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1、第5章 桩基础的测试与检测,1 概述,1.1 桩基的作用 桩基 桩是深入土层的柱型构件，柱与连接桩顶的承台组成深基础 作用 将上部结构的荷载，通过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层,1.2 特点 （1） 承载力高 （2） 稳定性好 （3） 沉降小 （4） 便于机械化施工 桩基础已成为建筑、交通、水利、港口等工程中广为采用的基础形式,1.3 应用 桩基础主要通过作用于桩尖土层的阻力和桩周土的摩阻力来支承轴向荷载，也可利用桩侧土的侧向阻力抵抗水平荷载,通常遇以下情况时可选用桩基础 (1)对地基沉降要求严格，不允许有不均匀或过大沉降的建筑物 (2)采用地基加固措施不合适的软弱地基或
2、特殊土地基 (3)当施工水位或地下水位很高或基础位于水中的建筑物 (4)高耸建筑物等 (5)建筑物受到大面积地面超载的影响，或软土上活荷载比较大的筒仓、油库等 (6)承受大荷载、动荷载、大偏心荷载的建筑物 (7)精密或大型设备的基础，对基础振动有较高要求的建筑 (8)意义重大或需长期保存的建筑物,a）桩筏基础 b)单桩单柱基础 c)厂房与设备桩基,建筑物桩基,桥梁桩基,港湾和海洋构筑物桩基,1.4 影响桩基承载力的因素 (1)桩侧土的性质与土层分布 (2)桩端土层的性质 (3)桩身与桩底的几何特征 (4)成桩效应,(1)竖向抗压桩，以承受竖向荷载为主的桩 (2)竖向抗拔桩，以承受竖向上拔荷载为
3、主的桩 (3)水平受荷桩，以承受水平荷载为主的桩 (4)复合受荷桩，所受的竖向、水平荷载均较大的桩,1.5 桩的分类,根据桩的受力情况,（1）打入桩 将预制好的桩体用击打或振动的方法打入地下成桩 （2）灌注桩 先成孔后浇筑混凝土 （3）静压桩 利用机械以强力将预制桩压入到设计位置,根据桩的成桩方法和工艺,（1）小桩 (d250mm) （2）中等直径桩 （250mmd800mm） （3）大直径桩 （d800mm） 工程中选用何种桩型，受地质条件、场地条件、承载力要求、施工设备、地下水位和经济条件等方面的限制,根据桩径大小,2 单桩竖向静载荷试验,2.1 试验要求,每加一级荷载待下沉量达到相对稳定
4、标准后再加下一级荷载，直至试验终止 每级加载量为预估单桩极限承载力的1/10，第一级荷载可按2倍分级荷载加荷 每级荷载施加后，第1小时内5、15、30、45、60由试桩观测系统观测一次百分表和应力计等铺设的传感器的读数，以后每30分钟测读一次，直至稳定 相对稳定标准 每级荷载作用下，每小时沉降量小于0.1mm，并连续出现两次,终止加荷条件,当出现下列情况之一时，即可终止加载 （1）当荷载-沉降（Q-S）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm （2）某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24小时尚未达到相对稳定标准,卸载 每级卸载量为每级加载量的2
5、倍 每级荷载测读一小时，按15、30、60分钟测读三次 全部卸载后，隔34小时再读一次稳定的残余沉降量,2.2 竖向荷载作用下桩身内力计算,荷载传递分析,根据桩上任一个单元体的静力平衡条件得,某一深度 处的桩身荷载为,桩身内力计算,桩身任一截面 的桩身轴力,桩周土的分层侧摩阻力和桩端阻力,桩身压缩问题,桩身第截面和第截面之间的压缩量为,3 基于BOTDR的桩基检测,3.1 竖向荷载作用下桩基承载性状分析,试桩概况 试桩为大直径超长灌注桩，桩径1m，桩长60m，采用静荷载试验方式。试验时最大荷载值为24600KN,工程地质剖面图,基于BOTDR的桩身压缩变形公式,桩身第 截面和第 截面之间的压缩
6、量为 桩身轴力公式推导为 桩身压缩量公式为,桩身压缩变形公式的验证,从图中可以看出:在前4级荷载下，两个传感器数据比较一致，随着荷载的增加两个数据逐渐分开，其相对误差大时为16%，总体上小于10%，说明基于BOTDR传感技术进行位移压缩变形的检测是可以信赖的,桩身变形位移,两种传感器的相对误差,桩身变形检测,桩身应变分布图,桩身内力计算,桩身轴力 桩侧摩阻力 桩端阻力 BOTDR仪器的采样间距为0.05m，因此通过传感光纤可以得到桩身每隔0.05m的桩身轴力和侧摩阻力,桩身内力检测,桩身轴力分布图,桩侧摩阻力分布图,4 单桩水平静荷载试验,4.1 试验方法 单向多循环加卸载法 这种方法可模拟基
7、础承受反复水平荷载(风载、地震荷载、制动力和波浪冲击力等循环性荷载） 试验方法 每级荷载施加后，恒载4分钟测读水平位移，然后卸载至零 停2分钟测残余水平位移，或者加载、卸载各10分钟，如此循环5次，再施加下一级荷载，试验不得小途停歇,中止试验 折断 水平位移超过3040 mm 桩侧地表裂缝或隆起 单桩横向临界荷载Hcr与极限荷载Hu的确定 临界荷载Hcr：桩身开裂，受拉区混凝土不工作 极限荷载Hu：桩身应力达到极限强度 荷载时间位移(H0- t-x0)曲线 荷载位移梯度(H0- x0/H0)曲线 荷载位移(H0- x0)曲线 荷载最大弯矩截面钢筋应力(H0- g)曲线,4.2 水平荷载下桩身弯
8、矩和挠度的推算,距中性轴 处的线应变为,桩身受水平荷载变形示意图,线应变与桩径方向位移间的关系得到,由曲率半径与弯矩之间的关系得到,推算桩的挠度变形,由此得到,4.2.1 水平荷载下桩身变形分析,试桩概况 试桩为钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长25m，采用水平静荷载试验方式。最大试验荷载为400KN，混凝土标号为C40 为了量测水平荷载作用下桩身应力分布和桩基发挥效果，桩身上铺设了两个U字型传感光纤,桩身内力传递分析,应变曲线,从图中可知，在水平荷载作用下，桩身变形主要集中在桩头到桩身6m处，之后桩身基本不受力。桩身应变随着荷载的增大，逐渐增大。从图中可知，在离桩头34m之间，桩身应变有变化，这主要是因为在桩基钻孔过程中，由于桩周土层坍塌使这部分扩孔而造成的,挠曲曲线,在水平荷载作用下，桩头挠度随着荷载的增大而逐渐增加，随着深度其增幅逐渐减小，桩身6m以下部分的桩不受水平推力影响,桩身弯曲挠度公式的验证,从图可知，两个数值在荷载小的时候有偏差，但其量值相差很小，随着荷载的增大其数值基本一致。从相对误差对比图中可知，两者相对误差在第五级之前波动较大，这主要是由于所测实测值较小引起的。第5级之后其值小于20%，并随着荷载的增大，相对误差逐渐减小,The end,