桩基施工与常用的检测手段

'总第102期　　　　　　　　西部探矿工程seriesNo.1022004年第11期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGNov.2004文章编号:1004—5716(2004)11—0028—04中图分类号:TU473116文献标识码:B桩基施工与常用的检测手段胡　帅(中国地质大学<武汉>研究生院,湖北武汉430074)摘　要:介绍了预制桩桩锤的选择、打桩引起的挤土效应及施工监测;泥浆、沉渣和后注浆技术对灌注桩承载力的影响,分析了目前各种桩基承载力测试方法的特点,并对目前桩基的完整性测试和打桩的振动监测的动态作了概述。关键词:桩基;施工;承载力测试;完整性测试;振动监测　　桩基础是一种重要的基础结构形式。按施工方法的不同,可打桩对土体产生的挤压运动可抽象成对承受外部荷载或外分为预制桩和钻孔灌注桩两大类,它们在国内外都有着大量的加变形的土体所产生的应力场或应变场的确定。在这方面,运用。如何有效地提高打桩效率,改善成桩工艺,成为工程界非Sagaseta作了较为深入的研究。同时,当桩所处的软土层中发生常关心并亟待解决的问题。另外对桩基施工过程进行有效的监水平运动时,会在桩与土之间产生水平压力,接着导致桩身产生测。尽可能地防患于未然,以及如何准确、及时地预测检查桩基弯矩及发生弯曲变形。图1是对某大厦地基工程打桩时挤土位的完整性和最终承载力,都是岩土工程中非常具有实用价值的移及桩位移图。课题。1　预制桩的施工与监测预制桩按所用材料的不同,可分为混凝土预制桩、钢桩和木桩。按沉桩方式分有锤击或振动打入、静力压入和旋入等。其中采用锤入混凝土预制桩的成桩方式应用最广,本文对其施工与监测作一些分析。1.1　桩锤的选择在打桩过程中最大压应力受桩锤落到桩顶上的速度影响很大,在打桩过程中不同的桩将产生不同的应力—时间曲线,而对桩身质量、桩锤质量和土的阻力则不敏感,使用重锤并不会在桩顶产生更大的压力,但是它能比轻锤持续更久的加压时间,从而使得每一击能产生更大的贯入度。但如果桩打在坚硬的土层中,则最大压应力很可能出现在桩底而非桩顶,在这种情况下就应当作特别的考虑。图1　某大厦地基工程打桩时挤出位移及桩位移当然,桩锤也不能过重,否则长时间的加压会使桩有一个较大的速度,使得在桩锤下降时桩与锤之间会脱开,虽然这只是一1.3　施工监测个很短的时间,但已足以使桩有一个自由端,使得压缩波在桩底打桩过程中桩和土体系的回弹和永久变形,提供了相当丰回弹成为拉伸波,使得桩顶自由回弹,从而降低能量转换效率。富的桩承载力信息。IFCO受荷兰预制桩协会(PREPAL)的委1.2　打桩引起的挤土效应托,在大量分析已有PDA测试结果的基础上,开发了以仅测试桩一方面由于锤击沉桩时进行得很猛烈,地表受到大大超过顶加速度为手段的PREPAL测试系统。目前主要用于预制桩的其极限强度的冲击,很快形成挤出破坏,使桩周围的地面隆起并施工监测,其主要成果:①每击的最大应力;②击数随深度变化;产生水平位移。随着打桩的进行,土中存在连续的滑动面,土体③承载力;④打桩机锤击效率;⑤监测桩垫的工作情况,及时发出不断地被挤出;另一方面,沉桩时,深层土受到上层土覆盖压力的信息更换桩垫;⑥监测桩在锤击过程中是否有断桩现象。该系统约束大,土不能向上挤出,猛烈沉桩时土体受到压缩和挤实,使土由于仅采用一只加速度传感器,非常方便,直接安装在桩机操作中孔隙水压力上升,形成超孔隙水压力。这种超孔隙水压力在粘室内,实现了桩基施工的全过程监测。性土中消散很慢,更加剧了土体的挤压、位移和隆起。打桩时这2　钻孔桩的施工种挤土作用会导致临近建筑物、地下结构和地下管线的损坏和混凝土灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔,然后在孔内安开裂。预防挤土影响的措施有:采用预钻孔打桩工艺;合理安排放钢筋笼,浇筑混凝土成桩。与预制桩相比,具有施工低噪音、低沉桩顺序;控制沉桩速率;开挖防震沟;打设钢板桩围护;井点降振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力水;预钻排水孔等。层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点。但©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 2004年　　　　　　　　　　　　　　　　胡　帅:桩基施工与常用的检测手段第11期29成桩工艺复杂、成桩速度较预制打入桩慢、成桩质量与施工工艺有值影响很大,同时也给分析结果带来了一定的误差。密切关系,如出现吊脚桩、颈缩、断裂等。灌注桩按成孔方法分为:2.2　后注浆技术泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业成孔灌注桩、爆扩成孔为了提高桩的施工工艺水平,使投入的材料得到更合理的利灌注桩和人工挖孔灌注桩等,以沉管灌注桩应用最广。用以大幅提高桩的侧阻和端阻,国内外都在研究灌浆技术。灌浆2.1　泥浆和沉渣技术在处理岩土体和地下结构物薄弱环节方面成了非常有效的手钻孔灌注桩由于是在地下开孔灌注成桩,故混凝土强度较段。而且随着灌浆材料、工艺处理和监控水平等各方面都更加成难保证。水下混凝土凝固时,水、土和混凝土之间发生复杂的反熟和科学,灌浆技术已经逐步被应用到桩基工程加固领域中。其应,在桩底不可避免会残留一定厚度的沉渣及持力层泡水软化,中桩底注浆和桩侧注浆(简称后注浆)就是该应用的典范之一。使桩侧摩阻力以及桩端阻力不能得到正常有效的发挥,从而极我国利用后注浆技术始于20世纪80年代初,北京等地区曾大地降低桩的承载力。应用桩底注浆处理砂砾石持力层干作业灌注桩桩底虚土及提高用泥浆护壁的桩,当泥浆过稠时,桩身混凝土与桩周土之间形其端阻力的试验和工程实践,取得了良好的效果。到了1993年,成一层1～5cm厚的泥皮。此时剪切滑裂面发生在紧贴桩身的泥中国建筑科学研究院地基基础研究所开发成功桩底和桩侧后注皮内,导致桩侧摩阻力显著降低。反循环钻进中浆液的浓度控制浆专利技术并在实际工程中得到广泛应用。是保证孔壁稳定的必要措施,但施工时间越长泥皮厚度越大,泥浆3　桩基承载力测试性能越差,对桩的承载性能影响越不利。因此应控制泥浆的浓度3.1　概述和性质,尽量缩短钻进时间,从而有效控制侧摩阻力的降低。无论是静力还是动力桩基测试方法均对桩———土系统施加钻孔灌注桩的直径沿桩长变化,其颈缩部分,桩土之间的剪力F(t),根据系统的响应[如速度a(t)、速度v(t)和位移s(t)],识切将在土中发生,桩身应力集中。颈扩部分,土对桩身的凸出部别该系统的特性(桩的完整性、土的阻力和桩的承载力等)。土是分有一个支撑力,并影响一定范围内的侧摩阻力的发挥。在分析两相介质,在不同的加荷速率下,其强度及变形特性相差很大。时,考虑到充盈系数的影响,取d实际=(1+β)/2d设计,其中:β为不同的测试方法,加荷速率及幅度不同,从而桩—土体系所表现充盈系数。的性能不同,导致各种方法的测试结果存在差异。另外,由于清孔方式不同,造成的桩底沉渣对大直径钻孔灌　　表1是各种桩基测试方法的力持续时间及变形速率。图2注桩的受力性能有很大的影响。如果沉渣处理得干净,对于大直给出了变形速率对砂性土的变形和强度影响。粘性土也有类似径嵌岩桩来说,其桩端沉降非常小,停止加载的条件一般为已达的结论。比较表1及图2,各种动力测试方法的荷载持续时间对到2倍的设计荷载,但其桩端阻力还未达到极限,说明桩的承载测试结果的影响。砂性土中桩的静载荷试验结果也表明,当桩接-4-3力还能提高,并没有充分利用其基岩的承载力。对于桩底有比较近破坏时的速率从10m/s增加到10m/s时,摩阻力约增加厚沉渣的大直径桩,停止加载的条件一般为桩顶沉降超过了允15%。当然,变形速率的影响可在土模型中考虑(如:case法许值,其P-S曲线表现为陡降段,一般取陡降段起点的荷载作CAPWAP法),但至今这种考虑还非常粗略。正因为如此,欧洲为桩的极限承载力,而事实上,此时只是表明桩底沉渣的压实,并规范规定,PDA测试结果只有当其与桩型相同、桩长和桩截面相不表示其已达到极限承载力的状态。故沉渣对桩的承载力的取似、地基条件相当的静载荷试验结果经过比较后,才能用于设计。表1　各种桩基测试方法的力持续时间及变形速率拟静载荷试验大应变动力测试小应变动力测试测试方法静载荷试验CPTPSPLTSTATNAMICPDA、PREPAL(瞬态)力持续时间t(s)0.20.080.010.0005桩的平均速度v(m/s)0.00010.020.10.52桩的运动特点静力运动静力运动拟静力运动刚体运动应力波传播应力波传播土的性能静力静力变形速率影响较小变形速率影响较大变形速率影响大3.2CPT及静载荷试验有国家均把静载荷试验作为确定桩承载力的最可靠方法。根据地基勘察资料计算桩的承载力是一个非常难的课题。由于锚桩反力系统实际上利用土的重力作反力,使土的有对于打入式桩,桩的打入改善了桩周土,土工试验得到的参数往效应力降低,从而使桩的承载力降低。当然这种差异与桩型、土往是实际的下限值。而对非打入式桩,计算其承载力就更加困层情况、桩距等因素有关。但从这方面看利用锚桩作反力的试验难,成孔往往减少了桩周土的有效应力,使桩的承载力减小,土工结果和压重作反力的相比总是偏小。传统的静载荷试验的荷载试验得到的参数一般情况下是实际的上限值。在荷兰,CPT被沉降测试既费力,误差又大,IFCO新近开发的荷载沉降测试系认为是评价桩承载力的最有效方法。利用CPT结果确定的桩设(LD-System),具有高精度、自动连续记录和分析试验结果的优计承载力,一般不再进行承载力测试。点,克服了这方面的困难。但是1982年第二届欧洲贯入试验会议期间进行的测试表承载力取值方法的不同对结果的影响也很大。一根打入桩明,利用土工资料计算桩的承载力差异很大。正因如此,几乎所的静载荷试验曲线,分别让几个国际上有名的专家确定允许承©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. Nov.2004西　部　探　矿　工　程　　　　　　　　　　　　　　　　　30No.11图2　变形速率对砂性土的变形和强度影响载力和极限承载力。得到的允许承载力在100～250t之间,极限承载力在300～540t之间。虽然允许承载力和极限承载力总的定义都相同,但不同专家具体标准不一样。可能在现场进行,即使是室内也只是选择其中的一些桩。上述实例说明了桩基的复杂性,即使用目前最可靠的方法前面提到的PREPAL测试系统也可用于施工完成后的桩承测试,也存在许多误差因素。这些基本问题,在桩基动测时同样载力及完整性测试,其主要技术有两方面:根据加速度,得到速度存在,而且某些方面更加突出。3.3　动力测试和桩的回弹及永久变形。3.4　拟静载试验包括用于测试桩基承载力的PDA(PileDrivingAnalyzer打桩常规的PDA测试,由于荷载持续时间短,不仅变形速率的影分析仪)等大应变动测和用于测试桩身结构完整性的PIT(桩身响使其和静载荷试验相比差异很大,而且因荷载持续时间小于结构完整性分析仪)及其它(如锤击激振、机械阻抗、水电效应、共应力波在桩中传播所需的时间2L/C,在分析测试结果时必须考振等)小应变动测。对于等截面、质地较均匀的预制桩,这些测试虑桩中应力波传播,使得分析变得非常复杂,导致所得结果可靠效果可靠或较为可靠。灌注桩的动测检验,目前已有相当多的实度降低。拟静载荷试验通过延长荷载持续时间,降低了应变率对践经验,而具有一定的可靠性。土性质的影响,克服了桩中应力波传播及拉应力的产生,使测试常规的PDA测试即在桩头下一定距离安装两只应变和两只结果分析非常简单,提高了测试结果的可靠性。加速度传感器,测试在桩头受冲击力下的应变和加速度。PDA4　桩基完整性测试分析承载力的方法很多,既有简单的计算公式(如case法、Impedance法、TND法),也有复杂的拟合法(如CAPWAP法、利用小应变法测试桩的质量在国内有许多方法,但不是所TNOWAVE法)。研制PDA原先目的用于监测预制桩的打入性有桩基缺陷都可以通过应力波方法监测发现。在PIT测试中,锤击力的持续时间(乘以桩波速后,也称为脉冲长度)是一个重要能,现在已经用于其他类型的桩。我国从事PDA研究、开发和应参数。对一般榔头及混凝土桩,脉冲长度约为2～3cm。理论分用的人员已很多,也有大量这方面的文献。PDA测试桩承载力的情况如何?第四届国际应力波会议也析和试验研究表明,当桩缺陷长度小于约1/4脉冲长度,桩的缺陷形状只能定性而不能定量确定。作为极限情况,缺陷宽度等于进行了这方面的考虑。共有国际上有名的10家单位,参加了4零的裂隙,利用应力波办法检测是不可能发现的。目前国内外有根预制桩的PDA测试和分析。大会在收到这些单位对这4根桩许多程序,利用类似CAPWAP的方法拟合确定缺陷的形状,实的荷载—沉降曲线分析结果后,对这4根及另一根未进行动力测际上拟合的只是一个可能的结果。试的桩进行静载试验。设置1根未经过动力测试的桩进行静载第四届国际应力波会议上曾对国际上有名的12家公司的桩试验,是为了评价动力试验本身对承载力的影响。图3给出了其基完整性测试系统进行了考试。参加者测试前从组委会处得到中1根的静载荷试验和PDA最高和最低测试结果(桩长11.5m、具有不同缺陷形状的预测桩资料,每根桩均有一个桩号。现场实截面0.25m×0.25m)。PDA的破坏荷载上下限分别为90kN和510kN,静载试验的破坏荷载340kN。际桩的桩号未知,要求通过测试确认。结果平均10根桩只测准4根,其中IFLO测准7根为最好。由于这次考试桩的缺陷难度　　有许多因素会造成WEAP和CAPWAP分析的误差,但土模较大,其总体成绩不能用于评价应力波法的可靠性,但在一定程型是一个非常关键的因素。现采用的Smith模型,无论是理论分度上也说明了各公司仪器和设备的灵敏度及可靠性。析、室内试验或现场模拟都证实与实际情况相差很大。能够综合5　打桩引起振动的监测考虑土的弹塑性、动力阻尼(应变率影响)、能量辐射阻尼的合理预制桩、振动灌注桩和板桩施工引起周围建筑物的振动破模型不难构造。问题是即使现在的简单模型,CAPWAP的拟合结果也不唯一。此外,由于计算机速度限制,CAPWAP分析还不©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 总第102期　　　　　　　　西部探矿工程seriesNo.1022004年第11期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGNov.2004文章编号:1004—5716(2004)11—0031—02中图分类号:TU75517文献标识码:B荔湾广场地下室防止底板裂缝的施工技术12陈小惠,陈国华(1、广东省水利水电第三工程局,广东广州510000;2、珠海市经济特区森茂工程监理有限公司,广东珠海519060)摘　要:在高层建筑的基础施工中,底板大多采用大体积混凝土,在施工中,如何控制温度变形裂缝开展,是大体积混凝土施工中的一个重大课题。通过理论分析,结合现场施工经验,总结了如何防止底板裂缝的施工技术。关键词:底板;防止裂缝;施工技术　　目前高层建筑由于深基础的设置和建筑功能的需要,一般3380kg/m;均设有一层或多层地下室,而地下室在施工过程中最关键的问施工季节温度:预计20℃～35℃。题是解决结构的防水问题。要保证地下室的底板及其它结构不(2)计算由于水化热引起砼内部绝热温升:漏水,其中底板的裂缝防止是极其重要的。-mtT1=W·Q/C·P(1-e)荔湾广场地下室结构平面尺寸为100m×300m,由2条永久=380×461/0.96×2400(1-e-0.4415)=75.188℃性结构缝分为三大部分,南北三分之一为塔楼部分,中部为中央(3)计算砼的最大冷缩值:广场。地下室周边采用连续墙围封,挡土、承重和兼作地下室外假设砼15d后内部温度同外界温度平衡,则15d后最大收缩墙。要使地下室干燥、不漏水,除了确保砼自身密实度,保证抗渗缝值S2按下面经验公式计算:标号满足设计要求外,最重要的是使大面积底板在施工过程中S-4-0.01t)])×m2(t)=3.24×10×[1×(-e1×m2×m3⋯×不产生裂缝。荔湾广场地下室底板在施工中主要采取以下技术m10措施。m1～m10为各种因素影响系数,查表选各种因素系数,得1　底板施工分块2.20,则由于荔湾广场地下室结构平面尺寸较大,为了减小外约束-4-0.01×15S2(15)=3.24×10×(1-e)×2.20=0.994×力和温度应力,同时有利于散热,降低混凝土的内部温度,不因混-410凝土干缩及内外温升引起裂缝,大面积底板采取分块浇筑,留后(4)砼收缩当量温差:浇带及后浇块的方法。主块(先浇块)采用普通抗渗砼,后浇带及-4-5T2=S2(15)/α=0.994×10/1×10=9.94℃后浇块采用微膨砼。(5)计算环境温度:111　底板结构普通抗渗砼分块尺寸计算根据资料,环境气温波动幅度35℃～28℃,取平均温度得:(1)基本资料:T3=3.5℃底板厚度:50cm;(6)最大整浇长度计算:底板配筋:单向筋率0.45%,钢筋最大直径Á40;#T=T1+T2+T3=75.188+9.94+3.5=88.63℃砼设计等级:C30.S8,采用525普硅,水灰比0.5,坏(指裂隙或建筑物不允许的振动),已成为桩基工程的重要问6　结束语题,也是历次应力波理论在桩基工程中应用国际会议的一个主要综上所述,有关桩基的科研单位、设计单位和施工单位应通议题。目前,对打桩引起的振动传播规律已相当清楚,但是定量力合作,在设计、施工过程中综合分析桩基的成桩过程、受力特性计算工地周围建筑物的振动量还不可能。传统的测试方法设备以及可能的缺陷形式,综合分析判断桩基成桩质量及承载力。笨重,不能进行实时监测,测试持续时间非常有限。IFCO开发的振动监测系统VM(VibrationMonitor)彻底解决了这个问题。该参考文献:系统轻便,直接放在被测建筑物上。可预设置采样最低限值,以[1]杨位光.地基及基础(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,去除没有价值的信号,当被测物的振动幅值超过预设置的限值以1998.外,系统会自动报警,系统可连续对被测物监测10d,甚至更长时[2]廖代广.土木工程施工技术(第二版)[M].武汉理工大学出版社,间。评价打桩引起振动的危害性,对不同的被测物有不同的标2002.准。利用VM-System测试结果和这些标准,可容易地评价打桩[3]陈云敏.荷兰的桩基工程测试技术[A],第四届全国土动力学学术会对周围结构物的危害程度。议论文集[C].©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.'