接收換能器應符合下列要求:
1 圓柱狀徑向振動,沿徑向無指向性;
2 外徑小于聲測管內徑,有效工作段長度不大于150mm;
3 諧振頻率為30~50kHz;
4 水密性滿足1MPa水壓不滲水。
10.2.2  聲波檢測儀應符合下列要求:
1 具有實時顯示和記錄接收信號的時程曲線以及頻率測量或頻譜分析功能。
2 聲時測量精度優于或等于0.5μs,聲波幅值測量相對誤差小于5%,系統頻帶寬度為1~200kHz,系統最大動態范圍不小于100dB。
3 聲波發射脈沖為階躍或矩形脈沖,電壓幅值為200~1000V。

10.3  現 場 檢 測

10.3.1  聲測管埋設應按本規范附錄H的規定執行。
10.3.2  現場檢測前準備工作應符合下列規定:
1 采用標定法確定儀器系統延遲時間。
2 計算聲測管及耦合水層聲時修正值。
3 在樁頂測量相應聲測管外壁間凈距離。
4 將各聲測管內注滿清水,檢查聲測管暢通情況;換能器應能在全程范圍內正常升降。
10.3.3  現場檢測步驟應符合下列規定:
1 將發射與接收聲波換能器通過深度標志分別置于兩根聲測管中的測點處。
2 發射與接收聲波換能器應以相同標高(圖10.3.3a)或保持固定高差(圖10.3.3b)同步升降,測點間距不應大于250mm。
3 實時顯示和記錄接收信號的時程曲線,讀取聲時、首波峰值和周期值,宜同時顯示頻譜曲線及主頻值。
4 將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合,分別對所有檢測剖面完成檢測。
5 在樁身質量可疑的測點周圍,應采用加密測點,或采用斜測(圖10.3.3b)、扇形掃測(圖10.3.3c)進行復測,進一步確定樁身缺陷的位置和范圍。
6 在同一檢測剖面的檢測過程中,聲波發射電壓和儀器設置參數應保持不變。

                         
圖10.3.3  平測、斜測和扇形掃測示意圖

10.4  檢測數據分析與判定

10.4.1 各測點的聲時tc、聲速v、波幅Ap及主頻f應根據現場檢測數據,按下列各式計算,并繪制聲速-深度(v-z)曲線和波幅-深度(Ap-z)曲線,需要時可繪制輔助的主頻-深度(f-z)曲線:
                                      (10.4.1-1)
                                           (10.4.1-2)
                                      (10.4.1-3)
                                         (10.4.1-4)式中  tci——第i測點聲時(μs);
       ti——第i測點聲時測量值(μs);
       t0 ——儀器系統延遲時間(μs);
      t′——幾何因素聲時修正值(μs);
      l′——每檢測剖面相應兩聲測管的外壁間凈距離(mm);
      vi——第i測點聲速(km/s);
     Api——第i測點波幅值(dB);
ai ——第i測點信號首波峰值(V);
a0——零分貝信號幅值(V);
fi —— 第i測點信號主頻值(kHz),也可由信號頻譜的主頻求得;
Ti——第i測點信號周期(μs)。
10.4.2 聲速臨界值應按下列步驟計算:
1  將同一檢測剖面各測點的聲速值vi由大到小依次排序,即
v1≥v2≥…vn-k≥…vn-1≥vn                          (10.4.2-1)
式中  v ——按序排列后的第i個聲速測量值;
n ——檢測剖面測點數;
k ——從零開始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列尾部最小數值的數據個數。
2  對從零開始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列中最小數值后余下的數據進行統計計算。當去掉最小數值的數據個數為k時,對包括vn-k在內的余下的數據v1~vn-k按下列公式進行統計計算:
v0 = vm-λ.sx                                     (10.4.2-2)
                                      (10.4.2-3)
                             (10.4.2-4)
式中  v0—— 異常判斷值;
vm—— (n-k)個數據的平均值;
sx—— (n-k)個數據的標準差; 
λ ——由表10.4.2查得的與(n-k)相對應的系數。
                     統計數據個數(n-k)與對應的λ值                表10.4.2
n-k 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
λ 1.64 1.69 1.73 1.77 1.80 1.83 1.86 1.89 1.91 1.94
n-k 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58
λ 1.96 1.98 2.00 2.02 2.04 2.05 2.07 2.09 2.10 2.11
n-k 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78
λ 2.13 2.14 2.15 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23
n-k 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98
λ 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.29 2.30 2.31 2.32
n-k 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145
λ 2.33 2.34 2.36 2.38 2.39 2.41 2.42 2.43 2.45 2.46
n-k 150 160 170 180 190 200 220 240 260 280
λ 2.47 2.50 2.52 2.54 2.56 2.58 2.61 2.64 2.67 2.69
3  將vn-k與異常判斷值v0進行比較,當vn-k ≤ v0時,vn-k及其以后的數據均為異常,去掉vn-k及其以后的異常數據;再用數據v1~vn-k-1重復式(10.4.2-2)~(10.4.2-4)的計算步驟,直到vi序列中余下的全部數據滿足:
      vi >v0                                            (10.4.2-5)
此時,v0為聲速的異常判斷臨界值vc。
4  聲速異常時的臨界值判據為:
             vi ≤ vc                                            (10.4.2-6)
當式(10.4.2-6)成立時,聲速可判定為異常。
10.4.3 當檢測剖面n個測點的聲速值普遍偏低且離散性很小時,宜采用聲速低限值判據:
vi < vL                                            (10.4.3)
式中  vi ——第i測點聲速(km/s);
vL——聲速低限值(km/s),由預留同條件混凝土試件的抗壓強度與聲速對比試驗結果,結合本地區實際經驗確定。
    當式(10.4.3)成立時,可直接判定為聲速低于低限值異常。           
10.4.4波幅異常時的臨界值判據應按下列公式計算:
                                     (10.4.4-1)
Api<Am –6                                         (10.4.4-2)
式中  Am——波幅平均值(dB);
 ——檢測面測點數。
當式(10.4.4-2)成立時,波幅可判定為異常。
10.4.5 當采用斜率法的PSD值作為輔助異常點判據時,PSD值應按下列公式計算:
PSD = K ? Δt                                       (10.4.5-1)
                                      (10.4.5-2)
Δt  = tci- tci-1                                    (10.4.5-3)
式中  tci ——第i測點聲時(μs);
tci-1——第i-1測點聲時(μs);
zi ——第i測點深度(m);
     zi-1——第i-1測點深度(m)。
根據PSD值在某深度處的突變,結合波幅變化情況,進行異常點判定。
10.4.6 當采用信號主頻值作為輔助異常點判據時,主頻-深度曲線上主頻值明顯降低可判定為異常。
10.4.7 樁身完整性類別應結合樁身混凝土各聲學參數臨界值、PSD判據、混凝土聲速低限值以及樁身質量可疑點加密測試(包括斜測或扇形掃測)后確定的缺陷范圍,按本規范表3.5.1的規定和表10.4.7的特征進行綜合判定。
                                樁身完整性判定                         表10.4.7
類別 特  征
Ⅰ 各檢測剖面的聲學參數均無異常,無聲速低于低限值異常
Ⅱ 某一檢測剖面個別測點的聲學參數出現異常,無聲速低于低限值異常
Ⅲ 某一檢測剖面連續多個測點的聲學參數出現異常;
兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數出現異常;
局部混凝土聲速出現低于低限值異常
Ⅳ 某一檢測剖面連續多個測點的聲學參數出現明顯異常;
兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數出現明顯異常;
樁身混凝土聲速出現普遍低于低限值異?;驘o法檢測首波或聲波接收信號嚴重畸變
10.4.8 檢測報告除應包括規范第3.5.5條內容外,還應包括:
1 聲測管布置圖;
2 受檢樁每個檢測剖面聲速-深度曲線、波幅-深度曲線,并將相應判據臨界值所對應的標志線繪制于同一個坐標系;
3 當采用主頻值或PSD值進行輔助分析判定時,繪制主頻-深度曲線或PSD曲線,
4 缺陷分布圖示。

 
附錄A  樁身內力測試

A.0.1  基樁內力測試適用于混凝土預制樁、鋼樁、組合型樁,也可用于樁身斷面尺寸基本恒定或已知的混凝土灌注樁。
A.0.2  對豎向抗壓靜載試驗樁,可得到樁側各土層的分層抗壓摩阻力和樁端支承力;對豎向抗拔靜荷載試驗樁,可得到樁側土的分層抗拔摩阻力;對水平力試驗樁,可求得樁身彎矩分布,最大彎矩位置等;對打入式預制混凝土樁和鋼樁,可得到打樁過程中樁身各部位的錘擊壓應力、錘擊拉應力。
A.0.3  基樁內力測試宜采用應變式傳感器或鋼弦式傳感器。根據測試目的及要求,宜按表A.0.3中的傳感器技術、環境特性,選擇適合的傳感器,也可采用滑動測微計。需要檢測樁身某斷面或樁底位移時,可在需檢測斷面設置沉降桿。
                         傳感器技術、環境特性一覽表                     表A.0.3

鋼弦式傳感器 應變式傳感器
傳感器體積 大 較小

蠕變
 
較小,適宜于長期觀測
 
較大,需提高制作技術、工藝解決


測量靈敏度 
較低 
較高

溫度變化的影響 溫度變化范圍較大時需要修正 可以實現溫度變化的自補償
長導線影響
不影響測試結果 需進行長導線電阻影響的修正
自身補償能力 補償能力弱 對自身的彎曲、扭曲可以自補償
對絕緣的要求 要求不高 要求高
動態響應 差 好
A.0.4  傳感器設置位置及數量宜符合下列規定:
1 傳感器宜放在兩種不同性質土層的界面處,以測量樁在不同土層中的分層摩阻力。在地面處(或以上)應設置一個測量斷面作為傳感器標定斷面。傳感器埋設斷面距樁頂和樁底的距離不應小于1倍樁徑。
2 在同一斷面處可對稱設置2~4個傳感器,當樁徑較大或試驗要求較高時取高值。
A.0.5  應變式傳感器可視以下情況采用不同制作方法:
1 對鋼樁可采用以下兩種方法之一:
1) 將應變計用特殊的粘貼劑直接貼在鋼樁的樁身,應變計宜采用標距3~6mm的350Ω膠基箔式應變計,不得使用紙基應變計。粘貼前應將貼片區表面除銹磨平,用有機溶劑去污清洗,待干燥后粘貼應變計。粘貼好的應變計應采取可靠的防水防潮密封防護措施。
2) 將應變式傳感器直接固定在測量位置。
2 對混凝土預制樁和灌注樁,應變傳感器的制作和埋設可視具體情況采用以下三種方法之一:
1) 在600~1000mm長的鋼筋上,軸向、橫向粘貼四個(二個)應變計組成全橋(半橋),經防水絕緣處理后,到材料試驗機上進行應力-應變關系標定。標定時的最大拉力宜控制在鋼筋抗拉強度設計值的60%以內,經三次重復標定,應力-應變曲線的線性、滯后和重復性滿足要求后,方可采用。傳感器應在澆筑混凝土前按指定位置焊接或綁扎(泥漿護壁灌注樁應焊接)在主筋上,并滿足規范對鋼筋錨固長度的要求。固定后帶應變計的鋼筋不得彎曲變形或有附加應力產生。
2) 直接將電阻應變計粘貼在樁身指定斷面的主筋上,其制作方法及要求同本條第1款鋼樁上粘貼應變計的方法及要求。
3) 將應變磚或埋入式混凝土應變測量傳感器按產品使用要求預埋在預制樁的樁身指定位置。
A.0.6  應變式傳感器可按全橋或半橋方式制作,宜優先采用全橋方式。傳感器的測量片和補償片應選用同一規格同一批號的產品,按軸向、橫向準確地粘貼在鋼筋同一斷面上。測點的連接應采用屏蔽電纜,導線的對地絕緣電阻值應在500MΩ以上,使用前應將整卷電纜除兩端外全部浸入水中1h,測量芯線與水的絕緣;電纜屏蔽線應與鋼筋絕緣;測量和補償所用連接電纜的長度和線徑應相同。
A.0.7  電阻應變計及其連接電纜均應有可靠的防潮絕緣防護措施;正式試驗前電阻應變計及電纜的系統絕緣電阻不應低于200MΩ。
A.0.8  不同材質的電阻應變計粘貼時應使用不同的粘貼劑。在選用電阻應變計、粘貼劑和導線時,應充分考慮試驗樁在制作、養護和施工過程中的環境條件。對采用蒸汽養護或高壓養護的混凝土預制樁,應選用耐高溫的電阻應變計、粘貼劑和導線。
A.0.9  電阻應變測量所用的電阻應變儀宜具有多點自動測量功能,儀器的分辨力應優于或等于1με,并有存儲和打印功能。
A.0.10  弦式鋼筋計應按主筋直徑大小選擇。儀器的可測頻率范圍應大于樁在最大加載時的頻率的1.2倍。使用前應對鋼筋計逐個標定,得出壓力(推力)與頻率之間的關系。
A.0.11  帶有接長桿弦式鋼筋計可焊接在主筋上;不宜采用螺紋連接。
A.0.12  弦式鋼筋計通過與之匹配的頻率儀進行測量,頻率儀的分辨力應優于或等于1Hz。
A.0.13  當同時進行樁身位移測量時,樁身內力和位移測試應同步。
A.0.14  測試數據整理應符合下列規定:
1 采用應變式傳感器測量時,按下列公式對實測應變值進行導線電阻修正:
采用半橋測量時:                                     (A.0.14-1)
采用全橋測量時:                                    (A.0.14-2)
式中  ε ——修正后的應變值;
         ε′ ——修正前的應變值;
r ——導線電阻(Ω);
      R——應變計電阻(Ω)。
2 采用弦式傳感器測量時,將鋼筋計實測頻率通過率定系數換算成力,再計算成與鋼筋計斷面處的混凝土應變相等的鋼筋應變量。
3 在數據整理過程中,應將零漂大、變化無規律的測點刪除,求出同一斷面有效測點的應變平均值,并按下式計算該斷面處樁身軸力:
                          (A.0.14-3)
式中  Qi——樁身第i斷面處軸力(kN);
 ——第i斷面處應變平均值;
Ei ——第i斷面處樁身材料彈性模量(kPa),當樁身斷面、配筋一致時,宜按標定斷面處的應力與應變的比值確定;
Ai ——第i斷面處樁身截面面積(m2)。
4 按每級試驗荷載下樁身不同斷面處的軸力值制成表格,并繪制軸力分布圖。再由樁頂極限荷載下對應的各斷面軸力值計算樁側土的分層極限摩阻力和極限端阻力:
                           (A.0.14-4)
                               (A.0.14-5)
式中   qsi—— 樁第i斷面與i+1斷面間側摩阻力(kPa);
qp——樁的端阻力(kPa);
i——樁檢測斷面順序號,i=1,2,……,n,并自樁頂以下從小到大排列;
u——樁身周長(m);
li ——第i斷面與第i+1斷面之間的樁長(m);
Qn——樁端的軸力(kN);
A0——樁端面積(m2)。
5 樁身第i斷面處的鋼筋應力可按下式計算:
σsi = Es  ?εsi                                        (A.0.14-6)
式中  σsi——樁身第i斷面處的鋼筋應力(kPa);
Es——鋼筋彈性模量(kPa);
εsi ——樁身第i斷面處的鋼筋應變。
A.0.15  沉降桿宜采用內外管形式:外管固定在樁身,內管下端固定在需測試斷面,頂端高出外管100~200mm,并可與固定斷面同步位移。
A.0.16  沉降桿應具有一定的剛度;沉降桿外徑與外管內徑之差不宜小于10mm,沉降桿接頭處應光滑。
A.0.17  測量沉降桿位移的檢測儀器應符合本規范第4.2.4條的技術要求。數據的測讀應與樁頂位移測量同步。
A.0.18  當沉降桿底端固定斷面處樁身埋設有內力測試傳感器時,可得到該斷面處樁身軸力Qi和位移si。




附錄B  混凝土樁樁頭處理

B.0.1  混凝土樁應先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱混凝土。
B.0.2  樁頭頂面應平整,樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應重合。
B.0.3  樁頭主筋應全部直通至樁頂混凝土保護層之下,各主筋應在同一高度上。
B.0.4  距樁頂1倍樁徑范圍內,宜用厚度為3~5mm的鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內設置箍筋,間距不宜大于100mm。樁頂應設置鋼筋網片2~3層,間距60~100mm。
B.0.5  樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1~2級,且不得低于C30。
B.0.6  高應變法檢測的樁頭測點處截面積應與原樁身截面積相同。










 

附錄C  靜載試驗記錄表

C.0.1  單樁豎向抗壓靜載試驗的現場檢測數據宜按附表C.0.1的格式記錄。
C.0.2  單樁水平靜載試驗的現場檢測數據宜按附表C.0.2的格式記錄。

                        單樁豎向抗壓靜載試驗記錄表             附表C.0.1
工程名稱  樁號  日期 
加載級 油壓 荷載 測讀 位移計(百分表)讀數 本級沉降(mm) 累計沉降(mm) 備


 (MPa) (kN) 時間 1#   2#   3# 4#   
          
          
          
          
          
檢測單位:                                         校核:               記錄:

                         單樁水平靜載試驗記錄表                附表C.0.2 
工程名稱  樁號  日期  上下表距 
油壓

(MPa) 荷載

(kN) 觀測

時間 循

數 加載  卸載 水平位移(mm) 加載上下

表讀數差 轉

角 
 備 注
    上
表 下
表 上
表 下
表 
加載 
卸載   

    
 
   
     

            

            

            

            
檢測單位:                                        校核:                記錄:




附錄D  鉆芯法檢測記錄表   

D.0.1  鉆芯法檢測的現場操作記錄和芯樣編錄應分別按附表D.0.1-1、D.0.1-2的
格式記錄;檢測芯樣綜合柱狀圖應按附表D.0.1-3的格式記錄和描述。
                鉆芯法檢測現場操作記錄表            附表D.0.1-1
樁號  孔號  工程名稱 
時間 鉆進(m) 芯樣編號 芯樣長度(m) 殘留芯樣 芯樣初步描述及異常情況記錄
自 至 自 至 計    
        
        
        
檢測日期 
 機長:              記錄:             頁次:        
                            鉆芯法檢測芯樣編錄表            附表D.0.1-2
工程名稱 
 日期 

樁號/鉆芯孔號  樁徑  混凝土設計強度等級 

項 目
 分段(層)
深度(m) 
芯樣描述

 
備  注

樁身混凝土

 


 混凝土鉆進深度,芯樣連續性、完整性、膠結情況、表面光滑情況、斷口吻合程度、混凝土芯是否為柱狀、骨料大小分布情況,以及氣孔、空洞、蜂窩麻面、溝槽、破碎、夾泥、松散的情況  
樁底沉渣  樁端混凝土與持力層接觸情況、沉渣厚度  

持 力 層
 

 持力層鉆進深度,巖土名稱、芯樣顏色、結構構造、裂隙發育程度、堅硬及風化程度;
分層巖層應分層描述 (強風化或土層時的動力觸探或標貫結果) 
檢測單位:                           記錄員:                檢測人員:
                    鉆芯法檢測芯樣綜合柱狀圖                  附表D.0.1-3
樁號∕孔號  混凝土設計強度等級  樁頂標高  開孔時間 
施工樁長  設計樁徑  鉆孔深度  終孔時間 
層序
號 層底標高
(m)
 層底
深度
(m)
 分層厚度
(m)
 混凝土/巖土芯
柱狀圖
(比例尺) 樁身混凝土、持力
層描述 芯樣強度
序號————
深度(m)
 
備注



    □

□   
                              編制:                             校核:
注:□代表芯樣試件取樣位置。

附錄E  芯樣試件加工和測量

E.0.1  應采用雙面鋸切機加工芯樣試件,加工時應將芯樣固定,鋸切平面垂直于芯樣軸線。鋸切過程中應淋水冷卻金剛石圓鋸片。
E.0.2  鋸切后的芯樣試件,當試件不能滿足平整度及垂直度要求時,應選用以下方法進行端面加工:
1 在磨平機上磨平。
2 用水泥砂漿(或水泥凈漿)或硫磺膠泥(或硫磺)等材料在專用補平裝置上補平。水泥砂漿(或水泥凈漿)補平厚度不宜大于5mm,硫磺膠泥(或硫磺)補平厚度不宜大于1.5mm。
補平層應與芯樣結合牢固,受壓時補平層與芯樣的結合面不得提前破壞。
E.0.3  試驗前,應對芯樣試件的幾何尺寸做下列測量:
1 平均直徑:用游標卡尺測量芯樣中部,在相互垂直的兩個位置上,取其兩次測量的算術平均值,精確至0.5mm。
2 芯樣高度:用鋼卷尺或鋼板尺進行測量,精確至1mm。
3 垂直度:用游標量角器測量兩個端面與母線的夾角,精確至0.1°。
4 平整度:用鋼板尺或角尺緊靠在芯樣端面上,一面轉動鋼板尺,一面用塞尺測量與芯樣端面之間的縫隙。
E.0.4  試件有裂縫或有其他較大缺陷、芯樣試件內含有鋼筋以及試件尺寸偏差超過下列數值時,不得用作抗壓強度試驗:
芯樣試件高度小于0.95d或大于1.05d時(d為芯樣試件平均直徑)。
沿試件高度任一直徑與平均直徑相差達2mm以上時。
試件端面的不平整度超過0.1mm時。
試件端面與軸線的不垂直度超過2°時。
芯樣試件平均直徑小于2倍表觀混凝土粗骨料最大粒徑時。




附錄F  高應變法傳感器安裝

F.0.1  檢測時至少應對稱安裝沖擊力和沖擊響應(質點運動速度)測量傳感器各兩個(傳感器安裝見圖F.0.1)。沖擊力和響應測量可采取以下方式:
1  在樁頂下的樁側表面分別對稱安裝加速度傳感器和應變式力傳感器,直接測量樁身測點處的響應和應變,并將應變換算成沖擊力。
1 在樁頂下的樁側表面對稱安裝加速傳感器直接測量響應,在自由落錘錘體0.5Hr處(Hr為錘體高度)對稱安裝加速度傳感器直接測量沖擊力。
F.0.2  在第F.0.1條第1款條件下,傳感器宜分別對稱安裝在距樁頂不小于2D的樁側表面處(D為試樁的直徑或邊寬);對于大直徑樁,傳感器與樁頂之間的距離可適當減小,但不得小于1D。安裝面處的材質和截面尺寸應與原樁身相同,傳感器不得安裝在截面突變處附近。
在第F.0.1條第2款條件下,對稱安裝在樁側表面的加速度傳感器距樁頂的距離不得小于0.4Hr或1D,并取兩者高值。
F.0.3  在第F.0.1條第1款條件下,傳感器安裝尚應符合下列規定:
1 應變傳感器與加速度傳感器的中心應位于同一水平線上,同側的應變傳感器和加速度傳感器間的水平距離不宜大于100mm。安裝完畢后,傳感器的中心軸應與樁中心軸保持平行。
2 各傳感器的安裝面材質應均勻、密實、平整,并與樁軸線平行,否則應采用磨光機將其磨平。
3 安裝螺栓的鉆孔應與樁側表面垂直;安裝完畢后的傳感器應緊貼樁身表面,錘擊時傳感器不得產生滑動。安裝應變式傳感器時應對其初始應變值進行監視,安裝后的傳感器初始應變值應能保證錘擊時的可測軸向變形余量為:
1)混凝土樁應大于±1000με;
2)鋼樁應大于±1500με。
F.0.4  當連續錘擊監測時,應將傳感器連接電纜有效固定。




附錄G  試打樁與打樁監控

G.1  試 打 樁

G.1.1  為選擇工程樁的樁型、樁長和樁端持力層進行試打樁時,應符合下列規定:
1  試打樁位置的工程地質條件應具有代表性。
2  試打樁過程中,應按樁端進入的土層逐一進行測試;當持力層較厚時,應在同一土層中進行多次測試。
G.1.2  樁端持力層應根據試打樁結果的承載力與貫入度關系,結合場地巖土工程勘察報告綜合判定。
G.1.3  采用試打樁判定樁的承載力時,應符合下列規定:
1 判定的承載力值應小于或等于試打樁時測得的樁側和樁端靜土阻力值之和與樁在地基土中的時間效應系數的乘積,并應進行復打校核。
2 復打至初打的休止時間應符合表3.2.6的規定。

G.2  樁身錘擊應力監測

G.2.1  樁身錘擊應力監測應符合下列規定:
1  被監測樁的樁型、材質應與工程樁相同;施打機械的錘型、落距和墊層材料及狀況應與工程樁施工時相同。
2  應包括樁身錘擊拉應力和錘擊壓應力兩部分。
G.2.2  為測得樁身錘擊應力最大值,監測時應符合下列規定:
1  樁身錘擊拉應力宜在預計樁端進入軟土層或樁端穿過硬土層進入軟夾層時測試。
2  樁身錘擊壓應力宜在樁端進入硬土層或樁周土阻力較大時測試。
G.2.3  最大樁身錘擊拉應力可按下式計算:
            (G.2.3)
式中   σt──最大樁身錘擊拉應力(kPa);
x──傳感器安裝點至計算點的距離(m);
A——樁身截面面積(m2)。
G.2.4  最大樁身錘擊壓應力可按下式計算:
                                       (G.2.4)
式中  σP──最大樁身錘擊壓應力(kPa);
Fmax ──實測的最大錘擊力(kN)。
G.2.5  樁身最大錘擊應力控制值,應符合《建筑樁基技術規范》JGJ 94中有關規定。

G.3  錘擊能量監測

G.3.1  樁錘實際傳遞給樁的能量應按下式計算:
                               (G.3.1)
式中  En──樁錘實際傳遞給樁的能量(kJ);
te ──采樣結束的時刻。
G.3.2  樁錘最大動能宜通過測定錘芯最大運動速度確定。
G.3.3  樁錘傳遞比應按樁錘實際傳遞給樁的能量與樁錘額定能量的比值確定;樁錘效率應按實測的樁錘最大動能與樁錘的額定能量的比值確定。








附錄H  聲測管埋設要點

H.0.1  聲測管內徑宜為50~60mm。
H.0.2   聲測管應下端封閉、上端加蓋、管內無異物;聲測管連接處應光滑過渡,管口應高出樁頂100mm以上,且各聲測管管口高度宜一致。
H.0.3  應采取適宜方法固定聲測管,使之成樁后相互平行。
H.0.4  聲測管埋設數量應符合下列要求:
1 D≤800mm,2根管。
2 800mm<D≤2000mm,不少于3根管。
3 D>2000mm,不少于4根管。
式中  D ——受檢樁設計樁徑。
H.0.5  聲測管應沿樁截面外側呈對稱形狀布置,按圖H.0.5所示的箭頭方向順時針旋轉依次編號。
檢測剖面編組分別為:1-2;
                        1-2,1-3,2-3;
                        1-2,1-3,1-4,2-3,2-4,3-4。
 





本規范用詞說明

1  為便于在執行本規范條文時區別對待,對要求嚴格程度不同的用詞,說明如下:
1) 表示很嚴格,非這樣做不可的用詞:
正面詞采用“必須”;反面詞采用“嚴禁”。
2) 表示嚴格,在正常情況均應這樣做的用詞:
正面詞采用“應”;反面詞采用“不應”或“不得”。
3) 表示允許稍有選擇,在條件許可時首先應這樣做的用詞:
正面詞采用“宜”;反面詞采用“不宜”。
表示有選擇,在一定條件下可以這樣做的,采用“可”。
2  條文中指定應按其他有關標準、規范執行的寫法為“應按……執行”或“應符合……的要求(或規定)”。非必須按指定的標準、規范執行的寫法為“可參照……執行”。

 

中華人民共和國行業標準

建筑基樁檢測技術規范

JGJ 106—2003

條 文 說 明






 

前    言
《建筑基樁檢測技術規范》JGJ 106-2003,經建設部2003年3月27日以第133號公告批準、發布。
為便于廣大檢測、設計、施工、科研、學校等單位的有關人員在使用本標準時能正確理解和執行條文規定,《建筑基樁檢測技術規范》編制組按章、節、條順序編制了本規范的條文說明,供國內使用者參考。在使用中如發現本文說明有不妥之處,請將意見函寄呂國建筑科學研究院(地址:北京市三環東路30號;郵編:100013)。
目     次

1  總    則 61
2  術語、符號 63
2  術    語 63
3  基本規定 64
3.1  檢測方法和內容  64
3.2  檢測工作程序  65
3.3  抽檢數量 67
3.4  驗證與擴大檢測  69
3.5  檢測結果評價和檢測報告  69
3.6  檢測機構和檢測人員  72
4  單樁豎向抗壓靜載試驗  73
4.1  適用范圍 73
4.2  儀器設備及其安裝   73
4.3  現場檢測 75
4.4  檢測數據分析與判定 77
5  單樁豎向抗拔靜載試驗 79
5.1  適用范圍 79
5.2  儀器設備及其安裝 79
5.3  現場檢測 79
5.4  檢測數據分析與判定 80
6  單樁水平靜載試驗 81
6.1  適用范圍 81
6.2  儀器設備及其安裝 81
6.3  現場檢測 81
6.4  檢測數據分析與判定  82
7  鉆 芯 法  84
7.1  適用范圍  84
7.2  設    備  84
7.3  現場操作  85
7.4  芯樣試件截取與加工  87
7.5  芯樣試件抗壓強度試驗  88
7.6  檢測數據分析與判定  89
8  低應變法  91
8.1  適用范圍  91
8.2  儀器設備  93
8.3  現場檢測  94
8.4  檢測數據分析與判定  95
9  高應變法  101
9.1  適用范圍   101
9.2  儀器設備  101
9.3  現場檢測  103
9.4 檢測數據分析與判定 105
10  聲波透射法 112
10.1  適用范圍  112
10.2  儀器設備 112
10.3  現場檢測  112
10.4  檢測數據分析與判定 113
 
1  總    則

1.0.1 工業與民用建筑中的質量問題和重大質量事故多與基礎工程質量有關,其中有不少是由于樁基工程的質量問題,而直接危及主體結構的正常使用與安全。我國每年的用樁量超過300萬根,其中沿海地區和長江中下游軟土地區占70%~80%。如此大的用樁量,如何保證質量,一直倍受建設、施工、設計、勘察、監理各方以及建設行政主管部門的關注。樁基工程除因受巖土工程條件、基礎與結構設計、樁土體系相互作用、施工以及專業技術水平和經驗等關聯因素的影響而具有復雜性外,樁的施工還具有高度的隱蔽性,發現質量問題難,事故處理更難。因此,基樁檢測工作是整個樁基工程中不可缺少的重要環節,只有提高基樁檢測工作的質量和檢測評定結果的可靠性,才能真正做到確保樁基工程質量與安全。
20世紀80年代以來,我國基樁檢測技術特別是基樁動測技術得到了飛速發展。從國內外基樁檢測實踐看,如果不將動測法作為質量普查和承載力判定的補充手段,很難在人力和物力上進行樁基工程質量的有效檢測和評價。因此,利用理論和實踐漸趨成熟的動測技術勢在必行。但同時應注意,與常規的直接法(靜載法、鉆芯法)相比,動測法對檢測人員的經驗與理論水平要求高。況且,動測法在國內起步近三十年,但推廣應用才十年,仍屬發展中的技術,經驗和理論有待進一步積累和完善。
目前,國內有關基樁檢測的標準雖已形成初步系列,但這些標準只針對一類檢測方法單獨制訂,有關設計規范對基樁檢測的規定比較原則,主要側重于為樁基設計提供依據。這些標準施行后暴露出的問題可歸納為:
1  各方法之間在某些方面(如抽檢數量、樁身完整性類別劃分及判據、測試儀器主要性能指標、復檢規則等)缺乏統一的標準(至少是能被共同接受的一個低限原則),使檢測人員在方法應用、檢測數據采用及評判時顯得無所適從,容易造成樁基工程驗收工作的混亂。
2  由于技術上的原因,各檢測方法都有其一定的適用范圍,若將檢測能力和適用范圍不適宜的擴大,容易引起誤判。
3  基樁檢測通常是直接法與半直接法配合,多種方法并用。當需要對整個樁基質量做出評定時,單獨的方法無法覆蓋,各個標準(包括地方標準)并用時又出現主次不分或不一致。
因此,統一基樁檢測方法、使基樁檢測技術標準化、規范化,才能促進基樁檢測技術進步,提高檢測工作質量,為設計和施工驗收提供可靠依據,確保工程質量。
1.0.2 本規范所指的工程基樁是混凝土灌注樁、混凝土預制樁(包括預應力管樁)和鋼樁?;鶚兜某休d力和樁身完整性檢測是基樁質量檢測中的兩項重要內容,除此之外,質量檢測的其他內容與要求已在相關的設計和施工質量驗收規范中做出了明確規定。本規范的適用范圍是根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007和《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202的有關規定制訂的,交通、鐵路、港口等工程的基樁檢測可參照使用。但應注意:建筑工程的基樁絕大多數以豎向受壓混凝土樁為主,某些交通、鐵路、港工,以及上部豎向荷載較小的構筑物等基礎樁的承載力并非單純以豎向抗壓承載力控制,而是以上拔或水平荷載控制,也可能是抗壓與水平荷載或上拔與水平荷載的雙重控制。此外,對于復合地基增強體設計強度等級不小于C15的高粘結強度樁(類似于素混凝土樁,如水泥粉煤灰碎石樁),其樁身完整性檢測的原理、方法與本規范樁基的樁身完整性檢測無異,同樣可按本規范執行。
1.0.3 本條是本規范編制的基本原則。樁基工程的安全與單樁本身的質量直接相關,而設計條件(地質條件、樁的承載性狀、樁的使用功能、樁型、基礎和上部結構的型式等)和施工因素(成樁工藝、施工過程的質量控制、施工質量的均勻性、施工方法的可靠性等)不僅對單樁質量而且對整個樁基的正常使用均有影響。另外,檢測得到的數據和信號也包括了諸如地質條件、樁身材料、樁的休止時間等設計和施工因素的作用和影響,這些也直接決定了所選擇的檢測方法是否安全適用和經濟,及所選擇的受檢樁是否具有代表性等。如果進行基樁檢測時拋開這些因素的作用和影響,就會造成不必要的浪費或隱患。同時,由于各種檢測方法在可靠性或經濟性方面存在不同程度的局限性,多種方法配合時又具有一定的靈活性,因此應根據檢測目的、檢測方法的適用范圍和特點,考慮上述各種因素合理選擇檢測方法,實現各種方法合理搭配、優勢互補,使各種檢測方法盡量能互為補充或驗證,即在達到“正確評價”目的的同時,又要體現經濟合理性。




2  術語、符號

2.1  術      語

2.1.2  樁身完整性是一個綜合定性指標,而非嚴格的定量指標。其類別是按缺陷對樁身結構承載力的影響程度劃分的。這里有兩點需要說明:
1  連續性包涵了樁長不夠的情況。因動測法只能估算樁長,樁長明顯偏短時,給出斷樁的結論是正常的。而鉆芯法則不同,可準確測定樁長。
2  作為完整性定性指標之一的樁身截面尺寸,由于定義為“相對變化”,所以先要確定一個相對衡量尺度。但檢測時,樁徑是否減小可能會參照以下條件之一:
—— 按設計樁徑;
—— 根據設計樁徑,并針對不同成樁工藝的樁型按施工驗收規范考慮樁徑的允許負偏差;
—— 考慮充盈系數后的平均施工樁徑。
    所以,灌注樁是否縮頸必需有一個參考基準。過去,在動測法檢測并采用開挖驗證時,說明動測結論與開挖驗證結果是否符合通常是按第一種條件。但嚴格地講,應按施工驗收規范,即第二個條件才是合理的。但因為動測法不能對縮頸嚴格定量,于是才定義為“相對變化”。
2.1.3  樁身缺陷有三個指標,即位置、類型(性質)和程度。動測法檢測時,不論缺陷的類型如何,其綜合表現均為樁的阻抗變小,即完整性動力檢測中分析的僅是阻抗變化,阻抗的變小可能是任何一種或多種缺陷類型及其程度大小的表現。因此,僅根據阻抗的變小不能判斷缺陷的具體類型,如有必要,應結合地質資料、樁型、成樁工藝和施工記錄等進行綜合判斷。對于擴徑而表現出的阻抗變大,應在分析判定時予以說明,因擴徑對樁的承載力有利,不應作為缺陷考慮。
2.1.6~2.1.7  基樁動力檢測方法按動荷載作用產生的樁身應變大小可分為高應變法和低應變法。前者的樁身應變量通常在0.1‰~1.0‰范圍內,后者一般小于0.01‰。對于普通鋼樁,超過1.0‰的樁身應變量已接近其屈服臺階所對應的變形;對于混凝土樁,視混凝土強度等級的不同,其出現明顯塑性變形對應的應變量約為0.5‰~1.0‰。
 
3  基本規定

3.1  檢測方法和內容

3.1.1 “施工完成后的工程樁應進行單樁承載力檢驗”是現行《建筑地基基礎設計規范》GB50007和《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202以強制性條文的形式規定的。由于工程樁的預期使用功能要通過單樁承載力實現,樁身完整性檢測的目的是找出某些可能影響單樁承載力的因素,最終仍是為減少安全隱患、可靠地判定單樁承載力并做出正確評價服務。所以,基樁質量檢測時,承載力和完整性兩項內容密不可分。對于大多數樁型的樁基,往往是通過低應變完整性普查找出基樁施工質量問題并對整體施工質量做出大致估計。
3.1.2 表3.1.2所列7種方法是基樁檢測中最常用的檢測方法。對于沖鉆孔、挖孔和沉管灌注樁以及預制樁等樁型,可采用其中多種甚至全部方法進行檢測,但對異型樁、組合型樁,表3.1.2中的7種方法就不能完全適用(如高、低應變動測法和聲透法)。因此在具體選擇檢測方法時,應根據檢測目的、內容和要求,結合各檢測方法的適用范圍和檢測能力,考慮設計、地質條件、施工因素和工程重要性等情況確定。同時也要兼顧實施中的經濟合理性,即滿足對工程基樁整體做出較高置信水平的評價的前提下,做到快速經濟。
3.1.3 本條是總則1.0.3條中“使各種檢測方法優勢互補”這一原則的具體體現,其目的是為了提高檢測結果的可靠性。特別對于大直徑灌注樁完整性檢測,一般可同時選用兩種或兩種以上的方法進行檢測,使各種方法能相互補充。另外,對于設計等級高、地質條件復雜、施工質量變異性大的樁基,或低應變完整性判定出現技術上的困難時,提倡有條件時采用直接法(靜載試驗、鉆芯和開挖)進行驗證。
3.1.4鑒于目前對施工過程中的檢測重視不夠,本條強調了施工過程中的檢測,以便加強施工過程的質量控制,做到信息化施工。如:沖鉆孔灌注樁施工中應提倡或明確規定采用一些成熟的技術和常規的方法進行孔徑、孔斜、孔深、沉渣厚度和樁端巖性鑒別等項目的檢驗,對于打入式預制樁,提倡沉樁過程中的動力監測等。
樁基施工過程中可能出現以下情況:設計變更、局部地質條件與勘察報告不符、工程樁施工參數與施工前為設計提供依據的試驗樁不同、原材料發生變化、施工單位發生變化等,都可能造成質量隱患。除施工前(為設計提供依據)檢測外,僅在施工后進行驗收檢測,即使發現質量問題,也只是事后補救,造成不必要的浪費。因此,基樁檢測除在施工前和施工后進行外,還應加強樁基施工過程中的檢測,以便及時發現并解決問題,做到防患于未然,提高效益。

3.2  檢測工作程序

3.2.1 框圖3.2.1是檢測機構應遵循的檢測工作程序。實際執行檢測程序中,由于不可預知的原因,如委托要求的變化、現場調查情況與委托方介紹的不符,或在現場檢測尚未全部完成就已發現質量問題而需要進一步排查,都可能使原檢測方案中的抽檢數量、受檢樁樁位、檢測方法發生變化。如首先用低應變法普測(或擴檢),再根據低應變法檢測結果,采用鉆芯法、高應變法或靜載試驗,對有缺陷的樁重點抽測??傊?,檢測方案并非一成不變,可根據實際情況動態調整。
3.2.2 根據1.0.3條的原則及基樁檢測工作的特殊性,本條對調查階段工作提出了具體要求。為了正確地對基樁質量進行檢測和評價,提高基樁檢測工作的質量,做到有的放矢,應盡可能詳細地了解和搜集有關的技術資料,如:工程概況、建設、監理、設計、施工單位名稱、巖土工程勘察報告、樁基設計圖紙、施工記錄、樁身混凝土強度抗壓試驗報告、樁頂實際標高等。另外,有時委托方的介紹和提出的要求是籠統的、非技術性的,也需要通過調查來進一步明確委托方的具體要求和現場實施的可行性;有些情況下還需要檢測技術人員到現場了解和搜集。
3.2.3 本條提出的檢測方案內容為一般情況下包含的內容,某些情況下還需要包括樁頭加固、處理方案以及場地開挖、道路、供電、照明等要求。有時檢測方案還需要與委托方或設計方共同研究制定。
3.2.5  檢測所用計量器具必須送至法定計量檢定單位進行定期檢定,且使用時必須在計量檢定的有效期之內,這是我國《計量法》的要求,以保證基樁檢測數據的可靠性和可追溯性。雖然計量器具在有效計量檢定周期之內,但由于基樁檢測工作的環境較差,使用期間仍可能由于使用不當或環境惡劣等造成計量器具的受損或計量參數發生變化。因此,檢測前還應加強對計量器具、配套設備的檢查或模擬測試,有條件時可建立校準裝置進行自校,發現問題后應重新檢定。
3.2.6  混凝土是一種與齡期相關材料,其強度隨時間的增加而增加。在最初幾天內強度快速增加,隨后逐漸變緩,其物理力學、聲學參數變化趨勢亦大體如此。樁基工程受季節氣候、周邊環境或工期緊的影響,往往不允許等到全部工程樁施工完并都達到28d齡期強度后再開始檢測。為做到信息化施工,盡早發現樁施工的質量問題并及時處理,同時考慮到低應變法和聲波透射法檢測內容是樁身完整性,對混凝土強度的要求可適當放寬。但如果混凝土齡期過短或強度過低,應力波或聲波在其中的傳播衰減加劇,或同一場地由于樁的齡期相差大,聲速的變異性增大。因此,對于低應變法或聲波透射法的測試,規定樁身混凝土強度應大于設計強度的70%,并不得低于15MPa。鉆芯法檢測的內容之一即是樁身混凝土強度,顯然受檢樁應達到28d齡期或同條件養護試塊達到設計強度,如果不是以檢測凝土強度為目的的驗證檢測,也可根據實際情況適當放寬對混凝土齡期的限制。高應變法和靜載試驗在樁身產生的應力水平高,若樁身混凝土強度較低,有可能引起樁身損傷或破壞,故樁身混凝土應達到28d齡期或設計強度。另外,樁身混凝土強度過低,也可能出現樁身材料應力-應變關系的嚴重非線性,使高應變測試信號失真。
樁在施工過程中不可避免的對樁周土造成擾動,引起土體強度降低,引起樁的承載力下降,以高靈敏度飽和粘性土中的摩擦樁最顯。隨著休止時間的增加,土體重新固結,土體強度逐漸恢復提高,樁的承載力也逐漸增加。成樁后樁的承載力隨時間而變化的現象稱為樁的承載力時間(或歇后)效應,我國軟土地區這種效應尤為明顯。研究資料表明,時間效應可使樁的承載力比初始值增長40~400%。其變化規律一般是起初增長速度較快,隨后逐漸減慢,待達到一定時間后趨于相對穩定,其增長的快慢和幅度與土性和類別有關。除非在特定的土質條件和成樁工藝下積累大量的對比數據,否則很難得到承載力的時間效應關系。另外,樁的承載力包括兩層涵義,即樁身結構承載力和支撐樁結構的地基巖土承載力,樁的破壞可能是樁身結構破壞或支撐樁結構的地基巖土承載力達到了極限狀態,多數情況下樁的承載力受后者制約。如果混凝土強度過低,樁可能產生樁身結構破壞而地基土承載力尚未完全發揮,且樁身產生的壓縮量較大,檢測結果不能真正反映設計條件下樁的承載力與樁的變形情況。因此,對于承載力檢測,應同時滿足地基土休止時間和樁身混凝土齡期(或設計強度)雙重規定,若驗收檢測工期緊無法滿足休止時間規定時,應在檢測報告中注明。
3.2.7  相對于靜載試驗而言,本規范規定的完整性檢測(除鉆芯法外)方法作為普查手段,具有速度快、費用較低和抽檢數量大的特點,容易發現樁基的整體施工質量問題,至少能為有針對性的選擇靜載試驗提供依據。所以,完整性檢測安排在靜載試驗之前是合理的。當基礎埋深較大時,基坑開挖產生土體側移將樁推斷或機械開挖將樁碰斷的現象時有發生,此時完整性檢測應等到開挖至基底標高后進行。
3.2.8  操作環境要求是按測量儀器設備對使用溫濕度、電壓波動、電磁干擾、振動沖擊等現場環境條件的適應性規定的。
3.2.9  測試數據異常通常是因測試人員誤操作、儀器設備故障及現場準備不足造成的。用不正確的測試數據進行分析得出的結果必然是不正確的。對此,應及時分析原因,組織重新檢測。
3.2.10  按檢測方法的準確可靠程度和直觀性高低,用“高”的檢測方法來彌補 “低”的檢測方法的不確定性或復核“低”的結論,稱為驗證檢測。本條所指情況主要是針對動測法而言的。
通常,因初次抽樣檢測數量有限,當抽樣檢測中發現承載力不滿足設計要求或完整性檢測中Ⅲ、Ⅳ類樁比例較大時,應會同有關各方分析和判斷樁基整體的質量情況,如果不能得出準確判斷、為補強或設計變更方案提供可靠依據時,應擴大檢測。倘若初次檢測已基本查明質量問題的原因所在,則不得盲目擴大檢測。

3.3  抽檢數量

3.3.1施工前進行單樁豎向抗壓靜載試驗,目的是為設計提供依據。對設計等級高且缺乏地區經驗的地區,為獲得既經濟又可靠的設計施工參數,減少盲目性,前期試樁尤為重要。本條規定的試樁數量和第1~2款條件,與《建筑地基基礎設計規范》GB50007、《建筑樁基技術規范》JGJ94基本一致??紤]到樁基礎選型、成樁工藝選擇與地區條件、樁型和工法的成熟性密切相關,為在推廣應用新樁型或新工藝過程中不斷積累經驗,使其能達到預期的質量和效益目標,增加了本地區采用新樁型或新工藝時也應進行施工前靜載試驗的規定。對于大型工程,“同條件下”可能包含若干個子單位工程(子分部工程)。本條規定的試樁數量僅僅是下限,若實際中由于某些原因不足以為設計提供可靠依據或設計另有要求時,可根據實際情況增加試樁數量。另外,如果施工時樁參數發生了較大變動或施工工藝發生了變化,應重新進行試樁。
對于端承型大直徑灌注樁,當受設備或現場條件限制無法做靜載試驗時,可按《建筑地基基礎設計規范》GB50007進行深層平板載荷試驗,或在同條件下的小直徑樁的豎向抗壓靜載試驗中,通過樁身內力測試,確定端承力參數。
3.3.2本條的要求恰好是在打入式預制樁(特別是長樁、超長樁)情況下的高應變法技術優勢所在。進行打樁過程監控可減少樁的破損率和選擇合理的入土深度,進而提高沉樁效率。
3.3.3由于檢測成本和周期問題,很難做到對樁基工程全部基樁進行檢測。施工后驗收檢測的最終目的是查明隱患、確保安全。為了在有限的抽檢數量中更能充分暴露樁基存在的質量問題,宜優先抽檢本條第1~5款所列的樁,其次再考慮抽樣的隨機性。
3.3.4 “三樁或三樁以下的柱下承臺抽檢樁數不得少于1根”的規定涵蓋了單樁單柱應全數檢測之意。按設計等級、地質情況和成樁質量可靠性確定灌注樁抽檢比例大小,符合慣例,是合理的。端承型大直徑灌注樁一般設計承載力高,樁身質量是控制承載力的主要因素;隨著樁徑的增大,尺寸效應對低應變法的影響加劇,而鉆芯法、聲透法恰好適合于大直徑樁的檢測(采用鉆芯法還可同時檢測樁端持力層和沉渣厚度)。同時,對大直徑樁采用聯合檢測方式,多種方法并舉,可以實現低應變法與鉆芯法、聲透法之間的相互補充或驗證,提高完整性檢測的可靠性。
常見的干作業灌注樁是人工挖孔樁。當在地下水位以上施工時,終孔后可派人下孔核驗樁端持力層;因能保證清底干凈和混凝土灌注質量,成樁質量比水下灌注樁可靠。同樣,混凝土預制樁由于工廠化生產,樁身質量較有保證,缺陷類型遠不如灌注樁復雜,且單節樁不存在接頭質量問題,主要是樁身開裂。對多節預制樁,接頭質量缺陷是較常見的問題,在無可靠驗證對比資料和經驗時,低應變法對不同形式的接頭質量判定尺度較難掌握。所以,當對預制樁的接頭質量有懷疑時,宜采用低應變法與高應變法相結合的方式進行檢測。當對復合地基中類似于素混凝土樁的增強體進行檢測時,抽檢數量應按《建筑地基處理技術規范》JGJ79規定執行。
3.3.5樁基工程屬于一個單位工程的分部(子分部)工程中的分項工程,一般以分項工程單獨驗收。所以本規范限定的工程樁承載力驗收檢測范圍是在一個單位工程內。本條同時規定了在何種條件下工程樁應進行單樁豎向抗壓靜載試驗及抽檢數量低限。其中前三款規定條件與3.3.1條基本相同?,F對第4款增加條件說明如下:
擠土群樁施工時,由于土體的側擠和隆起,質量問題(樁被擠斷、拉斷、上浮等)時有發生;尤其是大面積密集群樁施工,再加上施打順序不合理或打樁速率過快等不利因素,常引發嚴重的質量事故。有時施工前雖做過靜載試驗并以此作為設計依據,但因前期施工的試樁數量畢竟有限,擠土效應并未充分顯現,施工后的單樁承載力與施工前的試樁結果相差甚遠,對此應給予足夠的重視。
3.3.6高應變法在我國的應用不到二十年,目前仍處于發展和完善階段。作為一種以檢測承載力為主的試驗方法,尚不能完全取代靜載試驗。該方法的可靠性的提高,在很大程度上取決于檢測人員的技術水平和經驗,絕非僅通過一定量的靜動對比就能解決。由于檢測人員水平、設備匹配能力、樁土相互作用復雜性等原因,超出高應變法適用范圍后,靜動對比在機理上就不具備可比性。如果說“靜動對比”是衡量高應變法是否可靠的唯一“硬”指標的話,那么對比結果就不能只是承載力數值的比較,還應比較動測得到的樁的沉降和荷載傳遞特性是否合理。因此,對本條關于高應變法可作為“豎向抗壓承載力驗收檢測的補充”條件的理解,不應是狹義的“靜動對比”;同時,在不受第3.3.5條規定條件限制時,盡管允許采用高應變法進行驗收檢測,但并不意味著不需積累驗證資料和提高技術水平。尤其針對灌注樁檢測中,實測信號質量有時不易保證,分析中不確定因素多的情況,本規范第9.1.2~9.1.3條對此已提出了相應要求。
3.3.7端承型大直徑灌注樁(事實上對所有高承載力的樁),往往不允許任何一根樁承載力失效,否則后果不堪設想。由于試樁荷載大或場地限制,有時很難甚至無法進行單樁豎向抗壓承載力靜載檢測。對此,本條規定實際是對第3.3.5條的補充,體現了“多種方法配合,優勢互補”的原則。如終孔后混凝土灌注前的樁端持力層鑒別、深層平板載荷試驗,混凝土灌注后的鉆芯法沉渣厚度測定、樁端持力層鉆芯鑒別(包括動力觸探,標貫試驗、巖芯試件抗壓強度試驗),有條件時可預埋荷載箱進行樁端載荷試驗等。
當單位工程的鉆芯法抽檢數量不少于總樁數的10%,且不少于10根時,可認為既滿足了本條的要求,也滿足了第3.3.4條注1的要求。
3.3.8對于上覆豎向荷載不大的構筑物,如煙囪、埋深及水浮力大的地下結構、送電線路塔等基礎中的樁、荷載最大利組合為拔力或推力,承載力靜載試驗以豎向拔樁或水平推樁為主,并排所有的工程樁承載力檢驗都要做豎向抗壓試驗。

3.4  驗證與擴大檢測

3.4.1~3.4.5  這五條內容針對檢測中出現的缺乏依據、無法或難于定論的情況,提出了可用的驗證檢測原則。應該指出:樁身完整性不符合要求和單樁承載力不滿足設計要求是兩個獨立概念。完整性為Ⅰ類或Ⅱ類而承載力不滿足設計要求顯然存在結構安全隱患;豎向抗壓承載力滿足設計要求而完整性為Ⅲ類或Ⅳ類也可能存在安全和耐久性方面的隱患。如樁身出現水平整合型裂縫(灌注樁因擠土、開挖等原因也常出現)或斷裂,低應變完整性為Ⅲ類或Ⅳ類,但高應變完整性可能為Ⅱ類,且豎向抗壓承載力可能滿足設計要求,但存在水平承載力和耐久性方面的隱患。
3.4.6~3.4.7  擴大檢測數量宜根據地質條件、樁基設計等級、樁型、施工質量變異性等因素合理確定,并應經過有關各方確認。

3.5  檢測結果評價和檢測報告

3.5.1 樁身完整性類別劃分過去在國內一直未統一,其表現為劃分的依據、類(級)別及名稱三個方面。在劃分依據上,根據信號反映的樁的缺陷程度劃分者居多;部分是在考慮缺陷程度和整樁波速的基礎上,以信號反映的缺陷性質劃分;極少數是根據波速“得出”的樁身混凝土強度來劃分。在類別及名稱上,有的分為“優質(優良)、良好(較好)、合格、可疑(較差)、不合格(很差、報廢)”等五類;有的分為“完整(優質)、基本完整(尚可、合格、輕微缺陷)、可疑(較差)、不合格(報廢)”等四類;或分為“優質、良好、不合格”等三類;甚至有的僅給出“合格、不合格”兩類。表3.5.1統一了樁身完整性類別劃分標準,有利于對完整性檢測結果的判定和采用。這里需特別指出:檢測報告不宜給出樁身完整性(包括承載力)是否“合格”的結論,因為檢測報告僅為施工質量驗收依據之一,只有分部工程驗收時才給出是否合格的結論,況且經設計復核或補強處理還允許通過驗收。
樁基整體施工質量問題可由樁身完整性普測發現,如果不能就提供的完整性檢測結果估計對樁承載力的影響程度,進而估計是否危及上部結構安全,那么在很大程度上就減少了樁身完整性檢測的實際意義。樁的承載功能是通過樁身結構承載力實現的,完整性類別劃分主要是根據缺陷程度,但這種劃分不能機械地理解為不需考慮樁的設計條件、承載性狀及施工因素。綜合判定能力對檢測人員極為重要。
檢測時實測樁長小于施工記錄樁長,有兩種情況:一種是樁端未進入設計要求的持力層或進入持力層的深度不滿足設計要求,直接影響樁的承載力;另一種情況是樁端按設計要求進入了持力層,基本不影響樁的承載力。不論哪種情況,按樁身完整性定義中連續性的涵義,顯然均應判為Ⅳ類樁。
3.5.2  本條所指的“工程處理”包括以下內容:補強、補樁或由原設計單位復核是否可滿足結構安全和使用功能要求。
3.5.3  承載力特征值是根據一個單位工程內同條件下的單樁承載力檢測結果的統計,考慮一定的安全儲備得到的。所以,本條所指的工程樁承載力檢測結果評價——“給出承載力特征值是否滿足設計要求的結論”,相當于用小樣本推斷大母體,這和過去常說的“僅對來樣負責”不同,這里特作解釋如下:
樁的設計要求通常包含承載力、混凝土強度以及施工質量驗收規范規定的各項要求內容,而施工后基樁檢測結果的評價包含了承載力和完整性兩個相對獨立的評價內容。設計文件中一般不提出完整性檢測中Ⅲ和Ⅳ類樁數的具體要求,但只要存在缺陷樁,盡管承載力滿足設計要求,除非采取可靠的補救措施或設計上有很大的安全儲備,否則該批樁不能被認為是合格批。所以,工程基樁整體評價滿足設計要求的必要條件應理解為:包括補強處理后復檢在內的承載力和完整性檢測應全部符合要求;而其充分條件是結合設計施工等因素,確定有限的抽檢數量(特別是靜載和鉆芯檢測)具有代表性,能推斷整體。若評價依據不充分,應增加抽檢數量。
一種合適的檢測評定標準,應該能保證施工和使用雙方的風險均很小,但對基樁的承載力檢測,要同時使二者的風險都比較小是不可能的,除非增大隨機抽檢數量?;鶚冻休d力檢測與評價和藥品質量檢測既有類似之處:生產方的風險一般大于使用方的風險,即有“不合格”樁存在就判為不滿足設計要求,雖然從確保安全的角度說是合理的,但會造成很多合格樁也被否定掉;也有不同之處:通過設計復核或補強處理,只要不影響安全和正常使用功能,樁基工程可予以驗收。
更為重要的是,同一批藥品的生產條件相對穩定,其質量的抽樣檢測評定標準是嚴格建立在科學的概率統計學基礎上,根據一定的抽樣規則,通過樣本檢測推斷整批質量的錯判率(生產方風險)和漏判率(使用方風險)在概率統計學上是已知的。然而,在基樁抽樣檢測評定中,一是同一批樁的施工中隱蔽影響因素多,很難保持條件恒定;二是傳統的抽樣規則,并未建立在概率統計學基礎上。顯然,倘要使工程基樁的整體評價(推斷)有很高的置信度,勢必要打破過去沿襲下來的“抽檢1%且不少于3根”的做法,從而大幅度增加靜載試樁數量,造成不經濟。
根據樁基工程特點,應強調在出具檢測結論時,需結合設計條件(基礎和上部結構型式、地質條件、樁的承載性狀、沉降控制要求等)和施工質量可靠性,在充分考慮受檢樁數量及代表性的基礎上進行;但樁基工程事故,絕大部分表現為沉降過大而不均勻,其中有些是因樁身存在嚴重缺陷造成的。而完整性檢測帶有普查性,故整體評價不能僅根據少數樁的承載力檢測結果,尚應結合完整性檢測結果。
還應注意到,對整個工程基樁的承載力評價,不是檢測規范和檢測人員能完全解決的。因為:
1  檢測人員并非都具有較寬的知識面,也較難詳細了解施工全過程以及設計條件。
2  基樁檢測制定抽樣方案的要求與《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB50300有所不同:既然是通過小樣本檢測進行推斷,就存在犯錯判和漏判兩類錯誤的可能性,但基樁檢測目前卻不能確定犯兩類錯誤的概率各是多少。如按本規范第3.3.3條關于抽樣的規定,少量靜載試樁往往不具隨機性(可能僅抽檢完整性較差的樁,增加了施工方風險)。
所以,為使工程樁承載力主控項目驗收結論明確,便于采用,規定用“單樁承載力特征值滿足設計要求”的結論書面形式,并無全部基樁承載力均滿足設計要求的涵義。
最后還需說明兩點:(1)承載力檢測因時間短暫,其結果僅代表試樁那一時刻的承載力,更不能包含日后自然或人為因素(如樁周土濕陷、膨脹、凍脹、側移、基礎上浮、地面堆載等)對承載力的影響。(2)承載力評價可能出現矛盾的情況,即承載力不滿足設計要求而滿足有關規范要求。因為規范一般給出滿足安全儲備和正常使用功能的最低要求,而設計時常在此基礎上留有一定余量??紤]到責權劃分,可以作為問題或建議提出,但仍需設計方復核和有關各責任主體方表態確認。
3.5.4~3.5.5  檢測報告應根據所采用的檢測方法和相應檢測的內容出具檢測結論。為使報告內容完整和具有較強的可讀性,報告中應包括常規內容的敘述。還需特別強調:檢測報告應包含各受檢樁的原始檢測數據和曲線,并附有相關的計算分析數據和曲線。檢測報告僅有檢測結果而無任何檢測數據和曲線的現象必須杜絕。

3.6  檢測機構和檢測人員

3.6.1目前,建工行業的基樁檢測機構只有經省、部級建設行政主管部門檢測資質認可和計量行政主管部門的計量認證后,才能合法地進入檢測市場開展相應的檢測業務。實行這種管理辦法旨在加強對檢測機構的檢測條件、能力、技術水平、質量保證體系運行的考核與監督管理,以保證出具的檢測結果客觀、公正、可靠。
3.6.2由于基樁檢測時需綜合考慮地質、設計、施工等因素的影響,這就要求從事基樁檢測工作的技術人員應經過學習、培訓,具有必要的基樁檢測方面的理論基礎和實踐,并對巖土工程尤其是樁基工程方面的知識有充分了解。
在各種基樁檢測方法中,動力檢測技術涉及的學科較多,且仍處于發展中,對檢測人員的素質、技術水平和實踐經驗要求都很高。因此,持有工程樁動測資質證書的單位,還需要該單位的檢測人員持有經考核合格后頒發的上崗證書。


 
4  單樁豎向抗壓靜載試驗

4.1  適 用 范 圍

4.1.1單樁抗壓靜載試驗是公認的檢測基樁豎向抗壓承載力最直觀、最可靠的傳統方法。本規范主要是針對我國建筑工程中慣用的維持荷載法進行了技術規定。根據樁的使用環境、荷載條件及大量工程檢測實踐,在國內其他行業或國外,尚有循環荷載、等變形速率及終級荷載長時間維持等方法。
4.1.2樁身內力測試按附錄A規定的方法執行。
4.1.3本條明確規定為設計提供依據的靜載試驗應加載至破壞,即試驗應進行到能判定單樁極限承載力為止。對于以樁身強度控制承載力的端承型樁,當設計另有規定時,應從其規定。
4.1.4在對工程樁抽樣驗收檢測時,規定了加載量不應小于單樁承載力特征值的2.0倍,以保證足夠的安全儲備。實際檢測中,有時出現這樣的情況:3根工程樁靜載試驗,分十級加載,其中一根樁第十級破壞,另兩根樁滿足設計要求,按第3.5.3條,單位工程的單樁豎向抗壓承載力特征值不滿足設計要求。此時若有一根好樁的最大加載量取為單樁承載力特征值的2.2倍,且試驗證實豎向抗壓承載力不低于單樁承載力特征值的2.2倍,則單位工程的單樁豎向抗壓承載力特征值滿足設計要求。顯然,若抽檢的3根樁有代表性,就可避免不必要的工程處理。

4.2  儀器設備及其安裝

4.2.1為防止加載偏心,千斤頂的合力中心應與反力裝置的重心、樁軸線重合,并保證合力方向垂直。
4.2.2加載反力裝置的形式在《建筑樁基技術規范》基礎上增加了地錨反力裝置,對單樁極限承載力較小的摩擦樁可用土錨作反力;對巖面淺的嵌巖樁,可利用巖錨提供反力。
4.2.3用荷重傳感器(直接方式)和油壓表(間接方式)兩種荷載測量方式的區別在于:前者采用荷重傳感器測力,不需考慮千斤頂活塞摩擦對出力的影響;后者需通過率定換算千斤頂出力。同型號千斤頂在保養正常狀態下,相同油壓時的出力相對誤差約為1%~2%,非正常時可高達5%。采用傳感器測量荷重或油壓,容易實現加卸荷與穩壓自動化控制,且測量精度較高。采用壓力表測定油壓時,為保證測量精度,其精度等級應優于或等于0.4級,不得使用1.5級壓力表作加載控制。當油路工作壓力較高時,有時出現油管爆裂、接頭漏油,油泵加壓不足造成千斤頂出力受限、壓力表線性度變差等情況,所以應選用耐壓高、工作壓力大和量程大的油管、油泵和壓力表。
4.2.4對于機械式大量程(50mm)百分表,《大量程百分表》JJG379規定的1級標準為:全程示值誤差和回程誤差分別不超過40μm和8μm,相當于滿量程測量誤差不大于0.1%。沉降測定平面應在千斤頂底座承壓板以下的樁身位置,即不得在承壓板上或千斤頂上設置沉降觀測點,避免因承壓板變形導致沉降觀測數據失實?;鶞蕵稇蛉氲孛嬉韵伦銐虻纳疃?,一般不小于1m?;鶞柿簯欢斯潭?,另一端簡支,這是為減少溫度變化引起的基準梁撓曲變形。在滿足表4.2.5的規定條件下,基準梁不宜過長,并應采取有效遮擋措施,以減少溫度變化和刮風下雨的影響,尤其在晝夜溫差較大且白天有陽光照射時更應注意。
4.2.5在試樁加卸載過程中,荷載將通過錨樁(地錨)、壓重平臺支墩傳至試樁、基準樁周圍地基土并使之變形,隨著試樁、基準樁和錨樁(或壓重平臺支墩)三者間相互距離縮小,土體變形對試樁產生的附加應力和使基準樁產生變位的影響加劇。
1985年,國際土力學與基礎工程協會(ISSMFE)根據世界各國對有關靜載試驗的規定,提出了靜載試驗的建議方法并指出:試樁中心到錨樁(或壓重平臺支墩邊)和到基準樁各自間的距離應分別“不小于2.5m或3D”,這和我國現行規范規定的“大于等于4D且不小于2.0m”相比更容易滿足(小直徑樁按3D控制,大直徑樁按2.5m控制)。高重建筑物下的大直徑樁試驗荷載大、樁間凈距?。ㄒ幎ㄗ钚≈行木酁?D),往往受設備能力制約,采用錨樁法檢測時,三者間的距離有時很難滿足“不小于4D” 的要求,加長基準梁又難避免產生顯著的氣候環境影響??紤]到現場驗收試驗中的困難,且加載過程中,錨樁上拔對基準樁、試樁的影響小于壓重平臺對它們的影響,故本規范中對部分間距的規定放寬為“不小于3D”。
關于壓重平臺支墩力與基準樁和試樁之間的最小間距問題,應區別兩種情況對待。在場地土較硬時,堆載引起的支墩及其周邊地面沉降和試驗加載引起的地面回彈均很小。如Ф1200灌注樁采用10×10m2平臺堆載11550kN,土層自上而下為凝灰巖殘積土、強風化和中風化凝灰巖,堆載和試驗加載過程中,距支墩邊1m、2m處觀測到的地面沉降及回彈量幾乎為零。但在軟土場地,大噸位堆載由于支墩影響范圍大而應引起足夠的重視。以某一場地Ф500管樁堆載4000kN為例:在距支墩邊0.95m、1.95m、2.55m和3.5m設四根基準樁,平臺堆載至4000kN時基準樁下沉量分別為13.4mm、6.7mm、3.0mm和0.1mm;試驗加載至4000kN時觀測點回彈量分別為2.1mm、0.8mm、0.5mm和0.4mm。但也有報導管樁堆載6000kN,支墩產生明顯下沉,試驗加載至6000kN時,距支墩邊2.9m處的觀測點回彈近8mm。這里出現兩個問題:其一,支墩邊距試樁較近時,大噸位堆載地面下沉將產生負摩阻力,特別對摩擦型樁將明顯影響其承載力;其二,樁加載(地面卸載)時地基土回彈對基準樁影響。支墩對試樁、基準樁的影響程度與荷載水平及土質條件等有關。對于軟土場地超過10000kN的特大噸位堆載(目前國內壓重平臺法堆載已超過30000kN),為減少對試樁產生附加影響,應考慮對支墩下2~3倍寬影響范圍內的地基進行加固;對大噸位堆載支墩出現明顯下沉的情況,尚需進一步積累資料和研究其可靠的沉降測量方法,簡易的辦法是在遠離支墩處用水準儀或張緊的鋼絲觀測基準樁的豎向位移。

4.3  現 場 檢 測

4.3.1 本條是為使試樁具有代表性而提出的。
4.3.2為便于沉降測量儀表安裝,試樁頂部宜高出試坑地面;為使試驗樁受力條件與設計條件相同,試坑地面宜與承臺底標高一致。對于工程樁驗收檢測,當樁身荷載水平較低時,允許采用水泥砂漿將樁頂抹平的簡單樁頭處理方法。
4.3.3 本條主要是考慮在實際工程樁檢測中,因錨樁質量問題而導致試樁失敗或中途停頓的情況時有發生,為此建議在試樁前對灌注樁及有接頭的混凝土預制樁進行完整性檢測,大致確定其能否作錨樁使用。
4.3.4 本條是按我國的傳統做法,對維持荷載法進行原則性的規定。
4.3.5慢速維持荷載法是我國公認,且已沿用多年的標準試驗方法,也是其他工程樁豎向抗壓承載力驗收檢測方法的唯一比較標準。
4.3.6~4.3.7  按4.3.6條第2款,慢速維持荷載法每級荷載持載時間最少為2h。對絕大多數樁基而言,為保證上部結構正常使用,控制樁基絕對沉降是第一位重要的,這是地基基礎按變形控制設計的基本原則。在工程樁驗收檢測中,某些行業或地方標準允許采用快速維持荷載法,但未具體規定試驗步驟和其他限定條件。1985年ISSMFE根據世界各國的靜載試驗有關規定,在推薦的試驗方法中,建議維持荷載法加載為每小時一級,穩定標準為0.1mm/20min。當樁端嵌入基巖時,個別國家還允許縮短時間;也有些國家為測定樁的蠕變沉降速率建議采用終級荷載長時間維持法。
快速維持荷載法在國內從70年代就開始應用,我國港口工程規范從83年(JTJ2202-83)、上海地基設計規范從89年(DBJ-08-11-89)起就將這一方法列入,與慢速法一起并列為靜載試驗方法??焖俜ㄓ捎诿恳患壓奢d維持時間短(1h),各級荷載下的樁頂沉降相對慢速法要小一些,但相差不大。表1列出了上海市23根摩擦樁慢速維持荷載法試驗實測樁頂穩定時的沉降量和1h時沉降量的對比結果。從中可見,在1/2極限荷載點,快速法1h時的樁頂沉降量與慢速法相差很小(0.5mm以內),平均相差0.2mm;在極限荷載點相差要大些,為0.6~6.1mm,平均2.9mm。相對而言,“慢速維持荷載法”的加荷速率比建筑物建造過程中的施工加載速率要快得多,慢速法試樁得到的使用荷載對應的樁頂沉降與建筑物樁基在長期荷載作用下的實際沉降相比,要小幾倍到十幾倍,所以,規范中的快慢速試樁沉降差異是可以忽略的。
關于快慢速法極限承載力比較,根據上海市統計的71根試驗樁資料(樁端在粘性土中47根,在砂土中24根),這些對比是在同一根樁或樁土條件相同的相鄰樁上進行的,得出的結果見表3。
                  穩定時的沉降量sw和1h時的沉降量s1h的對比                表2
荷載點 sw與s1h之差(mm) s1h∕sw(%)
 幅度 平均 幅度 平均
極限荷載 0.57~6.07 2.89 71~96 86
1∕2極限荷載 0.01~0.51 0.20 95~100 98

                       快速法與慢速法極限承載力比較                       表 3
樁端土類別 快速法比慢速法極限荷載提高幅度
粘性土 0~9.6%,平均0.45%
砂土 -2.5%~9.6%,平均2.3%
從中可以看出快速法試驗得出的極限承載力較慢速法略高一些,其中樁端在粘性土中平均提高約1/2級荷載,樁端在砂土中平均提高約1/4級荷載。
在我國,如有些軟土中的摩擦樁,按慢速法加載,在2倍設計荷載的前幾級,就已出現沉降穩定時間逐漸延長,即在2h甚至更長時間內不收斂。此時,采用快速法是不適宜的。而也有很多地方的工程樁驗收試驗,在每級荷載施加不久,沉降迅速穩定,縮短持載時間不會明顯影響試樁結果;且因試驗周期的縮短,又可減少晝夜溫差等環境影響引起的沉降觀測誤差。在此,建議快速維持荷載法按下列步驟進行:
1 每級荷載施加后維持1h,按第5、15、30min測讀樁頂沉降量,以后每隔15min測讀一次。
2 測讀時間累計為1h時,若最后15min時間間隔的樁頂沉降增量與相鄰15min時間間隔的樁頂沉降增量相比未明顯收斂時,應延長維持荷載時間,直至最后15min的沉降增量小于相鄰15min的沉降增量為止。
3 終止加荷條件可按本規范第4.3.8條第1、3、4、5、6款執行。
4 卸載時,每級荷載維持15min,按第5、15min測讀樁頂沉降量后,即可卸下一級荷載。卸載至零后,應測讀樁頂殘余沉降量,維持時間為2h,測讀時間為第5、15、30min,以后每隔30min測讀一次。
各地在采用快速法時,應總結積累經驗,結合當地條件提出適宜的穩定控制標準。
4.3.8  當樁身存在水平整合型縫隙、樁端有沉渣或吊腳時,在較低豎向荷載時常出現本級荷載沉降超過上一級荷載對應沉降5倍的陡降,當縫隙閉合或樁端與硬持力層接觸后,隨著持載時間或荷載增加,變形梯度逐漸變緩;當樁身強度不足樁被壓斷時,也會出現陡降,但與前相反,隨著沉降增加,荷載不能維持甚至大幅降低。所以,出現陡降后不宜立即卸荷,而應使樁下沉量超過40mm,以大致判斷造成陡降的原因。
非嵌巖的長(超長)樁和大直徑(擴底)樁的Q-s曲線一般呈緩變型,在樁頂沉降達到40mm時,樁端阻力一般不能發揮。前者由于長細比大、樁身較柔,彈性壓縮量大,樁頂沉降較大時,樁端位移還很??;后者雖樁端位移較大,但尚不足以使端阻力充分發揮。因此,放寬樁頂總沉降量控制標準是合理的。

4.4  檢測數據分析與判定

4.4.1 除Q-s曲線、s-lgt曲線外,還有s-lgQ曲線。同一工程的一批試樁曲線應按相同的沉降縱座標比例繪制,滿刻度沉降值不宜小于40mm,這樣可使結果直觀、便于比較。
4.4.2 大實踐經驗表明:當沉降量達到樁徑的10%時,才可能出現極限荷載(太沙基和ISSMFE);粘性土中端阻力充分發揮所需的樁端位移為樁徑的4%~5%,而砂土中至少達到15%。故本條第4款對緩變型Q-s曲線,按s=0.05D確定直徑大于等于800mm樁的極限承載力大體上是保守的;且因為D≥800mm時定義為大直徑樁,當D=800mm,0.05D=40mm,正好與中、小直徑樁的沉降標準銜接。應該注意,世界各國按樁頂總沉降確定極限承載力的規定差別較大,這和各國安全系數的取值大小、特別是上部結構對樁基沉降的要求有關。因此當按本規范建議的按樁頂沉降量確定極限承載力時,尚應考慮上部結構對樁基沉降的具體要求。
4.4.3 本規范單樁豎向抗壓承載力的統計按《建筑地基基礎設計規范》GB50007的規定執行。也有根據統計承載力標準差大于15%時,采用極限承載力標準值折減系數的修正方法。實際操作中對樁數大于等于4根時,折減系數的計算比較繁瑣,且靜載檢測本身是通過小樣本來推斷總體。樣本容量愈小,可靠度愈低,而影響單樁承載力的因素復雜多變。當一批受檢樁中有一根樁承載力過低,若恰好不是偶然原因,則該驗收批一旦被接受,就會增加使用方的風險。因此規定級差超過平均值的30%時,首先應分析原因,結合工程實際綜合分析判別。例如一組5根試樁的承載力值依次為800、950、1000、1100、1150kN,平均值為1000kN,單樁承載力最低值和最高值的極差為350kN,超過平均值的30%,則不得將最低值800kN去掉將后面4個值取平均,或將最低和最高值都去掉取中間3個值的平均值,應查明是否出現樁的質量問題或場地條件變異;若低值承載力出現的原因并非偶然的施工質量造成,則按本例依次去掉高值后取平均,直至滿足極差不超過30%的條件。此外,對樁數小于或等于3根的柱下承臺、或試樁數量僅為2根時,應采用低值,以確保安全。對于僅通過少量試樁無法判明級差大的原因時,可增加試樁數量。
4.4.4 《建筑地基基礎設計規范》GB50007規定的單樁豎向抗壓承載力特征值是按單樁豎向抗壓極限承載力統計值除以安全系數2得到的,綜合反映了樁側、樁端極限阻力控制承載力特征值的低限要求。
4.4.5  本條規定了檢測報告中應包含的一些內容。避免檢測報告過于簡單,也有利于委托方、設計及檢測部門對報告的審查和分析。
 
5  單樁豎向抗拔靜載試驗

5.1  適 用 范 圍

5.1.1 單樁豎向抗拔靜載試驗是檢測單樁豎向抗拔承載力最直觀、可靠的方法。與本規范中抗壓靜載試驗一樣,拔樁試驗也是采用了國內外慣用的維持荷載法,并規定應采用慢速維持荷載法。
5.1.2 當需要檢測樁側抗拔極限摩阻力或了解樁底上拔量時,可按本規范附錄A中有關方法執行。
5.1.3 當為設計提供依據時,應加載到能判別單樁抗拔極限承載力為止,或加載到樁身材料強度控制值。在對工程樁抽樣驗收檢測時,可按設計要求控制最大上拔荷載,但應有足夠的安全儲備。

5.2  儀器設備及其安裝

5.2.1  本條的要求基本同第4.2.1條。因拔樁試驗時千斤頂安放在反力架上面,當采用二臺以上千斤頂加載時,應采取一定的安全措施,防止千斤頂傾倒或其他意外事故發生。
5.2.2  當采用天然地基作反力時,兩邊支座處的地基強度應相近,且兩邊支座與地面的接觸面積宜相同,避免加載過程中兩邊沉降不均造成試樁偏心受拉。為保證反力梁的穩定性,應注意反力樁頂面直徑(或邊長)不小于反力架的梁寬。
5.2.3~5.2.5  這三條基本參照本規范第4.2.3~4.2.5條執行,但應注意以下兩點:
1 樁頂上拔量測量平面必須在樁身位置,嚴禁在混凝土樁的受拉鋼筋上設置位移觀測點,避免因鋼筋變形導致上拔量觀測數據失實。
2 在采用天然地基提供支座反力時,拔樁試驗加載相當于給支座處地面加載。支座附近的地面也因此會出現不同程度的沉降。荷載越大,這種變形越明顯。為防止支座處地基沉降對基準梁的影響,一是應使基準樁與支座、試樁各自之間的間距滿足表4.2.5的規定,二是基準樁需打入試坑地面以下一定深度(一般不宜小于1m)。

5.3  現 場 檢 測

5.3.1  本條包含以下三個方面內容:
1 在拔樁試驗前,對混凝土灌注樁及有接頭的預制樁采用低應變法檢查樁身質量,目的是防止因試驗樁自身質量問題而影響抗拔試驗成果。
2 對抗拔試驗的鉆孔灌注樁在澆注混凝土前進行成孔檢測,目的是查明樁身有無明顯擴徑現象或出現擴大頭,因此類樁的抗拔承載力缺乏代表性。特別是擴大頭樁及樁身中下部有明顯擴徑的樁,其抗拔極限承載力遠遠高于長度和樁徑相同的非擴徑樁,且相同荷載下的上拔量也有明顯差別。
3 對有接頭的PHC、PTC和PC管樁應進行接頭抗拉強度驗算。對電焊接頭的管樁除驗算其主筋強度外,還要考慮主筋墩頭的折減系數以及管節端板偏心受拉時的強度及穩定性。墩頭折減系數可按有關規范取0.92,而端板強度的驗算則比較復雜,可按經驗取一個較為安全的系數。
5.3.2  本條規定拔樁試驗應采用慢速維持荷載法,其荷載分級、試驗方法及穩定標準均同第4.3.4條和4.3.6條有關規定。
5.3.3  本條規定出現所列四種情況之一時,可終止荷載。但若在較小荷載下出現某級荷載的樁頂上拔量大于前一級荷載下的5倍時,應綜合分析原因。若是試驗樁,必要時可繼續加載,因混凝土樁當樁身出現多條環向裂縫后,其樁頂位移會出現小的突變,而此時并非達到樁側土的極限抗拔力。

5.4  檢測數據分析與判定

5.4.1  拔樁試驗與壓樁試驗一樣,一般應繪制U-δ曲線和δ-lgt曲線,但當上述二種曲線難以判別時,也可以輔以δ-lgU曲線或lgU-lgδ曲線,以確定拐點位置。
5.4.2  本條前兩款確定的抗拔極限承載力是土的極限抗拔阻力與樁(包括樁向上運動所帶動的土體)的自重標準兩部分之和。第3款所指的“斷裂”,是因鋼筋強度不夠情況下的斷裂。如果因抗拔鋼筋受力不均勻,部分鋼筋因受力太大而斷裂時,應視為該樁試驗失效,并進行補充試驗。不能將鋼筋斷裂前一級荷載作為極限荷載。
5.4.4  工程樁驗收檢測時,混凝土樁抗拔承載力可能受抗裂或鋼筋強度制約,而土的抗拔阻力尚未發揮到極限,一般宜取最大荷載或取上拔量控制值對應的荷載作為極限荷載,不能輕易外推。
5.4.5  當按統計的試樁豎向抗拔極限承載力確定單樁豎向抗拔承載力特征值Ua時,安全系數取為2,顯然只與極限抗菌素拔承載力按土的極限抗拔阻隔力控制的情況對應。有關抗裂控制要求的解釋可參見表6.4.6~6.4.7條的條文說明。

6  單樁水平靜載試驗

6.1  適 用 范 圍

6.1.1樁的水平承載力靜載試驗除了樁頂自由的單樁試驗外,還有帶承臺樁的水平靜載試驗(考慮承臺的底面阻力和側面抗力,以便充分反映樁基在水平力作用下的實際工作狀況)、樁頂不能自由轉動的不同約束條件及樁頂施加垂直荷載等試驗方法,也有循環荷載的加載方法。這一切都可根據設計的特殊要求給予滿足,并參考本方法進行。
6.1.2樁的抗彎能力取決于樁和土的力學性能、樁的自由長度、抗彎剛度、樁寬、樁頂約束等因素。試驗條件應盡可能和實際工作條件接近,將各種影響降低到最小的程度,使試驗成果能盡量反映工程樁的實際情況。通常情況下,試驗條件很難做到和工程樁的情況完全一致,此時應通過試驗樁測得樁周土的地基反力特性,即地基土的水平抗力系數。它反映了樁在不同深度處樁側土抗力和水平位移之間的關系,可視為土的固有特性。根據實際工程樁的情況(如不同樁頂約束、不同自由長度),用它確定土抗力大小,進而計算單樁的水平承載力。因此通過試驗求得地基土的水平抗力系數具有更實際、更普遍的意義。

6.2  儀器設備及其安裝

6.2.3  水平力作用點位置高于基樁承臺底標高,試驗時在相對承臺底面處產生附加彎矩,影響測試結果,也不利于將試驗成果根據實際樁頂的約束予以修正。球形支座的作用是在試驗過程中,保持作用力的方向始終水平和通過樁軸線,不隨樁的傾斜或扭轉而改變。
6.2.6  為保證各測試斷面的應力最大值及相應彎矩的測量精度,試樁設置時應嚴格控制測點的縱剖面與力作用方向之間的偏差。對承受水平荷載的樁而言,樁的破壞是由于樁身彎矩引起的結構破壞。因此對中長樁而言,淺層土的性質起了重要作用,在這段范圍內的彎矩變化也最大。為找出最大彎矩及其位置,應加密測試斷面。

6.3  現 場 檢 測

6.3.1  單向多循環加載法,主要是為了模擬實際結構的受力形式。由于結構物承受的實際荷載異常復雜,所以當需考慮長期水平荷載作用影響時,宜采用第4章規定的慢速維持荷載法。由于單向多循環荷載的施加會給內力測試帶來不穩定因素,為方便測試,建議采用第4章規定的慢速或快速維持荷載法;此外水平試驗樁通常以結構破壞為主,為縮短試驗時間,也可采用更短時間的快速維持荷載法。例如《港口工程樁基規范》(樁的水平承載力設計)JTJ254-98規定每級荷載維持20min。
6.3.3  對抗彎性能較差的長樁或中長樁而言,承受水平承載力的樁的破壞特征是樁身強度破壞,即樁身發生折斷,此時試驗自然終止。本條對終止加荷的水平位移限制要求是根據《建筑樁基技術規范》提出的;在工程樁水平承載力驗收檢測中,終止加荷條件可按設計要求或規范規定的水平位移允許值控制。

6.4  檢測數據分析與判定

6.4.1  本條中的地基土水平土抗力系數隨深度增長的比例系數m值的計算公式僅適用于水平力作用點至試坑地面的樁自由長度為零時的情況。按樁、土相對剛度不同,水平荷載作用下的樁-體系有兩種工作狀態和破壞機理,一種是“剛性短樁”,因轉動或平移而破壞,相當于αh<2.5時的情況;另一種是工程中常見的“彈性長樁”,樁身產生撓曲變形,樁下段嵌固于土中不能轉動,即本條中αh≥4.0的情況。在2.5≤αh<4.0范圍內,稱為“有限長度的中長樁”?!督ㄖ痘夹g規范》對中長樁的νy變化給出了具體數值(見表3)。因此,在按式(6.4.1-1)計算m值時,應先試算αh值,以確定αh是否大于或等于4.0,若在2.5~4.0范圍以內,應調整νy值重新計算m值(有些行業標準不考慮)。當αh<2.5時,式(6.4.1-1)不適用。
                              樁頂水平位移系數νy                                                       表4
樁的換算埋深αh    4.0 3.5 3.0 2.8 2.6 2.4
樁頂自由或鉸接時的νy值   2.441   2.502   2.727   2.905   3.163   3.526
注:當αh>4.0時取αh=4.0。
    試驗得到的地基土水平抗力系數的比例系數m不是一個常量,而是隨地面水平位移及荷載而變化的曲線。
6.4.3  對于混凝土長樁或中長樁,隨著水平荷載的增加,樁側土體的塑性區自上而下逐漸開展擴大,最大彎矩斷面下移,最后形成樁身結構的破壞。所測水平臨界荷載Hcr即當樁身產生開裂時所對應的水平荷載。因為只有混凝土樁才會產生開裂,故只有混凝土樁才有臨界荷載。
6.4.4  單樁水平極限承載力是對應于樁身折斷或樁身鋼筋應力達到屈服時的前一級水平荷載。
6.4.6~6.4.7  單樁水平承載力特征值除與樁的材料強度、截面剛度、入土深度、土質條件、樁頂水平位移允許值有關外,還與樁頂邊界條件(嵌固情況和樁頂豎向荷載大?。┯嘘P。由于建筑工程的基樁樁頂嵌入承臺長度通常較短,其與承臺連接的實際約束條件介于固接與鉸接之間,這種連接相對于樁頂完全自由時可減少樁頂位移,相對于樁頂完全固接時可降低樁頂約束彎矩并重新分配樁身彎矩。如果樁頂完全固接,水平承載力按位移控制時,是樁頂自由時的2.60倍;對較低配筋率的灌注樁按樁身強度(開裂)控制時,由于樁頂彎矩的增加,水平臨界承載力是樁頂自由時的0.83倍。如果考慮樁頂豎向荷載作用,混凝土樁的水平承載力將會產生變化,樁頂荷載是壓力,其水平承載力增加,反之減小。
樁頂自由的單樁水平試驗得到的承載力和彎矩僅代表試樁條件的情況,要得到符合實際工程樁嵌固條件的受力特性,需將試樁結果轉化,而求得地基土水平抗力系數是實現這一轉化的關鍵??紤]到水平荷載-位移關系的非線性且m值隨荷載或位移增加而減小,有必要給出H-m和Y0-m曲線并按以下考慮確定m值:
1 可按設計給出的實際荷載或樁頂位移確定m。
2 設計未做具體規定的,可取6.4.6條或6.4.7條確定的水平承載力特征值對應的m值:對低配筋率灌注樁,水平承載力多由樁身強度控制,則應按試驗得到的H-m曲線取水平臨界荷載所對應的m值;對于高配筋率混凝土樁或鋼樁,水平承載力按允許位移控制時,可按設計要求的水平允許位移選取m值。
與豎向抗壓、抗拔樁不同,混凝土樁在水平荷載作用下的破壞模式一般為彎曲破壞,極限承載力由樁身強度控制。所以6.4.6條在確定單樁水平承載力特征值Ha時未采用按試樁水平極限承載力除以安全系數的方法,而按照樁身強度、開裂或允許位移等控制因素來確定Ha。不過,也正是因為水平承載樁的承載能力極限狀態主要受樁身強度制約,通過試驗給出極限承載力和極限彎矩對強度控制設計是非常必要的??沽岩蟛粌H涉及樁身強度,也涉及樁的耐久性。6.4.7條雖允許按設計要求的水平位移確定水平承載力,但根據《混凝土結構設計規范》GB50010,只有裂縫控制等級為三級的構件,才允許出現裂縫,且樁所處的環境類別至少是二級以上(含二級),裂縫寬度限值為0.2mm。因此,當裂縫控制等級為一、二級時,按6.4.7條確定的水平承載力特征值就不應超過水平臨界荷載。


 
7  鉆芯法

7.1  適 用 范 圍

7.1.1 鉆芯法是檢測鉆(沖)孔、人工挖孔等現澆混凝土灌注樁的成樁質量的一種有效手段,不受場地條件的限制,特別適用于大直徑混凝土灌注樁的成樁質量檢測。鉆芯法檢測的主要目的有四個:
1 檢測樁身混凝土質量情況,如樁身混凝土膠結狀況、有無氣孔、松散或斷樁等,樁身混凝土強度是否符合設計要求。
2 樁底沉渣是否符合設計或規范的要求。
3 樁底持力層的巖土性狀(強度)和厚度是否符合設計或規范要求。
4 施工記錄樁長是否真實。
受檢樁長徑比較大時,成孔的垂直度和鉆芯孔的垂直度很難控制,鉆芯孔容易偏離樁身,故要求受檢樁樁徑不宜小于800mm、長徑比不宜大于30。

7.2  設  備

7.2.1~7.2.3  應采用帶有產品合格證的鉆芯設備。鉆機宜采用機械巖芯鉆探的液壓鉆機,并配有相應的鉆塔和牢固的底座,機械技術性能良好,不得使用立軸曠動過大的鉆機。
孔口管、扶正穩定器(又稱導向器)及可撈取松軟渣樣的鉆具應根據需要選用。樁較長時,應使用扶正穩定器確保鉆芯孔的垂直度。
目前鉆芯取樣方法分三大類:鋼粒鉆進、硬質合金鉆進和金剛石鉆進。鋼粒鉆進能通過堅硬巖石,但鉆頭與切削具是分開的,破碎孔底環狀面積大、芯樣直徑小、芯樣易破碎、磨損大、采取率低,不適用于基樁鉆芯法檢測。硬質合金鉆進雖然切削具破壞巖石比較平穩、破碎孔底環狀間隙相對較小、孔壁與鉆具間隙小、芯樣直徑大、采取率較好,但是硬質合金鉆只適用于小于七級的巖石(巖石有十二級分類),不適用于基樁鉆芯法檢測。金剛石鉆頭切削刀細、破碎巖石平穩、鉆具孔壁間隙小、破碎孔底環狀面積小、且由于金剛石較硬、研磨性較強,高速鉆進時、芯樣受鉆具磨損時間短,容易獲得比較真實的芯樣,是取得第一手真實資料的好辦法,因此鉆芯法檢測應采用金剛石鉆進。
芯樣試件直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍,在任何情況下不得小于骨料最大粒徑的2倍,否則試件強度的離散性較大。目前,鉆頭外徑有76mm、91mm、101mm、110mm、130mm幾種規格,從經濟合理的角度綜合考慮,應選用外徑為101mm和110mm的鉆頭;當受檢樁采用商品混凝土、骨料最大粒徑小于30mm時,可選用外徑為91mm的鉆頭;如果不檢測混凝土強度,可選用外徑為76mm的鉆頭。

7.3  現 場 檢 測

7.3.1  當鉆芯孔為一個時,規定宜在距樁中心10~15cm的位置開孔,是考慮導管附近的混凝土質量相對較差、不具有代表性;同時也方便第二個孔的位置布置。
為準確確定樁的中心點,樁頭宜開挖裸露;來不及開挖或不便開挖的樁,應由經緯儀測出樁位中心。
樁端持力層巖土性狀的準確判斷直接關系到受檢樁的使用安全?!督ㄖ鼗A設計規范》GB50007規定:嵌巖灌注樁要求按端承樁設計,樁端以下三倍樁徑范圍內無軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞隙分布,在樁底應力擴散范圍內無巖體臨空面。雖然施工前已進行巖土工程勘察,但有時鉆孔數量有限,對較復雜的地質條件,很難全面弄清巖石、土層的分布情況。因此,應對樁底持力層進行足夠深度的鉆探。
7.3.2~7.3.5  鉆芯設備應精心安裝、認真檢查。鉆進過程中應經常對鉆機立軸進行校正,及時糾正立軸偏差,確保鉆芯過程不發生傾斜、移位。設備安裝后,應進行試運轉,在確認正常后方能開鉆。
樁頂面與鉆機塔座距離大于2m時,宜安裝孔口管。開孔宜采用合金鉆頭、開孔深為0.3~0.5m后安裝孔口管,孔口管下入時應嚴格測量垂直度,然后固定。
當出現鉆芯孔與樁體偏離時,應立即停機記錄,分析原因。當有爭議時,可進行鉆孔測斜,以判斷是受檢樁傾斜超過規范要求還是鉆芯孔傾斜超過規定要求。
金剛石鉆頭、擴孔器與卡簧的配合和使用要求:金剛石鉆頭與巖芯管之間必須安有擴孔器,用以修正孔壁;擴孔器外徑應比鉆頭外徑大0.3~0.5mm,卡簧內徑應比鉆頭內徑小0.3mm左右;金剛石鉆頭和擴孔器應按外徑先大后小的排列順序使用,同時考慮鉆頭內徑小的先用,內徑大的后用。
金剛石鉆進技術參數:
1  鉆頭壓力:鉆芯法的鉆頭壓力應根據混凝土芯樣的強度與膠結好壞而定,膠結好、強度高的鉆頭壓力可大,相反的壓力應??;一般情況初壓力為0.2MPa,正常壓力1MPa。
2  轉速:回次初轉速宜為100r/min左右,正常鉆進時可以采用高轉速,但芯樣膠結強度低的混凝土應采用低轉速。
3  沖洗液量:鉆芯法宜采用清水鉆進,沖洗液量一般按鉆頭大小而定。鉆頭直徑為101mm時,其沖洗液流量應為60~120L/min。
金剛石鉆進應注意的事項:
1  金剛石鉆進前,應將孔底硬質合金撈取干凈并磨滅,然后磨平孔底。
2  提鉆卸取芯樣時,應使用專門的自由鉗擰卸鉆頭和擴孔器。
3  提放鉆具時,鉆頭不得在地下拖拉;下鉆時金剛石鉆頭不得碰撞孔口或孔口管上;發生墩鉆或跑鉆事故,應提鉆檢查鉆頭,不得盲目鉆進。
4  當孔內有掉塊、混凝土芯脫落或殘留混凝土芯超過200mm時,不得使用新金剛石鉆頭掃孔,應使用舊的金剛石鉆頭或針狀合金鉆頭套掃。
5  下鉆前金剛石鉆頭不得下至孔底,應下至距孔底200mm處,采用輕壓慢轉掃到孔底,待鉆進正常后再逐步增加壓力和轉速至正常范圍。
6  正常鉆進時不得隨意提動鉆具,以防止混凝土芯堵塞,發現混凝土芯堵塞時應立刻提鉆,不得繼續鉆進。
7  鉆進過程中要隨時觀察沖洗液量和泵壓的變化,正常泵壓應為0.5~1MPa,發現異常應查明原因,立即處理。
7.3.6鉆至樁底時,為檢測樁底沉渣或虛土厚度,應采用減壓、慢速鉆進,若遇鉆具突降,應即停鉆,及時測量機上余尺,準確記錄孔深及有關情況。
當持力層為中、微風化巖石時,可將樁底0.5m左右的混凝土芯樣、0.5m左右的持力層以及沉渣納入同一回次。當持力層為強風化巖層或土層時,可采用合金鋼鉆頭干鉆等適宜的鉆芯方法和工藝鉆取沉渣并測定沉渣厚度。
對中、微風化巖的樁底持力層,可直接鉆取巖芯鑒別;對強風化巖層或土層,可采用動力觸探、標準貫入試驗等方法鑒別。試驗宜在距樁底50cm內進行。
7.3.7芯樣取出后,應由上而下按回次順序放進芯樣箱中,芯樣側面上應清晰標明回次數、塊號、本回次總塊數(宜寫成帶分數的形式,如 表示第2回次共有5塊芯樣,本塊芯樣為第3塊)。及時記錄孔號、回次數、起至深度、塊數、總塊數、芯樣質量的初步描述及鉆進異常情況。
條件許可時,可采用鉆孔電視輔助判斷混凝土質量。
7.3.8對樁身混凝土芯樣的描述包括混凝土鉆進深度,芯樣連續性、完整性、膠結情況、表面光滑情況、斷口吻合程度、混凝土芯是否為柱狀、骨料大小分布情況,氣孔、蜂窩麻面、溝槽、破碎、夾泥、松散的情況,以及取樣編號和取樣位置。
對持力層的描述包括持力層鉆進深度,巖土名稱、芯樣顏色、結構構造、裂隙發育程度、堅硬及風化程度,以及取樣編號和取樣位置,或動力觸探、標準貫入試驗位置和結果。分層巖層應分別描述。
7.3.9  應先拍彩色照片,后截取芯樣試件。取樣完畢剩余的芯樣宜移交委托單位妥善保存。

7.4  芯樣試件截取與加工

7.4.1 以概率論為基礎、用可靠性指標度量樁基的可靠度是比較科學的評價基樁強度的方法,即在鉆芯法受檢樁的芯樣中截取一批芯樣試件進行抗壓強度試驗,采用統計的方法判斷混凝土強度是否滿足設計要求。但在應用上存在以下一些困難:
1 由于基樁施工的特殊性,評價單根受檢樁的混凝土強度比評價整個樁基工程的混凝土強度更合理。
2 《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ107-87定義立方體抗壓強度標準值采用了概率論和可靠度概念,但是在該標準第4.1.3條中判斷一個驗收批的混凝土強度是否合格時采用了兩個不等式:
mfcu–λ1?sfcu ≥0.9 fcu,k                                                         (1)
f ccu,min ≥λ2 ?fcu,k                                        (2)
如果說第一個不等式沿用了概率論和可靠度概念,那么,第二個不等式是考慮評定對象是結構受力構件,不允許出現過低的小值。同時,該標準指出一組試件的強度代表值應由三個試件的強度值確定,而鉆芯法增加3倍的芯樣試件數量有困難。
3 混凝土樁應作為受力構件考慮,薄弱部位的強度(結構承載能力)能否滿足使用要求,直接關系到結構安全。
綜合多種因素考慮,規定按上、中、下截取芯樣試件的原則,同時對缺陷和多孔取樣作了規定。
一般來說,蜂窩麻面、溝槽等缺陷部位的強度較正常膠結的混凝土芯樣強度低,無論是嚴把質量關,盡可能查明質量隱患,還是便于設計人員進行結構承載力驗算,都有必要對缺陷部位的芯樣進行取樣試驗。因此,缺陷位置能取樣試驗時,本條明確規定應截取一組芯樣進行混凝土抗壓試驗。
如果同一基樁的鉆芯孔數大于一個,其中一孔在某深度存在蜂窩麻面、溝槽、空洞等缺陷,芯樣試件強度可能不滿足設計要求,按第7.6.1條的多孔強度計算原則,在其他孔的相同深度部位取樣進行抗壓試驗是非常必要的,在保證結構承載能力的前提下,減少加固處理費用。
7.4.2 為便于設計人員對端承力的驗算,提供分層巖性的各層強度值是必要的。為保證巖石原始性狀,選取的巖石芯樣應及時包裝并浸泡在水中。
7.4.3 對于基樁混凝土芯樣來說,芯樣試件可選擇的余地較大,因此,不僅要求芯樣試件不能有裂縫或有其他較大缺陷,而且要求芯樣試件內不能含有鋼筋;同時,為了避免試件強度的離散性較大,在選取芯樣試件時,應觀察芯樣側面的表觀混凝土粗骨料粒徑,確保芯樣試件平均直徑小于2倍表觀混凝土粗骨料最大粒徑。
為了避免再對芯樣試件高徑比進行修正,規定有效芯樣試件的高度不得小于0.95d且不得大于1.05d時(d為芯樣試件平均直徑)。
附錄E規定平均直徑測量精確至0.5mm;沿試件高度任一直徑與平均直徑相差達2mm以上時不得用作抗壓強度試驗。這里作以下幾點說明:
1  一方面要求直徑測量精確小于1mm,另一方面允許不同高度處的直徑相差大于1mm,增大了芯樣試件強度的不確定度??紤]到鉆芯過程對芯樣直徑的影響是強度低的地方直徑偏小,而抗壓試驗時直徑偏小的地方容易破壞,因此,在測量芯樣平均直徑時宜選擇表觀直徑偏小的芯樣中部部位。
2  允許沿試件高度任一直徑與平均直徑相差達2mm,極端情況下,芯樣試件的最大直徑與最小直徑相差可達4 mm,此時固然滿足規范規定,但是,當芯樣側面有明顯波浪狀時,應檢查鉆機的性能,鉆頭、擴孔器、卡簧是否合理配置,機座是否安裝穩固,鉆機立軸是否擺動過大,提高鉆機操作人員的技術水平。
3  在諸多因素中,芯樣試件端面的平整度是一個重要的因素,也是容易被檢測人員忽視的因素,應引起足夠的重視。

7.5  芯樣試件抗壓強度試驗

7.5.1 根據樁的工作環境狀態,試件宜在20±5℃的清水中浸泡一段時間后進行抗壓強度試驗。本條規定芯樣試件加工完畢后,即可進行抗壓強度試驗,一方面考慮到鉆芯過程中諸因素影響均使芯樣試件強度降低,另一方面是出于方便考慮。
7.5.2 芯樣試件抗壓破壞時的最大壓力值與混凝土標準試件明顯不同,芯樣試件抗壓強度試驗時應合理選擇壓力機的量程和加荷速率,保證試驗精度。
7.5.3 當出現截取芯樣未能制作成試件、芯樣試件平均直徑小于2倍試件內混凝土粗骨料最大粒徑時,應重新截取芯樣試件進行抗壓強度試驗。條件不具備時,可將另外兩個強度的平均值作為該組混凝土芯樣試件抗壓強度值。在報告中應對有關情況予以說明。
7.5.4 混凝土芯樣試件的強度值不等于在施工現場取樣、成型、同條件養護試塊的抗壓強度,也不等于標準養護28天的試塊抗壓強度。廣東有137組數據表明在樁身混凝土中的鉆芯強度與立方體強度的比值的統計平均值為0.749。為考察小芯樣取芯的離散性(如尺寸效應、機械擾動等),廣東、福建、河南等地6家單位在標準立方體試塊中鉆取芯樣進行抗壓強度試驗(強度等級C15~C50,芯樣直徑68~100mm,共184組),目的是排除齡期、振搗和養護條件的差異,但結果表明:芯樣試件強度與立方體強度的比值分別為0.689、0.848、0.895、0.915、1.106、1.106,平均為0.943,其中有兩單位得出了Φ68、Φ80芯樣強度與Φ100芯樣強度相比均接近于1.0的結論。當排除齡期和養護條件(溫度、濕度)差異時,盡管普遍認同芯樣強度低于立方體強度,尤其是在樁身混凝土中鉆芯更是如此,但上述結果說明:尚不能采用一個統一的折算系數來反映芯樣強度與立方體強度的差異。作為行業標準,為了安全起見,本規范暫不推薦采用1/0.88(國內一些地方標準采用的折算系數)對芯樣強度進行提高修正,留待各地根據試驗結果進行調整。
7.5.5  巖石芯樣試件數量按本規范7.4.3條每組芯樣制作三個芯樣抗壓試件的規定。當巖石芯樣抗壓強度試驗僅僅是配合判斷樁底持力層巖性時,檢測報告中可不給出巖石飽和單軸抗壓強度標準值,只給出平均值;當需要確定巖石飽和單軸抗壓強度標準值時,宜按《建筑地基基礎設計規范》GB50007附錄J執行。

7.6  檢測數據分析與判定

7.6.1 由于混凝土芯樣試件抗壓強度的離散性比混凝土標準試件大得多,采用《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ107來計算混凝土芯樣試件抗壓強度代表值有時會出現無法確定代表值的情況。為了避免這種情況,對數千組數據進行驗算,證實取平均值的方法是可行的。
同一根樁有兩個或兩個以上鉆芯孔時,應綜合考慮各孔芯樣強度來評定樁身承載力。取同一深度部位各孔芯樣試件抗壓強度的平均值作為該深度的混凝土芯樣試件抗壓強度代表值,是一種簡便實用方法。
7.6.2 雖然樁身軸力上大下小,但從設計角度考慮,樁身承載力受最薄弱部位的混凝土強度控制。
7.6.3 樁底持力層巖土性狀的描述、判定應有工程地質專業人員參與,并應符合《巖土工程勘察規范》GB50021的有關規定。
7.6.4~7.6.5  通過芯樣特征對樁身完整性分類,有比低應變法更直觀的一面,也有一孔之見代表性差的一面。同一根樁有兩個或兩個以上鉆芯孔時,樁身完整性分類應綜合考慮各鉆芯孔的芯樣質量情況。不同鉆芯孔的芯樣在同一深度部位均存在缺陷時,該位置存在安全隱患的可能性大,樁身缺陷類別應判重些。
在本規范中,雖然按芯樣特征判定完整性和通過芯樣試件抗壓試驗判定樁身強度是否滿足設計要求在內容上相對獨立,且表3.5.1中的樁身完整性分類是針對缺陷是否影響結構承載力而做出的原則性規定。但是,除樁身裂隙外,根據芯樣特征描述,不論缺陷屬于哪種類型,都指明或相對表明樁身混凝土質量差,即存在低強度區這一共性。因此對于鉆芯法,完整性分類尚應結合芯樣強度值綜合判定。例如:
1  蜂窩麻面、溝槽、空洞等缺陷程度應根據其芯樣強度試驗結果判斷。若無法取樣或不能加工成試件,缺陷程度應判重些。
2  芯樣連續、完整、膠結好或較好、骨料分布均勻或基本均勻、斷口吻合或基本吻合;芯樣側面無表觀缺陷,或雖有氣孔、蜂窩麻面、溝槽,但能夠截取芯樣制作成試件;芯樣試件抗壓強度代表值不小于混凝土設計強度等級;則判定基樁的混凝土質量滿足設計要求。
3  芯樣任一段松散、夾泥或分層,鉆進困難甚至無法鉆進,則判定基樁的混凝土質量不滿足設計要求;若僅在一個孔中出現前述缺陷,而在其他孔同身度部位未出現,為確保質量,仍應進行工程處理。
4  局部混凝土破碎、無法取樣或雖能取樣但無法加工成試件,一般判定為Ⅲ類樁。但是,當鉆芯孔數為3個時,若同一深度部位芯樣質量均如此,宜判為Ⅳ類樁;如果僅一孔的芯樣質量如此,且長度小于10cm,另兩孔同深度部位的芯樣試件抗壓強度較高,宜判為Ⅱ類樁。
除樁身完整性和芯樣試件抗壓強度代表值外,當設計有要求時,應判斷樁底的沉渣厚度、持力層巖土性狀(強度)或厚度是否滿足或達到設計要求;否則,應判斷是否滿足或達到規范要求。
 
 
8  低應變法

8.1  適 用 范 圍

8.1.1 目前國內外普遍采用瞬態沖擊方式,通過實測樁頂加速度或速度響應時域曲線,籍一維波動理論分析來判定基樁的樁身完整性,這種方法稱之為反射波法(或瞬態時域分析法)。據建設部所發工程樁動測單位資質證書的數量統計,絕大多數的單位采用上述方法,所用動測儀器一般都具有傅立葉變換功能,即通過速度幅頻曲線輔助分析判定樁身完整性,即所謂瞬態頻域分析法;也有些動測儀器還具備實測錘擊力并對其進行傅立葉變換的功能,進而得到導納曲線,這稱之為瞬態機械阻抗法。當然,采用穩態激振方式直接測得導納曲線,則稱之為穩態機械阻抗法。無論瞬態激振的時域分析還是瞬態或穩態激振的頻域分析,只是習慣上從波動理論或振動理論兩個不同角度去分析,數學上忽略截斷和泄漏誤差時,時域信號和頻域信號可通過傅立葉變換建立對應關系。所以,當樁的邊界和初始條件相同時,時域和頻域分析結果應殊途同歸。綜上所述,考慮到目前國內外使用方法的普遍程度和可操作性,本規范將上述方法合并編寫并統稱為低應變(動測)法。
本方法的理論依據是建立在一維線彈性桿件模型基礎上,因此受檢樁的長細比、瞬態激勵脈沖有效高頻分量的波長與樁的橫向尺寸之比均宜大于5,設計樁身截面宜基本規則。另外,一維理論要求應力波在樁身中傳播時平截面假設成立,所以,對薄壁鋼管樁和類似于H型鋼樁的異型樁,本方法不適用。
本方法對樁身缺陷程度只作定性判定,盡管利用實測曲線擬合法分析能給出定量的結果,但由于樁的尺寸效應、測試系統的幅頻相頻響應、高頻波的彌散、濾波等造成的實測波形畸變,以及樁側土阻尼、土阻力和樁身阻尼的耦合影響,曲線擬合法還不能達到精確定量的程度。
對于樁身不同類型的缺陷,低應變測試信號中主要反映出樁身阻抗減小的信息,缺陷性質往往較難區分。例如,混凝土灌注樁出現的縮頸與局部松散、夾泥、空洞等,只憑測試信號就很難區分。因此,對缺陷類型進行判定,應結合地質、施工情況綜合分析,或采取鉆芯、聲波透射等其他方法。
8.1.2 由于受樁周土約束、激振能量、樁身材料阻尼和樁身截面阻抗變化等因素的影響,應力波從樁頂傳至樁底再從樁底反射回樁頂的傳播為一能量和幅值逐漸衰減過程。若樁過長(或長徑比較大)或樁身截面阻抗多變或變幅較大,往往應力波尚未反射回樁頂甚至尚未傳到樁底,其能量已完全衰減或提前反射,致使儀器測不到樁底反射信號,而無法對整根樁的完整性做出評定。在我國,若排除其他條件差異而只考慮各地區地質條件差異時,樁的有效檢測長度主要受樁土剛度比大小的制約。因各地提出的有效檢測范圍變化很大,如長徑比30~50、樁長30~50m不等,故本條未規定有效檢測長度的控制范圍。具體工程的有效檢測樁長,應通過現場試驗,依據能否識別樁底反射信號,確定該方法是否適用。
對于最大有效檢測深度小于實際樁長的超長樁檢測,盡管測不到樁底反射信號,但若有效檢測長度范圍內存在缺陷,則實測信號中必有缺陷反射信號。因此,低應變方法仍可用于查明有效檢測長度范圍是否存在缺陷。

8.2  儀 器 設 備

8.2.1  低應變動力檢測采用的測量響應傳感器主要是壓電式加速度傳感器(國內多數廠家生產的儀器尚能兼容磁電式速度傳感器測試),根據其結構特點和動態性能,當壓電式傳感器的可用上限頻率在其安裝諧振頻率的1/5以下時,可保證很高的沖擊測量精度,且在此范圍內,相位誤差完全可以忽略。所以應盡量選用自振頻率較高的加速度傳感器。
對于樁頂瞬態響應測量,習慣上是將加速度計的實測信號積分成速度曲線,并據此進行判讀。實踐表明:除采用小錘硬碰硬敲擊外,速度信號中的有效高頻成分一般在2000Hz以內。但這并不等于說,加速度計的頻響線性段達到2000Hz就足夠了。這是因為,加速度原始信號比積分后的速度波形中要包含更多和更尖的毛刺,高頻尖峰毛刺的寬窄和多寡決定了它們在頻譜上占據的頻帶寬窄和能量大小。事實上,對加速度信號的積分相當于低通濾波,這種濾波作用對尖峰毛刺特別明顯。當加速度計的頻響線性段較窄時,就會造成信號失真。所以,在±10%幅頻誤差內,加速度計幅頻線性段的高限不應小于5000Hz,同時也應避免在樁頂敲擊處表面凹凸不平時用硬質材料錘(或不加錘墊)直接敲擊。
磁電式速度傳感器固有頻率為20Hz時,幅頻線性范圍(誤差±10%時)約在20~1000Hz內,若要拓寬使用頻帶,理論上可通過提高阻尼比來實現,但從傳感器的結構設計、制作以及可用性看卻又難于做到。因此,若要提高高頻測量上限,必須提高固有頻率,勢必造成低頻段幅頻特性惡化,反之亦然。同時,速度傳感器在固有頻率附近使用,還存在因相位越遷引起的相頻非線性問題。此外,由于速度傳感器的體積和質量均較大,其安裝諧振頻率受安裝條件影響很大,安裝不良時會大幅下降并產生自身振蕩,雖然可通過低通濾波將自振信號濾除,但在安裝諧振頻率附近的有用信息也將隨之濾除。綜上述,高頻窄脈沖沖擊響應測量不宜使用速度傳感器。
8.2.2  瞬態激振操作應通過現場試驗選擇不同材質的錘頭或錘墊,以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖。除大直徑樁外,沖擊脈沖中的有效高頻分量可選擇不超過2000Hz(鐘形力脈沖寬度為1ms,對應的高頻截止分量約為2000Hz)。目前激振設備普遍使用的是力錘、力棒,其錘頭或錘墊多選用工程塑料、高強尼龍、鋁、銅、鐵、橡皮墊等材料,錘的質量為零點幾千克至幾十千克不等。
穩態激振設備可包括掃頻信號發生器、功率放大器及電磁式激振器。由掃頻信號發生器輸出等幅值、頻率可調的正弦信號,通過功率放大器放大至電磁激振器輸出同頻率正弦激振力作用于樁頂。

8.3  現 場 檢 測

8.3.1 樁頂條件和樁頭處理好壞直接影響測試信號的質量。因此,要求受檢樁樁頂的混凝土質量、截面尺寸應與樁身設計條件基本等同。灌注樁應鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分,并露出堅硬的混凝土表面;樁頂表面應平整干凈且無積水;妨礙正常測試的樁頂外露主筋應割掉。對于預應力管樁,當法蘭盤與樁身混凝土之間結合緊密時,可不進行處理,否則,應采用電鋸將樁頭鋸平。
當樁頭與承臺或墊層相連時,相當于樁頭處存在很大的截面阻抗變化,對測試信號會產生影響。因此,測試時樁頭不得與混凝土承臺或墊層相連,而應將其與樁側斷開。
8.3.2 從時域波形中找到樁底反射位置,僅僅是確定了樁底反射的時間,根據ΔT =2L/c,只有已知樁長L才能計算波速c,或已知波速c計算樁長L。因此,樁長參數的設定應為實際施工樁長或測點至樁底的距離。測試前樁身波速可根據本地區同類樁型的測試值初步設定,實際分析過程中應按由樁長計算的波速重新設定或按8.4.1條確定的波速平均值cm設定。
對于時域信號,采樣頻率越高,則采集的數字信號越接近模擬信號,越有利于缺陷位置的準確判斷,一般應在保證測得完整信號(時段2L/c+5ms,1024個采樣點)的前提下,選用較高的采樣頻率或較小的采樣時間間隔。但是,若要兼顧頻域分辨率,則應按采樣定理適當降低采樣頻率或增加采樣點數。
穩態激振是按一定頻率間隔逐個頻率激振,并持續一段時間。頻率間隔的選擇決定于速度幅頻曲線和導納曲線的頻率分辨率,它影響樁身缺陷位置的判定精度;間隔越小,精度越高,但檢測時間很長,降低工作效率。一般頻率間隔設置為3Hz、5Hz和10Hz。每一頻率下激振持續時間的選擇,理論上越長越好,這樣有利于消除信號中的隨機噪聲。實際測試過程中,為提高工作效率,只要保證獲得穩定的激振力和響應信號即可。
8.3.3 本條是為保證獲得高質量響應信號而提出的措施:
1  傳感器用耦合劑粘結時,粘結層應盡可能??;必要時可采用沖擊鉆打孔安裝方式,但傳感器安裝面應與樁頂面緊密接觸。
2  相對樁頂橫截面尺寸而言,激振點處為集中力作用,不可避免地產生表面波和橫波的干擾(當錘擊脈沖變窄或樁徑增加時,這種由三維尺寸效應引起的干擾加?。?。傳感器安裝點與激振點距離和位置不同,所受干擾的程度也不同;對混凝土實心樁,當檢測點位于距樁中心約2/3半徑R時,所受干擾相對較??;對空心樁,當檢測點與激振點平面夾角約為90°時也有類似效果。另應注意增加安裝點與激振點距離或平面夾角將增大錘擊信號與響應信號的時間差,造成波速或缺陷定位誤差。測振傳感器安裝點、錘擊點布置示意如圖1。
當預制樁、預應力管樁等樁頂高于地面很多,或灌注樁樁頂部分樁身截面很不規則,或樁頂與承臺等其他結構相連而不具備傳感器安裝條件時,可將測量響應傳感器安裝在樁頂以下的樁側表面,且宜遠離樁頂。
圖1  傳感器安裝點、錘擊點布置示意圖
3  激振點與傳感器安裝點應遠離鋼筋籠的主筋,其目的是減少外露主筋對測試產生干擾信號。若外露主筋過長而影響正常測試時,應將其割短。
4  瞬態激振通過改變錘的重量及錘頭材料,可改變沖擊入射波的脈沖寬度及頻率成分。錘頭質量較大或剛度較小時,沖擊入射波脈沖較寬,低頻成分為主;當沖擊力大小相同時,其能量較大,應力波衰減較慢,適合于獲得長樁樁底信號或下部缺陷的識別。錘頭較輕或剛度較大時,沖擊入射波脈沖較窄,含高頻成分較多;沖擊力大小相同時,雖其能量較小并加劇大直徑樁的尺寸效應影響,但較適宜于樁身淺部缺陷的識別及定位。
5  穩態激振在每個設定的頻率下激振時,為避免頻率變換過程產生失真信號,應具有足夠的穩定激振時間,以獲得穩定的激振力和響應信號,并根據樁徑、樁長及樁周土約束情況調整激振力。穩態激振器的安裝方式及好壞對測試結果起著很大的作用。為保證激振系統本身在測試頻率范圍內不至于出現諧振,激振器的安裝宜采用柔性懸掛裝置,同時在測試過程中應避免激振器出現橫向振動。
8.3.4 樁徑增大時,樁截面各部位的運動不均勻性也會增加,樁淺部的阻抗變化往往表現出明顯的方向性。故應增加檢測點數量,使檢測結果能全面反映樁身結構完整性情況。每個檢測點有效信號數不宜少于3個,并進行疊加平均提高信噪比。
應合理選擇測試系統量程范圍,特別是傳感器的量程范圍,避免信號波峰削波。

8.4  檢測數據分析與判定

8.4.1 為分析不同時段或頻段信號所反映的樁身阻抗信息、核驗樁底信號并確定樁身缺陷位置,需要確定樁身波速及其平均值cm。波速除與樁身混凝土強度有關外,還與混凝土的骨料品種、粒徑級配、密度、水灰比、成樁工藝(導管灌注、振搗、離心)等因素有關。波速與樁身混凝土強度整體趨勢上呈正相關關系,即強度高波速高,但二者并不為一一對應關系。在影響混凝土波速的諸多因素中,強度對波速的影響并非首位。中國建筑科學研究院的試驗資料表明:采用普硅水泥,粗骨料相同,不同試配強度及齡期強度相差1倍時,聲速變化僅為10%左右;根據遼寧省建設科學研究院的試驗結果:采用礦渣水泥,28天強度為3天強度的4~5倍,一維波速增加20%~30%;分別采用碎石和卵石并按相同強度等級試配,發現以碎石為粗骨料的混凝土一維波速比卵石高約13%。天津市政研究院也得到類似遼寧院的規律,但有一定離散性,即同一組(粗骨料相同)混凝土試配強度不同的桿件或試塊,同齡期強度低約10%~15%,但波速或聲速略有提高。也有資料報導正好相反,例如福建省建筑科學研究院的試驗資料表明:采用普硅水泥,按相同強度等級試配,骨料為卵石的混凝土聲速略高于骨料為碎石的混凝土聲速。因此,不能依據波速去評定混凝土強度等級,反之亦然。
雖然波速與混凝土強度二者并不呈一一對應關系,但考慮到二者整體趨勢上呈正相關關系,且強度等級是現場最易得到的參考數據,故對于超長樁或無法明確找出樁底反射信號的樁,可根據本地區經驗并結合混凝土強度等級,綜合確定波速平均值,或利用成樁工藝、樁型相同且樁長相對較短并能夠找出樁底反射信號的樁確定的波速,作為波速平均值。此外,當某根樁露出地面且具備一定的高度時,可沿樁長方向間隔一可測量的距離安置兩個測振傳感器,通過測量兩個傳感器的響應時差,計算該樁段的波速值,以該值代表整根樁的波速值。
8.4.2 本方法確定樁身缺陷的位置是有誤差的,原因是:缺陷位置處Δtx和Δf ′存在讀數誤差;采樣點數不變時,提高采樣頻率降低了頻域分辨率;波速確定的方式及用抽樣所得平均值cm替代某具體樁身段波速帶來的誤差。其中,波速帶來的缺陷位置誤差Δx = x?Δc/c(Δc/c為波速相對誤差)影響最大,如波速相對誤差為5%,缺陷位置為10m時,則誤差有0.5m;缺陷位置為20m時,則誤差有1.0m。
對瞬態激振還存在另一種誤差,即錘擊后應力波主要以縱波形式直接沿樁身向下傳播,同時在樁頂又主要以表面波和剪切波的形式沿徑向傳播。因錘擊點與傳感器安裝點有一定的距離,接收點測到的入射峰總比錘擊點處滯后,考慮到表面波或剪切波的傳播速度比縱波低得多,特別是大直徑樁時,這種滯后從錘擊點起由近及遠的時間線性滯后將明顯增加。而波從缺陷或樁底以一維平面應力波反射回樁頂時,引起的樁頂面徑向各點的質點運動卻在同一時刻都是相同的,即不存在由近及遠的時間滯后問題。所以嚴格地講,按入射峰-樁底反射峰確定的波速將比實際的高,若按“正確”的樁身波速確定缺陷位置將比實際的淺,若能測到4L/c的二次樁底反射,則由2L/c時段確定的波速是正確的。
8.4.3 表8.4.3列出了根據實測時域或幅頻信號特征、所劃分的樁身完整性類別。完整樁典型的時域信號和速度幅頻信號見圖2和圖3,缺陷樁典型的時域信號和速度幅頻信號見圖4和圖5。
 
圖2  完整樁典型時域信號特征
 
圖3 完整樁典型速度幅頻信號特征
 
圖4  缺陷樁典型時域信號特征
 
圖5  缺陷樁典型速度幅頻信號特征
完整樁分析判定,從時域信號或頻域曲線特征表現的信息判定相對來說較簡單直觀,而分析缺陷樁信號則復雜些,有的信號的確是因施工質量缺陷產生的,但也有是因設計構造或成樁工藝本身局限導致的不連續斷面產生的,例如預制打入樁的接縫,灌注樁的逐漸擴徑再縮回原樁徑的變截面,地層硬夾層影響等。因此,在分析測試信號時,應仔細分清哪些是缺陷波或缺陷諧振峰,哪些是因樁身構造、成樁工藝、土層影響造成的類似缺陷信號特征。另外,根據測試信號幅值大小判定缺陷程度,除受缺陷本身大小影響外,還受樁周土阻尼大小及缺陷所處的深度位置影響。相同程度的缺陷因樁周土巖性不同或缺陷埋深不同,在測試信號中其幅值大小各異。因此,如何正確判定缺陷程度,特別是缺陷十分明顯時,如何區分是Ⅲ類樁還是Ⅳ類樁,應仔細對照設計樁型、地質條件、施工情況進行綜合分析判斷;不僅如此,還應結合基礎和上部結構型式對樁的承載安全性要求,考慮樁身承載力不足引發樁身結構破壞的可能性,進行缺陷類別劃分,不宜單憑測試信號定論。
樁身缺陷的程度及位置,除直接從時域信號或幅頻曲線上直接判定外,還可借助其他計算方式及相關測試量作為輔助的分析手段:
1  時域信號曲線擬合法:將樁劃分為若干單元,以實測或模擬的力信號作為已知條件,設定并調整樁身阻抗及土參數,通過一維波動方程數值計算,計算出速度時域波形并與實測的波形進行反復比較,直到兩者吻合程度達到滿意為止,從而得出樁身阻抗的變化位置及變化量大小。該計算方法類似于高應變的曲線擬合法。
    2  利用速度幅頻曲線或導納曲線中基頻位置、實測導納值與計算導納值相對高低、實測動剛度的相對高低。此外,還可對速度幅頻信號曲線二次譜分析。
    圖6為完整樁的導納曲線。計算導納值Nc、實測導納值Nm和動剛度Kd分別按下列公式計算:
導納理論計算值:                                   (3)
實測導納幾何平均值:                            (4)
    動剛度:                                              (5)
    式中: ρ—-樁材質量密度(kg/m3);
          cm ——樁身波速平均值(m/s);
          A —-設計樁身截面積(m2);
         Pmax—-導納幅頻曲線上諧振波峰值的平均值(m/s?N-1);
         Qmin—-導納幅頻曲線上諧振波谷值的平均值(m/s?N-1);
           fm——速度導納幅頻曲線上起始近似直線段上任一頻率值(Hz);
       ——與fm對應的導納幅值(m/s?N-1)。
圖6  樁身均勻完整樁的導納幅頻曲線圖

理論上,實測導納值Nm、計算導納值Nc和動剛度Kd就樁身質量好壞而言存在一定的相對關系:完整樁,Nm約等于Nc、Kd值正常;缺陷樁,Nm大于Nc、Kd值低,且隨缺陷程度的增加其差值增大;擴徑樁,Nm小于Nc、Kd值高。
  值得說明的是,由于穩態激振過程在某窄小頻帶上激振,其能量集中、信噪比高、抗干擾能力強等特點,所測的導納曲線、導納值及動剛度比采用瞬態激振方式重復性好、可信度較高。
表8.4.3沒有列出樁身無缺陷或有輕微缺陷但無樁底反射這種信號特征的類別劃分。事實上測不到樁底信號也經常出現,這種情況受多種因素和條件影響,例如:
——軟土地區的超長樁,長徑比很大;
——樁周土約束很大,應力波衰減很快;
——樁身阻抗與持力層阻抗匹配良好;
——樁身截面阻抗顯著突變或沿樁長漸變;
——預制樁接頭縫隙影響。
其實,當樁側和樁端阻力很強時,高應變法同樣也測不出樁底反射。所以,上述原因造成無樁底反射也屬正常。此時的樁身完整性判定,只能結合經驗參照本場地和本地區的同類型樁綜合分析或采用其他方法進一步檢測。
對設計條件有利的擴徑灌注樁,不應判定為缺陷樁。
(a) 逐漸擴徑                 (b) 逐漸縮頸                 (c)中部擴徑              (d)上部擴徑
圖7  混凝土灌注樁截面(阻抗)變化示意圖
8.4.4 當灌注樁樁截面形態呈現如圖7情況時,樁身截面(阻抗)漸變或突變,往往在阻抗突變處的一次或二次反射主要表現為類似明顯擴徑、嚴重缺陷或斷樁的相反情形,從而造成誤判。因此,應結合施工情況、地層情況綜合分析加以區分;無法區分時,應結合其他檢測方法綜合判定。當樁身存在不止一個阻抗變化截面(包括上述樁身某一范圍阻抗漸變的情況)時,由于各阻抗變化截面的一次和多次反射波相互迭加,除距樁頂第一阻抗變化截面的一次反射能辨認外,其后的反射信號可能變得十分復雜,難于分析判斷。此時,宜按下列規定采用實測曲線擬合法進行輔助分析:
1 信號不得因尺寸效應、測試系統頻響等影響產生畸變。
2 樁頂橫截面尺寸應按現場實際測量結果確定。
3 通過同條件下、截面基本均勻的相鄰樁曲線擬合,確定引起應力波衰減的樁土參數取值。
4  宜采用實測力波形作為邊界條件輸入。
8.4.5 對嵌巖樁,樁底沉渣和樁端持力層是否為軟弱層、溶洞等是直接關系到該樁能否安全使用的關鍵因素。雖然本方法不能確定樁底情況,但理論上可以將嵌巖樁樁端視為桿件的固定端,并根據樁底反射波的相位判斷樁端端承效果,也可通過導納值、動剛度的相對高低提供輔助分析。采用本方法判定樁端嵌固效果差時,應采用靜載試驗或鉆芯法等其他檢測方法核驗樁底嵌巖情況,確?;鶚妒褂冒踩?。
8.4.7  人員水平低、測試過程和測量系統環節出現異常、人為信號再處理影響信號真實性,均直接影響結論判斷的正確性,只有根據原始信號曲線才能鑒別。
9  高應變法

 9.1  適 用 范 圍

9.1.1 高應變法檢測的主要功能是判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。這里所說的承載力是指在樁身強度滿足樁身結構承載力的前提下,得到的樁周巖土對樁的抗力(靜阻力)。所以要得到極限承載力,應使樁側和樁端巖土阻力充分發揮,否則不能得到承載力的極限值,只能得到承載力檢測值。
與低應變法檢測的快捷、廉價相比,高應變法檢測樁身完整性雖然是附帶性的,但由于其激勵能量和檢測有效深度大的優點,特別在判定樁身水平整合型縫隙、預制樁接頭等缺陷時,能夠在查明這些“缺陷”是否影響豎向抗壓承載力的基礎上,合理判定缺陷程度。當然,帶有普查性的完整性檢測,采用低應變法更為恰當。
高應變檢測技術是從打入式預制樁發展起來的,試打樁和打樁監控屬于其特有的功能,是靜載試驗無法做到的。
9.1.2 灌注樁的截面尺寸和材質的非均勻性、施工的隱蔽性(干作業成孔樁除外)及由此引起的承載力變異性普遍高于打入式預制樁,導致灌注樁檢測采集的波形質量低于預制樁,波形分析中的不確定性和復雜性又明顯高于預制樁。與靜載試驗結果對比,灌注樁高應變檢測判定的承載力誤差也如此。因此,積累灌注樁現場測試、分析經驗和相近條件下的可靠對比驗證資料,對確保檢測質量尤其重要。
9.1.3 除嵌入基巖的大直徑樁和純摩擦型大直徑樁外,大直徑灌注樁、擴底樁(墩)由于尺寸效應,通常其靜載Q-s曲線表現為緩變型,端阻力發揮所需的位移很大。另外,在土阻力相同條件下,樁身直徑的增加使樁身截面阻抗(或樁的慣性)與直徑成平方的關系增加,錘與樁的匹配能力下降。而多數情況下高應變檢測所用錘的重量有限,很難在樁頂產生較長持續時間的作用荷載,達不到使土阻力充分發揮所需的位移量。另一原因如第9.1.2條條文說明所述。

9.2  儀 器 設 備

9.2.1 本條對儀器的主要技術性能指標要求是按建筑工業行業標準《基樁動測儀》提出的,比較適中,大部分型號的國產和進口儀器能滿足。由于動測儀器的使用環境惡劣,所以儀器的環境性能指標和可靠性也很重要。本條對加速度計的量程未做具體規定,原因是對不同類型的樁,各種因素影響使最大沖擊加速度變化很大。建議根據實測經驗來合理選擇,宜使選擇的量程大于預估最大沖擊加速度值的一倍以上。如對鋼樁,一般應選擇20000~30000m/s2量程的加速度計。
9.2.2 導桿式柴油錘荷載上升時間過于緩慢,容易造成速度響應信號失真。
9.2.3 分片組裝式錘的單片或強夯錘,下落時平穩性差且不易導向,更易造成嚴重錘擊偏心并影響測試質量。因此規定錘體的高徑(寬)比不得小于1。
用自由落錘安裝加速度計的方式測量樁頂錘擊力的依據是牛頓第二和第三定律。其成立條件是同一時刻錘體內各質點的運動和受力無差異,也就是說,雖然錘為彈性體,只要錘體內部不存在波傳播的不均勻性,就可視錘為一剛體或具有一定質量的質點。波動理論分析結果表明:當沿正弦波傳播方向的介質尺寸小于正弦波波長的1/10時,可認為在該尺寸范圍內無波傳播效應,或受力和運動狀態是均勻的。除鋼樁的高應變測試信號外,自由落錘產生的力信號中的有效頻率分量(占能量的90%以上)在200Hz以內,超過300Hz后可忽略不計。按最不利估計,對力信號有貢獻的高頻分量波長也超過10m。所以,在絕大多數采用自由落錘的場合,牛頓第二定律能較嚴格地成立。規定錘體需整體鑄造且高徑(寬)比不大于1.5正是為了避免分片錘體在內部相互碰撞和波傳播效應造成的錘運動狀態不均勻。這種測力方式與在樁頭附近的樁側表面安裝應變式傳感器的測力方式相比,優缺點是:
1  避免了樁頭損傷和安裝部位混凝土差導致的測力失敗以及應變式傳感器的經常損壞。
2  避免了因混凝土非線性造成的力信號失真(混凝土受壓時,理論上講是對實測力值放大,是不安全的)。
3  直接測定錘擊力,即使混凝土波速、彈性模量改變,也無需修正。
4  測量響應的加速度計只能安裝在距樁頂較近的樁側表面,尤其不能安裝在樁頭變阻抗截面以下的樁身上。
5  樁頂只能放置薄層樁墊,不能放置尺寸和質量較大的樁帽(替打)。
6  需采用重錘或軟錘勢支減少錘上的高頻分量。但因錘高度一般不大于1.5m,則最大適宜錘重可能受到限制,如直徑1.0m、高1.5m的圓柱形錘僅為92kN。
7  由于基線修正方式的不同,錘體加速度測量可能有1g(g為重力加速度)的誤差。大錘上的測試效果可能比小錘差。
9.2.4 本條對錘重選擇與原《基樁高應變動力檢測規程》不同,給出的是一個范圍。主要理由如下:
1  樁較長或樁徑較大時,一般使側阻、端阻充分發揮所需位移大。
2  樁是否容易被“打動”取決于樁身“廣義阻抗”的大小。廣義阻抗與樁周土阻力大小和樁身截面波阻抗大小兩個因素有關,隨著樁直徑增加,波阻抗的增加通??煊谕磷枇?,仍按預估極限承載力的1%選取錘重,將使錘對樁的匹配能力下降。因此,不僅從土阻力,而從多方面考慮提高錘重的措施是更科學的做法。本條規定的錘重選擇為最低限值。
9.2.5 重錘對樁沖擊使樁周土產生振動,在受檢樁附近架設的基準梁也將受影響,導致樁的貫入度測量結果不可靠。也有采用加速度信號兩次積分得到的最終位移作為實測貫入度,雖然最方便,但可能存在下列問題:
1 由于信號采集時段短,信號采集結束時樁的運動尚未停止,以柴油錘打長樁時為甚。
2 加速度計的質量優劣影響積分精度,零漂大和低頻響應差(時間常數?。r極為明顯。
所以,對貫入度測量精度要求較高時,宜采用精密水準儀等光學儀器測定。

9.3  現 場 檢 測

9.3.1 承載力時間效應因地而異,以沿海軟土地區最顯著。成樁后,若樁周巖土無隆起、側擠、沉陷、軟化等影響,承載力隨時間增長。工期緊休止時間不夠時,除非承載力檢測值已滿足設計要求,否則應何止到滿足表3.2.6規定的時間為止。
錘擊裝置垂直、錘擊平穩對中、樁頭加固和加設樁墊,是為了減小錘擊偏心和避免擊碎樁頭;在距樁頂規定的距離下合適的部位對稱安裝傳感器,是為了減小錘擊在樁頂產生的應力集中和對偏心進行補償。所有這些措施都是為保證測試信號質量提出的。
9.3.2 采樣時間間隔為100μs,對常見的工業與民用建筑的樁是合適的。但對于超長樁,例如樁長超過60m,采樣時間間隔可放寬為200μs,當然也可增加采樣點數。
應變式傳感器直接測到的是其安裝面上的應變,并按下式換算成力:
F =A?E ?ε                                              (6)
式中  F——錘擊力;
A——測點處樁截面積;
E——樁材彈性模量;
ε——實測應變值。
顯然,錘擊力的正確換算依賴于測點處設定的樁參數是否符合實際。另一重要原因是:計算測點以下原樁身的阻抗變化、包括計算的樁身運動及受力大小,都是以測點處樁頭單元為相對“基準”的。
測點下樁長是指樁頭傳感器安裝點至樁底的距離,一般不包括樁尖部分。
對于普通鋼樁,樁身波速可直接設定為5120m/s。對于混凝土樁,樁身波速取決于混凝土的骨料品種、粒徑級配、成樁工藝(導管灌注、振搗、離心)及齡期,其值變化范圍大多為3000~4500m/s?;炷令A制樁可在沉樁前實測無缺陷樁的樁身平均波速作為設定值;混凝土灌注樁應結合本地區混凝土波速的經驗值或同場地已知值初步設定,但應在計算分析前,根據實測信號進行修正。
9.3.3 本條說明如下:
    1  傳感器外殼與儀器外殼共地,測試現場潮濕,傳感器對地未絕緣,交流供電時常出現50Hz干擾,解決辦法是良接地或改用直流供電。
2  根據波動理論分析:若視錘為一剛體,則樁頂的最大錘擊應力只與錘沖擊樁頂時的初速度有關,落距越高,錘擊應力和偏心越大,越容易擊碎樁頭。輕錘高擊并不能有效提高樁錘傳遞給樁的能量和增大樁頂位移,因為力脈沖作用持續時間不僅與錘墊有關,還主要與錘重有關;錘擊脈沖越窄,波傳播的不均勻性,即樁身受力和運動的不均勻性(慣性效應)越明顯,實測波形中土的動阻力影響加劇,而與位移相關的靜土阻力呈明顯的分段發揮態勢,使承載力的測試分析誤差增加。事實上,若將錘重增加到預估單樁極限承載力的5%~10%以上,則可得到與靜動法(STATNAMIC法)相似的長持續力脈沖作用。此時,由于樁身中的波傳播效應大大減弱,樁側、樁端巖土阻力的發揮更接近靜載作用時樁的荷載傳遞性狀。因此,“重錘低擊”是保障高應變法檢測承載力準確性的基本原則,這與低應變法充分利用波傳播效應(窄脈沖)準確探測缺陷位置有著概念上的區別。
3  打樁全過程監測是指預制樁施打開始后,從樁錘正常爆發起跳直到收錘為止的全部過程測試。
4  高應變試驗成功的關鍵是信號質量以及信號中的信息是否充分。所以應根據每錘信號質量以及動位移、貫入度和大致的土阻力發揮情況,初步判別采集到的信號是否滿足檢測目的的要求。同時,也要檢查混凝土樁錘擊拉、壓應力和缺陷程度大小,以決定是否進一步錘擊,以免樁頭或樁身受損。自由落錘錘擊時,錘的落距應由低到高,打入式預制樁則按每次采集一陣(10擊)的波形進行判別。
5  檢測工作現場情況復雜,經常產生各種不利影響。為確保采集到可靠的數據,檢測人員應能正確判斷波形質量,熟練地診斷測量系統的各類故障,排除干擾因素。
9.3.4 貫入度的大小與樁尖刺入或樁端壓密塑性變形量相對應,是反映樁側、樁
端土阻力是否充分發揮的一個重要信息。貫入度小,即通常所說的“打不動”,使檢測得到的承載力低于極限值。本條第5款是從保證承載力分析計算結果的可靠性出發,給出的貫入度合適范圍,不能片面理解成在檢測中應減小錘重使單擊貫入度不超過6mm。貫入度大且樁身無缺陷的波形特征是2L/c處樁底反射強烈,其后的土阻力反射或樁的回彈不明顯。貫入度過大造成的樁周土擾動大,高應變承載力分析所用的土的力學模型,對真實的樁土相互作用的模擬接近程度變差。據國內發現的一些實例和國外的統計資料:貫入度較大時,采用常規的理想彈塑性土阻力模型進行實測曲線擬合分析,不少情況下預示的承載力明顯低于靜載試驗結果,統計結果離散性很大!而貫入度較小、甚至樁幾乎未被打動時,靜動對比的誤差相對較小,且統計結果的離散性也不大。若采用考慮樁端土附加質量的能量耗散機制模型修正,與貫入度小時的承載力提高幅度相比,會出現難以預料的承載力成倍提高。原因是:樁底反射強意味著樁端的運動加速度和速度強烈,附加土質量產生的慣性力和動阻力恰好分別與加速度和速度成正比??梢韵胍?,對于長細比較大、摩阻力較強的摩擦型樁,上述效應就不會明顯。此外,6mm貫入度只是一個統計參考值,本章第9.4.7條第3款已針對此情況作了具體規定。

9.4  檢測數據分析與判定

9.4.1從一陣錘擊信號中選取分析用信號時,除要考慮有足夠的錘擊能量使樁周巖土阻力充分發揮外,還應注意下列問題:
1  連續打樁時樁周土的擾動及殘余應力。
2  錘擊使缺陷進一步發展或拉應力使樁身混凝土產生裂隙。
3  在樁易打或難打以及長樁情況下,速度基線修正帶來的誤差。
4  對樁墊過厚和柴油錘冷錘信號,加速度測量系統的低頻特性所造成的速度信號誤差或嚴重失真。
9.4.2可靠的信號是得出正確分析計算結果的基礎。除柴油錘施打的長樁信號外,力的時程曲線應最終歸零。對于混凝土樁,高應變測試信號質量不但受傳感器安裝好壞、錘擊偏心程度和傳感器安裝面處混凝土是否開裂的影響,也受混凝土的不均勻性和非線性的影響。這種影響對應變式傳感器測得的力信號尤其敏感?;炷恋姆蔷€性一般表現為:隨應變的增加,彈性模量減小,并出現塑性變形,使根據應變換算到的力值偏大且力曲線尾部不歸零。錘擊偏心是指兩側力信號之一與力平均值之差超過或低于平均值的30%。通常錘擊偏心很難避免,因此嚴禁用單側力信號代替平均力信號。
9.4.3 樁底反射明顯時,平均波速也可根據速度波形第一峰起升沿的起點和樁底反射峰的起點之間的時差與已知樁長值確定。對樁底反射峰變寬或有水平裂縫的樁,不應根據峰與峰間的時差來確定平均波速。樁較短且錘擊力波上升緩慢時,可采用低應變法確定平均波速。
9.4.4 通常,當平均波速按實測波形改變后,測點處的原設定波速也按比例線性改變,模量則應按平方的比例關系改變。當采用應變式傳感器測力時,多數儀器并非直接保存實測應變值,如有些是以速度(V= c?ε)的單位存儲。若模量隨波速改變后,儀器不能自動修正以速度為單位存儲的力值,則應對原始實測力值校正。
9.4.5在多數情況下,正常施打的預制樁,力和速度信號第一峰應基本成比例。但在以下幾種情況下比例失調屬于正常:
1  樁淺部阻抗變化和土阻力影響。
2  采用應變式傳感器測力時,測點處混凝土的非線性造成力值明顯偏高。
3  錘擊力波上升緩慢或樁很短時,土阻力波或樁底反射波的影響。
除對第2種情況當減小力值時,可避免計算的承載力過高外,其他情況的隨意比例調整均是對實測信號的歪曲,并產生虛假的結果。因此,禁止將實測力或速度信號重新標定。這一點必須引起重視,因為有些儀器具有比例自動調整功能。
9.4.6高應變分析計算結果的可靠性高低取決于動測儀器、分析軟件和人員素質三個要素。其中起決定作用的是具有堅實理論基礎和豐富實踐經驗的高素質檢測人員。高應變法之所以有生命力,表現在高應變信號不同于隨機信號的可解釋性,即使不采用復雜的數學計算和提煉,只要檢測波形質量有保證,就能定性的反映樁的承載性狀及其他相關的動力學問題。在建設部工程樁動測資質復查換證過程中,發現不少檢測報告中,對波形的解釋與分析計算已達到盲目甚至是濫用的地步。對此,如果不從提高人員素質入手加以解決,這種狀況的改觀顯然僅靠技術規范以及儀器和軟件功能的增強是無法做到的。因此,承載力分析計算前,應有具備高素質的檢測人員對信號做出定性檢查和正確判斷。
9.4.7當出現本條所述四款情況時,因高應變法難于分析判定承載力和預示樁身結構破壞的可能性,建議采取驗證檢測。其中后兩款反映的代表性波形見圖8。原因解釋參見第9.3.4條的條文說明。由圖9可見,靜載驗證試驗尚未壓至破壞,但高應變測試的錘重、貫入度卻“符合”要求。 當采用波形擬合法分析承載力時,由于承載力比按地質報告估算的低很多,除采用直接法驗證外,不能主觀臆斷或采用能使擬合的承載力大幅提高的樁-土模型及其參數。
圖8  灌注樁高應變實測波形
注:Φ800mm鉆孔灌注樁,樁端持力層為全風化花崗片麻巖,測點下樁長16m。采用60kN重錘,先做高應變檢測,后做靜載驗證檢測。
 

圖9  靜載和動載摸擬的Q-s曲線
9.4.8凱司法與實測曲線擬合法在計算承載力上的本質區別是:前者在計算極限承載力時,單擊貫入度與最大位移是參考值,計算過程與它們無關。另外,凱司法承載力計算公式是基于以下三個假定推導出的:
1  樁身阻抗基本恒定。
2  動阻力只與樁底質點運動速度成正比,即全部動阻力集中于樁端。
3  土阻力在時刻t2=t1+2L/c已充分發揮。
顯然,它較適用于摩擦型的中、小直徑預制樁和截面較均勻的灌注樁。
公式中的唯一未知數——凱司法無量綱阻尼系數Jc定義為僅與樁端土性有關,一般遵循隨土中細粒含量增加阻尼系數增大的規律。Jc的取值是否合理在很大程度上決定了計算承載力的準確性。所以,缺乏同條件下的靜動對比校核、或大量相近條件下的對比資料時,將使其使用范圍受到限制。當貫入度達不到規定值或不滿足上述三個假定時,Jc值實際上變成了一個無明確意義的綜合調整系數。特別值得一提的是灌注樁,也會在同一工程、相同樁型及持力層時,可能出現Jc取值變異過大的情況。為防止凱司法的不合理應用,規定應采用靜動對比或實測曲線法校核Jc值。
9.4.9 由于式(9.4.9-1)給出的Rc值與位移無關,僅包含t2 = t1+2L/c時刻之前所發揮的土阻力信息,通常除樁長較短的摩擦型樁外,土阻力在2L/c時刻不會充分發揮,尤以端承型樁顯著。所以,需要采用將t1延時求出承載力最大值的最大阻力法(RMX法),對與位移相關的土阻力滯后2L/c發揮的情況進行提高修正。
樁身在2L/c之前產生較強的向上回彈,使樁身從頂部逐漸向下產生土阻力卸載(此時樁的中下部土阻力屬于加載)。這對于樁較長、摩阻力較大而荷載作用持續時間相對較短的樁較為明顯。因此,需要采用將樁中上部卸載的土阻力進行補償提高修正的卸載法(RSU法)。
RMX法和RSU法判定承載力,體現了高應變法波形分析的基本概念——應充分考慮與位移相關的土阻力發揮狀況和波傳播效應,這也是實測曲線擬合法的精髓所在。另外,還有幾種凱司法的子方法可在積累了成熟經驗后采用。它們是:
1   在樁尖質點運動速度為零時,動阻力也為零,此時有兩種計算承載力與Jc無關的“自動”法,即RAU法和RA2法;前者適用于樁側阻力很小的情況,后者適用于樁側阻力適中的場合。
2   通過延時求出承載力最小值的最小阻力法(RMN法)。
9.4.10 實測曲線擬合法是通過波動問題數值計算,反演確定樁和土的力學模型及其參數值。其過程為:假定各樁單元的樁和土力學模型及其模型參數,利用實測的速度(或力、上行波、下行波)曲線作為輸入邊界條件,數值求解波動方程,反算樁頂的力(或速度、下行波、上行波)曲線,若計算的曲線與實測曲線不吻合,說明假設的模型及參數不合理,有針對性地調整模型及參數再行計算,直至計算曲線與實測曲線(以及貫入度的計算值與實測值)的吻合程度良好且不易進一步改善為止。雖然從原理上講,這種方法是客觀唯一的,但由于樁、土以及它們之間的相互作用等力學行為的復雜性,實際運用時還不能對各種樁型、成樁工藝、地質條件,都能達到十分準確地求解樁的動力學和承載力問題的效果。所以,本條針對該法應用中的關鍵技術問題,作了具體闡述和規定:
1   關于樁與土模型:(1)目前已有成熟使用經驗的土的靜阻力模型為理想彈-塑性或考慮土體硬化或軟化的雙線性模型;模型中有兩個重要參數——土的極限靜阻力Ru和土的最大彈性位移Sq,可以通過靜載試驗(包括樁身內力測試)來驗證。在加載階段,土體變形小于或等于Sq時,土體在彈性范圍工作;變形超過Sq后,進入塑性變形階段(理想彈﹣塑性時,靜阻力達到Ru后不再隨位移增加而變化)。對于卸載階段,同樣要規定卸載路徑的斜率和彈性位移限。(2)土的動阻力模型一般習慣采用與樁身運動速度成正比的線性粘滯阻尼,帶有一定的經驗性,且不易直接驗證。(3)樁的力學模型一般為一維桿模型,單元劃分應采用等時單元(實際為連續模型或特征線法求解的單元劃分模式),即應力波通過每個樁單元的時間相等,由于沒有高階項的影響,計算精度高。(4)樁單元除考慮A、E、c等參數外,也可考慮樁身阻尼和裂隙。另外,也可考慮樁底的縫隙、開口樁或異形樁的土塞、殘余應力影響和其他阻尼形式。(5)所用模型的物理力學概念應明確,參數取值應能限定,避免采用可使承載力計算結果產生較大變異的樁-土模型及參數。
2    擬合時應根據波形特征,結合施工和地質條件合理確定樁土參數取值。因為擬合所用的樁土參數的數量和類型繁多,參數各自和相互間耦合的影響非常復雜,而擬合結果并非唯一解,需通過綜合比較判斷進行取舍。正確判斷取舍條件的要點是參數取值應在巖土工程的合理范圍內。
3   本款考慮兩點原因:一是自由落錘產生的力脈沖持續時間通常不超過20ms(除非采用很重的落錘),但柴油錘信號在主峰過后的尾部仍能產生較長的低幅值延續;二是與位移相關的總靜阻力一般會不同程度地滯后于2L/c發揮,當端承型樁的端阻力發揮所需位移很大時,土阻力發揮將產生嚴重滯后,因此規定2L/c后延時足夠的時間,使曲線擬合能包含土阻力響應區段的全部土阻力信息。
4   為防止土阻力未充分發揮時的承載力外推,設定的Sq值不應超過對應單元的最大計算位移值。若樁、土間相對位移不足以使樁周巖土阻力充分發揮,則給出的承載力結果只能驗證巖土阻力發揮的最低程度。
5   土阻力響應區是指波形上呈現的靜土阻力信息較為突出的時間段。所以本條特別強調此區段的擬合質量,避免只重波形頭尾,忽視中間土阻力響應區段擬合質量的錯誤做法,并通過合理的加權方式計算總的擬合質量系數,突出其影響。
6   貫入度的計算值與實測值是否接近,是判斷擬合選用參數特別是Sq值是否合理的輔助指標。
9.4.11 高應變法動測承載力檢測值多數情況下不會與靜載試驗樁的明顯破壞特征或產生較大的樁頂沉降相對應,總趨勢是沉降量偏小。為了與靜載的極限承載力相區別,稱為“本方法得到的承載力或動測承載力”。這里需要強調指出:驗收檢測中,單樁靜載試驗常因加荷量或設備能力限制,而做不出真正的試樁極限承載力。于是一組試樁往往因某一根樁的極限承載力達不到設計要求的特征值2倍,使一組試樁的承載力統計平均值不滿足設計要求。動測承載力則不同,可能出現部分樁的承載力遠高于承載力特征值的2倍。所以,即使個別樁的承載力不滿足設計要求,但“高”和“低”取平均后仍能滿足設計要求。為了避免可能高估承載力的危險,不得將極差超過30%的“高值”參與統計平均。
9.4.12 高應變法檢測樁身完整性具有錘擊能量大,可對缺陷程度定量計算,連續錘擊可觀察缺陷的擴大和逐步閉合情況等優點。但和低應變法一樣,檢測的仍是樁身阻抗變化,一般不宜判定缺陷性質。在樁身情況復雜或存在多處阻抗變化時,可優先考慮用實測曲線擬合法判定樁身完整性。
式(9.4.12-1)適用于截面基本均勻樁的樁頂下第一個缺陷的程度定量計算。當有輕微缺陷,并確認為水平裂縫(如預制樁的接頭縫隙)時,裂縫寬度δw可按下式計算:
                                    (7)
9.4.13 采用實測曲線擬合法分析樁身擴徑、樁身截面漸變或多變的情況,應注意合理選擇土參數。
高應變法錘擊的荷載上升時間一般不小于2ms,因此對樁身淺部缺陷位置的判定存在盲區,也無法根據式(9.4.12-1)來判定缺陷程度。只能根據力和速度曲線的比例失調程度來估計淺部缺陷程度;不能定量給出缺陷的具體部位,尤其是錘擊力波上升非常緩慢時,還大量耦合有土阻力的影響。對淺部缺陷樁,宜用低應變法檢測并進行缺陷定位。
9.4.14 樁身錘擊拉應力是混凝土預制樁施打控制的最重要指標。在深厚軟土地區,打樁時側阻力和端阻力很小,由于樁很長,樁錘能正常爆發起跳,樁底反射回來的上行拉力波的頭部(拉應力幅值最大)與下行傳播的錘擊壓力波尾部迭加,在樁身某一部位產生凈的拉應力。當拉應力強度超過混凝土抗拉強度時,會引起樁身拉裂。拉裂部位一般發生在樁的中上部,且樁愈長或錘擊力持續時間短,最大拉應力部位就愈往下移。
有時,打樁過程中會突然出現貫入度驟減或拒錘,一般是碰上基巖或孤石,繼續施打會造成樁身壓應力過大而破壞。此時,最大壓應力部位不一定出現在樁頂,而是接近樁端的部位。
9.4.15  本條解釋同8.4.7條。
 
10  聲波透射法 

10.1  適 用 范 圍

10.1.1 基樁聲波透射法檢測是利用聲波的透射原理對樁身混凝土介質狀況進行檢測,因此僅適用于在灌注成型過程中已經預埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。 

10.2  儀 器 設 備 
 
10.2.1聲波換能器有效工作段長度指起到換能作用的部分的實際軸向尺寸,該長度過大將惡化實測曲線并影響測試結果。
    提高換能器諧振頻率,可命名其外徑減少到30mm以下,利于換能器在聲測管中升降順暢或減小聲測管直徑。但因聲波發射頻率的提高,使長距離聲波穿透能力下降。所以,本規范仍推薦目前普遍采用的30~50kHZ的諧振頻率范圍。

10.3  現 場 檢 測

10.3.2  標定法測定系統延遲時間的方法是將發射、接收換能器平行放入清水中,逐次改變點源距離并測量相應聲時,記錄若干點的數據并做出時距曲線:
t = t0 + b?l                                            (8)
式中  t ——聲時(μs);
t0——時間軸上的截距(μs);
b——直線斜率(μs/mm);
l ——換能器中心距(mm)。
按下式計算聲測管及耦合水層聲時修正值:
                                        (9)
式中  d1——聲測管外徑(mm);
      d2——聲測管內徑(mm);
      d ′——換能器外徑(mm);
vt ——聲測管材料聲速(km/s); 
vw——水的聲速(km/s);
t ′ ——聲測管及耦合水層聲時修正值(μs)。
10.3.3  同一根樁檢測時,強調各檢測剖面的聲波發射電壓和儀器設置參數保持不變,目的是使各檢測剖面的檢測結果具有可比性,便于綜合判定。

10.4  檢測數據分析與判定 

10.4.2  聲速、波幅和主頻都是反映樁身質量的聲學參數測量值。大量實測經驗表明:聲速的變化規律性較強,而波幅的變化較靈敏,主頻在保持測試條件一致的前提下也有一定規律。因此本規范在確定測點聲學參數測量值的判據時,采用了三種不同的方法。
聲速異常臨界值判據中的臨界值vc是參考數理統計學判斷異常值的方法,經過多次試算而得出的。其基本原理如下:
在n次測量所得的數據中,去掉k個較小值,得到容量為(n-k)的樣本,取異常測點數據不可能出現數為1,則對于標準正態分布假設,可得異常測點數據不可能出現的概率為:
                                 (10)
由Φ(λ)=1/(n-k),在標準正態分布表可得與不同的(n-k)相對應的λ值,從而得到表10.4.2。
每次去掉樣本中的最小數據,計算剩余數據的平均值、標準差,由表10.4.2查得對應的λ值。由式v0 = vm-λ ? sx計算異常判斷值并將樣本中當時的最小值與之比較;當vn-k仍為異常值時,繼續去掉最小值重復計算和比較,直至剩余數據中不存在異常值為止。此時,v0則為異常判斷的臨界值vc。
樁身混凝土均勻性可采用離差系數Cv=sx/vm評價,其中sx和vm分別為n個測點的聲速標準差和n個測點的聲速平均值。
10.4.3  當樁身凝土的質量普遍較差時,可能同時出現下面兩種情況:
1  檢測剖面的n個測點聲速平均值vm明顯偏低。
2 n個測點的聲速標準差sx很小。
則由統計計算公式v0 = vm ?λ ? sx得出的判斷結果可能失效。此時可將各測點聲速vi與聲速低限值vL比較得出判斷結果。
10.4.4  波幅臨界值判據式為Api<Am-6,即選擇當信號首波幅值衰減量為其平均值的一半時的波幅分貝數為臨界值,在具體應用中應注意下面幾點:
1  因波幅的衰減受樁材不均勻性、聲波傳播路徑和點源距離的影響,故應考慮聲測管間距較大時波幅分散性而采取適當的調整。
2  因波幅的分貝數受儀器、傳感器靈敏度及發射能量的影響,故應在考慮這些影響的基礎上再采用波幅臨界值判據。
3  當波幅差異性較大時,應與聲速變化及主頻變化情況相結合進行綜合分析。
10.4.6  實測信號的主頻值與諸多影響因素有關,因此僅作輔助聲學參數選用。在使用中應保持聲波換能器具有單峰的幅頻特性和良好的耦合一致性;若采用FFT方法計算主頻值,還應保證足夠的頻率分辨率。
10.4.7  樁身完整性判定與分類除依據聲速、波幅變化的規律和借助其他輔助方法外,還與諸多復雜因素有關,故在使用中應注意以下幾點:
1  可結合鉆芯法將其結果進行對比,從而得出更符合實際情況的分類。
2  可將實測時程曲線的畸變及頻譜、PSD值的變化相結合,進行綜合判定與分類。
3  可結合施工工藝和施工記錄等有關資料具體分析。


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