第十一届全国桩基工程学会会议资料--2山区地质嵌岩灌注桩桩端性状的检测.pptx

0 引言低应变完整性普查低应变完整性普查根据桩底曲线形态分级根据桩底曲线形态分级静载静载高应变高应变钻芯法钻芯法基桩孔内摄像验证基桩孔内摄像验证摄像法监测摄像法监测进尺、回水进尺、回水相位相位幅值幅值1 低应变检测桩端性状的原理1 低应变检测桩端性状的原理低应变检测桩端性状的原理当当Z1Z2时时，即即波波从从软软材材料料进进入入硬硬材材料料时时，VR与与VI符符号号相相反反，反反射射波波与与入入射射波相位相反，如基岩嵌岩起始面，扩径的上界面均是此相位特征。波相位相反，如基岩嵌岩起始面，扩径的上界面均是此相位特征。反之，当反之，当Z Z1 1Z Z2 2时，反射波与入射波相位相同，对桩底则表现为嵌岩不良。时，反射波与入射波相位相同，对桩底则表现为嵌岩不良。1 低应变检测桩端性状的分析低应变检测桩端性状的分析 应应力力波波到到达达了了桩桩底底，并并非非截截止止了了，而而是是一一部部分分继继续续向向下下传传播播，一一部部分分反反射射回回到到桩桩顶顶。对对于于桩桩端端持持力力层层较较软软的的桩桩，或或沉沉渣渣较较厚厚的的桩桩，反反射射波波占占绝绝大大部部分分，透透射射波波仅仅占占极极小小部部分分，桩桩底底以以下下的的情情况况无无法法判判断断；而而对对于于施施工工状状况况良良好好的的嵌嵌岩岩桩桩，则则仍仍然然有有较较大大比比例例的的透透射射波波向向下下传传播播，对对桩桩底底以以下下一一定定范范围围内内的的持持力力层层性性状状判判别别仍仍然然有有价价值值，有有文文献献提提到到能能够实测得桩端岩层下一定范围内的溶洞。够实测得桩端岩层下一定范围内的溶洞。1 低应变检测桩端性状的分析低应变检测桩端性状的分析 另外，一个现象也值得特别注意：桩身中阻抗增大（扩另外，一个现象也值得特别注意：桩身中阻抗增大（扩径或进入较好土层）的反向反射的二次反射是与入射波同径或进入较好土层）的反向反射的二次反射是与入射波同相位的。相位的。阻抗增大段产生的一次反射压力波速度信号向上（负阻抗增大段产生的一次反射压力波速度信号向上（负号）在回到桩顶时（桩顶设为自由端）变为拉力波；再次号）在回到桩顶时（桩顶设为自由端）变为拉力波；再次向下反射，到了阻抗增大位置第二次反射回到桩顶，此时向下反射，到了阻抗增大位置第二次反射回到桩顶，此时速度信号方向又一次改变，变为正向，上传到桩顶，由传速度信号方向又一次改变，变为正向，上传到桩顶，由传感器接收。感器接收。如果这种阻抗增大恰好发生在如果这种阻抗增大恰好发生在L1（L1L/2）处，则）处，则在曲线的在曲线的2L/c处就会产生二次的同向反射波。处就会产生二次的同向反射波。1低应变检测桩端性状的分析低应变检测桩端性状的分析分两种情况说明：情况分两种情况说明：情况1，桩底无沉渣，桩身阻抗与岩层阻抗相匹配。实线为，桩底无沉渣，桩身阻抗与岩层阻抗相匹配。实线为L1处的反射，粗虚线为桩底处的反射，粗虚线为桩底L处的反射，由于桩底处的反射，由于桩底Z1Z2在桩顶产生的反射信在桩顶产生的反射信号极弱，此时桩底号极弱，此时桩底2L/c处的反射信号为处的反射信号为L1处的阻抗增大的二次反射所导致。处的阻抗增大的二次反射所导致。1低应变检测桩端性状的分析低应变检测桩端性状的分析情况情况2，如图，如图5，设桩底性状稍差（少量沉渣或裂隙发育程度偏高，但符合设，设桩底性状稍差（少量沉渣或裂隙发育程度偏高，但符合设计要求时）产生的小幅同相位反射，此时可能因为计要求时）产生的小幅同相位反射，此时可能因为L/2处阻抗增大引起的二次处阻抗增大引起的二次反射的叠加而使得正向幅值变得很大，而事实上桩底性状尚可。反射的叠加而使得正向幅值变得很大，而事实上桩底性状尚可。2 钻芯法判断嵌岩性状的经验钻芯法对嵌岩性状的判别，除通常钻芯法的注意点外，钻至桩底附近时，应该根据钻机及桩的施工情况，分配回次，以便使得桩底0.51 m左右的混凝土芯样和0.51.0 m左右的持力层及沉渣纳入同一回次持力层及沉渣纳入同一回次。为检测桩底沉渣或虚土厚度，应采用减压、慢速钻进，观测钻机的标尺，若遇到钻具突降，应该立即停钻，测量机上余尺，然后继续钻进，这个过程有一定的突发性，要求检测人员有较丰富的经验，且其余人员不易见证。因此，最好的方法是用摄像机对准用摄像机对准标尺进行拍摄标尺进行拍摄，以便回顾瞬间发生的情况。2 钻芯法判断嵌岩性状的经验 进入岩层时，回水的颜色会有变化，一般的岩层回水颜色较母岩的颜色偏浅，如：花岗岩层回水颜色为偏白色，一些岩层的回水颜色偏肉红色等，若回水颜色呈黄泥色则说明桩底有泥质夹层或沉渣。必要时，可用基桩孔内摄像法对取可用基桩孔内摄像法对取芯后的孔壁进行拍摄芯后的孔壁进行拍摄，特别是对混凝土和持力层交界处进行拍摄，以便取得原状的嵌岩性状。3 工程实例 3.13.1工程概况工程概况 某山城拟建若干座19层框架剪力墙结构商品房，基础采用冲孔灌注桩，桩端设计持力层选择中风化花岗岩或中风化辉绿岩。场地土层简况自上而下为：杂填土；粉质黏土；卵石；残积砂质黏性土；砂土状强风化花岗岩；碎块状强风化花岗岩；中风化辉绿岩，呈块状，裂隙发育，岩体较破碎，岩石单轴饱和抗压强度平均值33.7 MPa。各土层的物理力学指标和设计计算参数见表1。3 工程实例 3.13.1工程概况工程概况3 工程实例 3.23.2检测情况检测情况按设计要求，对本工程项目800及1000两种桩径各进行了3根桩的单桩竖向抗压静载试验，Qs曲线呈缓变形，承载力满足设计要求。3 工程实例 3.23.2检测情况检测情况但在低应变法进行桩身完整性检测时，为获取较好的桩底信号，采用7.2 kg力棒（美国仪器标配力锤仅1.5 kg）发现10根桩桩底存在明显的与入射波同相位的反射信号，按规范应采取其他方法核验桩端嵌岩情况。取反射幅值最大的#41桩，进行钻芯法试验。3 工程实例 3.23.2检测情况检测情况在相关几方见证的同时，采用摄像在相关几方见证的同时，采用摄像机监测钻机进尺和回水情况（右图）机监测钻机进尺和回水情况（右图），钻机钻进平稳，在桩端并无钻具，钻机钻进平稳，在桩端并无钻具突降情况，回水的颜色也无黄泥色，突降情况，回水的颜色也无黄泥色，说明桩端基本没有沉渣。说明桩端基本没有沉渣。#41桩芯样的呈长柱状，连续、完桩芯样的呈长柱状，连续、完整、胶结良好，桩底无沉渣，只是整、胶结良好，桩底无沉渣，只是桩底中风化岩样较破碎，但符合地桩底中风化岩样较破碎，但符合地质报告的描述。质报告的描述。3 工程实例 3.23.2检测情况检测情况 3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 （1）锤重的影响）锤重的影响 低应变检测的桩底反射幅值受到锤重的影响。一般对同一根桩，同一低应变检测的桩底反射幅值受到锤重的影响。一般对同一根桩，同一检测位置，同一放大倍数，锤重越大，反射信号的幅值越大。检测位置，同一放大倍数，锤重越大，反射信号的幅值越大。本例中，图本例中，图6和图和图9均为均为#41桩同一位置，放大桩同一位置，放大5倍的检测信号，所不倍的检测信号，所不同的只是图同的只是图6采用的是采用的是7.2 kg力棒，而图力棒，而图9采用的是采用的是1.5 kg小力锤。如果采小力锤。如果采用同一幅值评判标准，则可能会对同一根桩有两种结论，可能直接判断用同一幅值评判标准，则可能会对同一根桩有两种结论，可能直接判断为轻微缺陷。因此，对不同的锤重要有各自的幅值评定标准，应该在实为轻微缺陷。因此，对不同的锤重要有各自的幅值评定标准，应该在实际工作中对不同桩长、桩径、土层进行对比、积累经验。际工作中对不同桩长、桩径、土层进行对比、积累经验。3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 （1）锤重的影响）锤重的影响 低应变检测的桩底反射幅值受到锤重的影低应变检测的桩底反射幅值受到锤重的影响。一般对同一根桩，同一检测位置，同一放响。一般对同一根桩，同一检测位置，同一放大倍数，锤重越大，反射信号的幅值越大。大倍数，锤重越大，反射信号的幅值越大。如果采用同一幅值评判标准，则可能会对如果采用同一幅值评判标准，则可能会对同一根桩有两种结论，可能直接判断为轻微缺同一根桩有两种结论，可能直接判断为轻微缺陷。因此，对不同的锤重要有各自的幅值评定陷。因此，对不同的锤重要有各自的幅值评定标准，应该在实际工作中对不同桩长、桩径、标准，应该在实际工作中对不同桩长、桩径、土层进行对比、积累经验。土层进行对比、积累经验。3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 1.5kg小锤敲击的曲线小锤敲击的曲线7.2kg力棒敲击的曲线力棒敲击的曲线3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 （2）桩身砼）桩身砼岩石强度对比影响岩石强度对比影响随着商品混凝土的质量不断提高，一些施工条随着商品混凝土的质量不断提高，一些施工条件好、水平高的桩身混凝土强度往往远高于设件好、水平高的桩身混凝土强度往往远高于设计强度，而且致密、连续，对应力波的传播非计强度，而且致密、连续，对应力波的传播非常有利，综合阻抗会有很大的提高。相反，中常有利，综合阻抗会有很大的提高。相反，中风化岩层的强度并非很高，而且，对中风化岩风化岩层的强度并非很高，而且，对中风化岩层的岩体完整程度分为完整、较完整、较破碎、层的岩体完整程度分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎五种，后三种有较多或很多发育破碎、极破碎五种，后三种有较多或很多发育的裂隙，对应力波的传播速度都有影响。的裂隙，对应力波的传播速度都有影响。3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 （2）桩身砼）桩身砼岩石强度对比影响岩石强度对比影响本工程中，设计桩身砼强度为本工程中，设计桩身砼强度为C30，但芯样抗压试，但芯样抗压试验表明，芯样抗压强度代表值为验表明，芯样抗压强度代表值为50.9 MPa，其中，其中一个试件竟达到一个试件竟达到82.2 MPa，远高于设计强度。而，远高于设计强度。而根据地质报告持力层的岩石单轴饱和抗压强度平均根据地质报告持力层的岩石单轴饱和抗压强度平均值值33.7 MPa，同时岩体裂隙发育，岩体较破碎。，同时岩体裂隙发育，岩体较破碎。虽然应力波波速和强度之间没有一一对应关系，但虽然应力波波速和强度之间没有一一对应关系，但它们的整体趋势是正相关的。因此，对嵌岩桩，不它们的整体趋势是正相关的。因此，对嵌岩桩，不能认为一定会在桩底产生因阻抗增大的反向反射，能认为一定会在桩底产生因阻抗增大的反向反射，特别是对于岩体较破碎的岩层更是如此。特别是对于岩体较破碎的岩层更是如此。3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析3 工程实例 3.3 3.3 情况分析情况分析 （3）L/2处阻抗变化的影响处阻抗变化的影响本工程中，有不少桩在本工程中，有不少桩在L/2处阻抗存在增大的现象，其二次的正向反射加处阻抗存在增大的现象，其二次的正向反射加强了桩底的同相位反射信号。如图强了桩底的同相位反射信号。如图10，对这种情况的桩的桩底反射幅值，对这种情况的桩的桩底反射幅值，应考虑扣除二次反射信号叠加的因素，才能较准确地对桩底性状做出判应考虑扣除二次反射信号叠加的因素，才能较准确地对桩底性状做出判断。断。在山区，往往在较浅处即进入岩层，会引起阻抗增大的现象，在检测中在山区，往往在较浅处即进入岩层，会引起阻抗增大的现象，在检测中要注意。要注意。4 结论（1）低应变法检测的桩底的反射波形态和幅值会受桩）低应变法检测的桩底的反射波形态和幅值会受桩身身岩石强度比值和锤重影响。岩石强度比值和锤重影响。（2）在桩长一半处，若存在扩径或嵌岩反相位信号，）在桩长一半处，若存在扩径或嵌岩反相位信号，将会形成正相位的二次反射信号，影响桩底反射的判将会形成正相位的二次反射信号，影响桩底反射的判别，这一点在山区地质条件下最容易发生，应予以注别，这一点在山区地质条件下最容易发生，应予以注意。意。（3）钻芯法对嵌岩性状的判别应注意进尺寸细节和回）钻芯法对嵌岩性状的判别应注意进尺寸细节和回水的颜色变化，可摄像记录，必要时可对钻芯孔采用水的颜色变化，可摄像记录，必要时可对钻芯孔采用孔内摄像法辅助分析。孔内摄像法辅助分析。（4）工程经验有其适用条件，嵌岩桩一般为承载力较）工程经验有其适用条件，嵌岩桩一般为承载力较大的桩，当低应变检测存在桩底同相位反射时，除进大的桩，当低应变检测存在桩底同相位反射时，除进行分析、参考类似工程经验外，还是应根据工程具体行分析、参考类似工程经验外，还是应根据工程具体情况，采取其他方式进行验证。情况，采取其他方式进行验证。5 关于基桩孔内摄像 本文中几处提到基桩孔内摄像，而即将实施的新版本文中几处提到基桩孔内摄像，而即将实施的新版JGJ106建筑基建筑基桩检测技术规范桩检测技术规范也把基桩孔内摄像列入修订的主要内容之一，体现了也把基桩孔内摄像列入修订的主要内容之一，体现了检测越来越重视检测越来越重视“直接法直接法”的验证。在国外，也很重视图像在质量管理的验证。在国外，也很重视图像在质量管理中的作用，我们在肯尼亚做静载试验，报告中就要附许多图，包括很重中的作用，我们在肯尼亚做静载试验，报告中就要附许多图，包括很重要的堆载情况图，这样无形中检测质量会提高很多。要的堆载情况图，这样无形中检测质量会提高很多。5 关于基桩孔内摄像新版规范新版规范3.1.1：另外，对设计等级高、地基条件复杂、施工质量变异性：另外，对设计等级高、地基条件复杂、施工质量变异性大的桩基，或低应变完整性判定可能有技术困难时，提倡采用直接法大的桩基，或低应变完整性判定可能有技术困难时，提倡采用直接法（静载试验、钻芯和开挖，管桩可采用孔内摄像）进行验证。（静载试验、钻芯和开挖，管桩可采用孔内摄像）进行验证。多重缺陷：实测时域多重缺陷：实测时域曲线复杂，很难判断曲线复杂，很难判断缺陷位置缺陷位置8.0m明显缺陷8.3m严重缺陷8.9m细微裂缝5 关于基桩孔内摄像新版规范新版规范 3.3.3 (1)对多节预制桩，接头质量缺陷是较常见的问题。在无对多节预制桩，接头质量缺陷是较常见的问题。在无可靠验证对比资料和经验时，低应变法对不同形式的接头质量判定尺度可靠验证对比资料和经验时，低应变法对不同形式的接头质量判定尺度较难掌握，所以对接头质量有怀疑时，宜采用低应变法与高应变法或孔较难掌握，所以对接头质量有怀疑时，宜采用低应变法与高应变法或孔内摄像相结合的方式检测。内摄像相结合的方式检测。紧靠焊接位置的缺陷5 关于基桩孔内摄像在钻芯法的条文在钻芯法的条文7.3.5：有条件时，可采用孔内摄像辅助判断混凝土质量。：有条件时，可采用孔内摄像辅助判断混凝土质量。这一条就包括嵌岩桩桩底性状（沉渣、持力层）的辅助判别。这一条就包括嵌岩桩桩底性状（沉渣、持力层）的辅助判别。某工程桩底钻芯孔内摄像情况（沉渣厚）5 关于基桩孔内摄像同时，基桩孔内摄同时，基桩孔内摄像技术还可以对竖像技术还可以对竖向裂缝、超长管桩向裂缝、超长管桩等进行检测，其最等进行检测，其最大的优点就是直观、大的优点就是直观、定量。定量。5 关于基桩孔内摄像3.4.1 管桩孔内摄像可按中国工程建设标准化协会发布的管桩孔内摄像可按中国工程建设标准化协会发布的基桩孔内摄像基桩孔内摄像检测技术规程检测技术规程执行。执行。检测技术规程及仪器 地址：中国福州仓山区金塘路地址：中国福州仓山区金塘路52号号邮箱：邮箱：