上海浦东新区建设工程技术监督有限公司
二○○七年八月八日
中国2010上海世博会公共活动中心工程
桩基检测试验方案
- 工程概况：
本工程的桩基测试内容包括单桩竖向抗压静载测试、单桩竖向抗拔静载测试、低应变动测、高应变动测、声波透射法及桩身桩底位移检测、桩身轴力、桩侧侧摩阻力检测等：
- 检测方案编制说明：
1、检测数量、方法：
《中国2010上海世博会公共活动中心工程》及本工程的桩基施工说明、桩位平面图及抗压桩抗拔桩详图。
| 序号 | 项目 | 试锚桩检测数量 | 工程桩检测数量 | 合计 | 抽检原则 |
| 1 | 试成孔检测 | —— | —— | 2个孔共8孔次 | 灌注桩施工前，主体建筑范围外 |
| 2 | 成孔检测 | 77孔次 | 224孔次 | 301孔次 | 试锚桩均测、其余的工程桩10% |
| 3 | 静载（抗压） | 10组 | —— | 10组 | 抗压试桩均测 |
| 4 | 静载（抗拔） | 9组 | —— | 9组 | 抗拔试桩均测 |
| 5 | 低应变 | 77组 | 1118组 | 1195组 | 试桩、锚桩均测，其余的工程桩50% |
| 6 | 高应变 | 10组 | 94组 | 104组 | 抗压试桩均测、其余抗压工程桩10% |
| 7 | 声测 | 19组 | 224组 | 243组 | 所有试桩均测，其余的工程桩10% |
| 8 | 桩身、桩底位移 | 19组 | —— | 19组 | 所有试桩均测 |
| 9 | 桩身轴力、
测摩阻力检测 |
19组 | —— | 19组 | 所有试桩均测 |
2、执行的规范：《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08―218―2003）
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）
《地基基础设计规范》（ DGJ08-11-1999 ）
- 现场要求：
- 一般要求：现场场地平整，道路通畅，便于吊、卡车进出场及起吊设备；提供220V和380V交流电用以照明和设备用电。临时用房一间
- 试桩期间，试桩静载设备2倍桩长范围内不得有重型机械或将产生振动设备的作业，确保检测数据的正确和检测工作的正常进行。
- 低应变检测前须将每工程桩全部开挖且将桩顶处理后进行。
- 工程桩高应变检测应将需检测的试桩按本方案的要求进行加固处理。
-
- 检测时间：
-
抗压静载检测速度为4天/ 组（包括设备安装及检测）；
抗拔检测检测速度为2天 /组（包括设备安装及检测）
低应变动测、高应变动测、成孔检测、声波透射检测待测试条件具备。检测时间由委托单位提前一天通知。一般在一天即可完成现场检测工作。桩身、桩底位移检测及桩身轴力、测摩阻力检测在静载试验进行时同时检测。
-
-
- 测试成果及期限
-
- 静载确定实测单桩竖向抗压（拔）极限承载力。提供单桩竖向抗压（拔）静载荷试验的Q—s曲线和s—lgt曲线以及成果汇总表。
- 低应变所测桩桩身完整性曲线和判断及缺陷描述。
- 试成孔检测提供连续12小时的孔径、、孔深、垂直度、及沉渣厚度的检测数据以判定孔壁稳定性能，评价施工机械和工艺是否满足灌注桩成桩的质量要求。
- 成孔检测提供孔径、、孔深、垂直度、及沉渣厚度的检测数据。
- 高应变检测提供抗压桩的实测承载力及桩身完整性。
- 声波透射法检测提供桩身完整性并判定桩身缺陷程度并确定其位置。
- 沉降杆法可提供在不同荷载作用下桩身各个需检测断面及桩端位移值。
- 基桩内力测试：对于竖向抗压静载试验桩可得到桩侧各土层的分层抗压摩阻力和桩端支承力；对竖向抗拔静荷载试验桩，可得到桩侧土的分层抗拔摩阻力；
- 每项试验结束后两天内提供速报，每个单项的检测工作结束后一周内提供正式报告。
注：需委托方在现场检测前提供地质勘察报告、成桩记录和桩位平面图，以供现场检测安排，分析参考。
第一章 单桩竖向抗压静载荷试验
- 静载仪器设备：
静载试验设备主要由主梁、次梁、锚桩等反力装置，千斤顶、油泵加载装置，压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置，位移传感器等位移测量装置组成。
1、反力装置：
静载试验加载反力装置根据现场条件选用锚桩横梁反力装置。我们确保锚桩横梁反力装置提供的反力不小于最大加载量的1.2倍，并且在最大试验荷载作用下，确保加载反力装置的全部构件不应产生过大的变形，有足够的安全储备并对锚桩抗拔力（地基土、抗拔钢筋、桩的接头混凝土抗拉能力）进行验算，并监测锚桩上拔量。以确保检测过程的安全可靠。
千斤顶
承压板
基
准
梁
试桩
锚桩试验装置示意图
垫块
枕头
次梁
拉杆
锚笼
锚桩主筋
地表
锚桩
试桩
次梁
基准梁
基准桩
主梁
锚桩
主梁
2、荷载测量设备：
荷载测量采用通过用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定， 采用荷重传感器的测量误差不大于1%。本工程选用的千斤顶的最大试验荷载对应千斤顶量程的30%～80%。
试验用油泵、油管在最大加载时的压力不超过规定工作压力的80%，当试验油压较高时，油泵应能满足试验要求。
- 沉降测量设备：
基准梁长度、刚度均能满足试验要求。基准梁的一端固定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上, 以减少温度变化引起的基准梁挠曲变形。采取有效遮挡措施，以减少温度变化和刮风下雨、振动及其他外界因素的影响；
| 反力装置 | 试桩中心与锚桩中心 | 试桩中心与基准桩中心 | 基准桩中心与锚桩中心 |
| 锚桩横梁 | ≥4（3）D且＞2.0m | ≥4（3）D且＞2.0m | ≥4（3）D且＞2.0m |
注： D为试桩、的设计直径或边宽。
沉降测定平面在桩顶200mm以下位置，测点应牢固地固定于桩身，在其两个方向对称安置4个百分表或位移传感器，
沉降测量采用大量程百分表，量程（0-50mm），全程示值误差和回程误差分别不超过40μm和8μm，相当于满量程测量误差不大于0.1%。沉降测量误差不大于0.1%FS，分辨率优于0.01mm。
- 桩头处理
试验过程中，为确保不会因试桩桩头破坏而终止试验，应对桩头进行处理。首先凿掉桩顶部的松散破碎层和低强度混凝土，露出主筋，冲洗干净桩头后再浇注桩帽，桩帽的施工应达到下列要求：
- 桩帽顶面应水平、平整、桩帽中轴线与原桩身上部的中轴线严格对中，桩帽面积大于或等于原桩身截面积，桩帽截面形状为方形。
- 桩帽主筋应全部直通至混凝土保护层之下，如原桩身露出主筋长度不够时，应通过焊接加长主筋，各主筋应在同一高度上，桩帽主筋应与原桩身主筋按规定焊接。
- 距桩顶１倍桩径范围内，宜用3ｍｍ厚的钢板围裹，或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于150mm。桩帽应设置钢筋网片3层，间距100mm。
- 桩帽混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1级，且不得低于C30。
- 桩帽加固图见抗压桩详图中SZ1、MP1、MP2。
- 试桩桩顶标高为便于沉降测量仪表安装，试桩顶部宜高出自然地面40cm。
- 锚桩顶部高度基本与地面高度持平，锚桩主筋应露出桩顶40cm。
- 静载检测技术
1、 系统检查
在所有试验设备安装完毕之后，应进行一次系统检查。对试桩施加一较小的荷载进行预压，消除整个量测系统和被检桩本身由于安装、桩头处理等人为因素造成的间隙而引起的非桩身沉降；排除千斤顶和管路中之空气；检查管路接头、阀门等是否漏油等。如一切正常，卸载至零，待百分表显示的读数稳定后，并记录百分表初始读数，即可开始进行正式加载。
2、维持荷载：本工程抗压桩采用两循环加载卸载法：
-
- 逐级等量加载：分级荷载为最大加载量的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍即20%，
- 每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。
- 试桩沉降相对稳定标准：在每级荷载作用下，桩顶的沉降量连续两次在每小时内不超过0.1mm，可视为稳定（由1.5h内的沉降观测值计算）。
- 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。
- 加载至最大试验荷载的0.7后即卸载。
- 卸载时，每级荷载维持1h，按第5、15、30、60min测读桩顶沉降量；。
- 再次按慢速维持荷载法进行加载至最大试验荷载的0.9后维持24小时，再加载至最大试验荷载后按慢速法进行卸载。
- 加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%
3、终止加载条件：
- 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。当桩顶沉降能稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm。
- 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准。
- 达到设计估算的试桩极限抗压承载力的1.1倍。
- 当荷载–沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。
4、试验资料记录
静载试验资料准确记录。试验前应收集工程地质资料、设计资料、施工资料等，填写桩静载试验概况表，概况表包括三部分信息，一是有关拟建工程资料，二是试验设备资料，千斤顶、压力表、百分表的编号等，三是受检桩试验前后表观情况及试验异常情况的记录。
5、 检测数据分析
（1）、绘制竖向荷载-沉降（Q-s）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线，需要时也可绘制s-lgQ、lgs-lgQ等其他辅助分析所需曲线，并整理荷载沉降汇总表。
（2）确定实际单桩竖向抗压极限承载力。
第二章 单桩竖向抗拔静载荷试验
一.仪器设备
单桩竖向抗拔静载试验设备主要由主梁、次梁（适用时）、反力桩或反力支承墩等反力装置，千斤顶、油泵加载装置，压力表、压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置，百分表或位移传感器等位移测量装置组成。
1、 反力装置
抗拔试验反力装置采用反力桩提供支座反力，反力架系统具有不小于1.2倍的安全系数。
采用反力桩提供支座反力时，反力桩顶面应平整并具有一定的强度，为保证反力梁的稳定性，反力桩顶面直径（或边长）不小于反力梁的梁宽，否则，应加垫钢板以确保试验设备安装稳定性。
穿心千斤顶
主梁
支承墩或
支承桩
主筋
百分表
基准梁
试桩
支承桩
反力梁
试桩
表座
测微表
球铰
液压
千斤顶
球铰
液压
千斤顶
≥4D且>2.0m
≥4D且>2.0m
基准
支承桩
垫块
加载装置采用千斤顶放在试桩的上方、主梁的上面。间隙示意图
2 荷载测量
荷载测量可采用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定。
3 上拔量测量
桩顶上拔量测量平面必须在桩顶或桩身位置，安装在桩顶时应尽可能远离主筋，严禁在混凝土桩的受拉钢筋上设置位移观测点，避免因钢筋变形导致上拔量观测数据失实。
试桩、基准桩之间的中心距离的规定与单桩抗压静载试验相同，基准桩需打入地面以下一定深度（一般不小于1m）。
沉降测量采用大量程百分表，量程（0-50mm），全程示值误差和回程误差分别不超过40μm和8μm，相当于满量程测量误差不大于0.1%。沉降测量误差不大于0.1%FS，分辨率优于0.01mm。
二、桩头处理：
- 抗拔试桩桩顶部高度基本与地面高度持平，试桩主筋应露出桩顶40cm。
- 支撑桩主筋应全部直通至混凝土保护层之下，如原桩身露出主筋长度不够时，应通过焊接加长主筋，各主筋应在同一高度上，筋应与原桩身主筋按规定焊接。
- 支撑桩距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于150mm。桩帽应设置钢筋网片2层，间距100mm。
- 支撑桩桩顶混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1级，且不得低于C30。
- 桩帽加固图见抗压桩详图中SZ1、钢筋网片设置见MP2。
三、检测技术
单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。慢速维持荷载法可按下面要求进行。
1 加卸载分级
加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。终止试验后开始卸载，卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。
加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。
2 桩顶上拔量的测量
加载时，每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。卸载时，每级荷载维持1h，按第5、15、30、60min测读桩顶沉降量；卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为第5、10、15、30min，以后每隔30min测读一次。
试验时应注意观察桩身混凝土开裂情况。
3 变形相对稳定标准
在每级荷载作用下，桩顶的沉降量在每小时内不超过0.1mm，并连续出现两次，可视为稳定（由1.5h内的沉降观测值计算）。当桩顶上拔速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。
4终止加载条件
当出现下列情况之一时，可终止加载：
- 在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。
- 按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。
- 对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。
如果在较小荷载下出现某级荷载的桩顶上拔量大于前一级荷载下的5倍时，应综合分析原因。若是试验桩，必要时可继续加载，当桩身混凝土出现多条环向裂缝后，其桩顶位移会出现小的突变，而此时并非达到桩侧土的极限抗拔力。
5 试验记录
试验资料的收集与记录可参照竖向抗压试验的有关规定执行。
三、 检测数据分析
1 抗拔极限承载力
单桩竖向抗拔极限承载力应绘制上拔荷载U与桩顶上拔量δ之间的关系曲线（U-δ）和桩顶上拔量δ与时间对数之间的曲线（δ-lgt曲线）。但当上述二种曲线难以判别时，也可以辅以δ-lgU曲线或lgU-lgδ曲线，以确定拐点位置。
单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定：
- 根据上拔量随荷载变化的特征确定
对陡变型U-δ曲线，取陡升起始点对应的荷载值。对于陡变型的U-δ曲线（如图5-4所示），可根据U-δ曲线的特征点来确定，大量试验结果表明，单桩竖向抗拔U-δ曲线大致上可划分为三段：第Ⅰ段为直线段，U-δ按比例增加；第Ⅱ段为曲线段，随着桩土相对位移的增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快；第Ⅲ段又呈直线段，此时即使上拔荷载增加很小，桩的位移量仍急剧上升，同时桩周地面往往出现环向裂缝；第Ⅲ段起始点所对应的荷载值即为桩的竖向抗拔极限承载力Uu。
- 根据上拔量随时间变化的特征确定
取δ-lgt曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值。
- 根据lgU-lgδ曲线来确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取lgU-lgδ双对数曲线第二拐点所对应的荷载为桩的竖向极限抗拔承载力。当根据δ-lgU曲线来确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取δ-lgU曲线的直线段的起始点所对应的荷载值作为桩的竖向抗拔极限承载力。
工程桩验收检测时，混凝土桩抗拔承载力可能受抗裂或钢筋强度制约，而土的抗拔阻力尚未发挥到极限，若未出现陡变型U-δ曲线、δ-lgt曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲等情况时，应综合分析判定，一般取最大荷载或取上拔量控制值对应的荷载作为极限荷载，不能轻易外推。
第三章 高应变动测
本次检测仪器采用美国桩基动力学公司生产的PDA桩基动测仪(PAK型)，检测示意图如下图。
高应变动力试桩的基本原理是：用重锤冲击桩顶，使桩-土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。
高应变动力试桩示意图
二、检测仪器及设备：
1、测试仪器：PDA打桩分析仪、
2、锤击设备：10吨重锤
3、贯入度测量仪器：精密水准仪，铟钢尺
4、分析设备及分析软件：笔记本电脑、CAPWAP软件
三、检测时间：
高应变测试在静载试验前检测。
四、现场检测：
1、桩头加固处理
具体见抗压静载试验试桩桩顶加固方案。
2、 锤击装置安装
为了减小锤击偏心和避免击碎桩头，我们将保证锤击装置与桩身对中且平稳地冲击桩顶。
3、 传感器安装
为了减小锤击在桩顶产生的应力集中和对锤击偏心进行补偿，传感器会安装在距桩顶一定的距离以下，一般取1.5倍桩径。检测时将对称安装冲击力F和桩身质点速度v传感器各两个，传感器安装见下图：
传感器安装示意图 （单位：mm）
4、 桩垫或锤垫
本项目将采用自由落锤装置，桩头顶部设置桩（锤）垫，可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。
-
- 检查和确认仪器的工作状态
- 高应变检测时，一般情况下桩头不宜重复多次锤击，因此检测工程师会在锤击前检查和识别仪器的工作状态。主要是：利用仪器内置标准的模拟信号触发所有测试通道进行自检，以确认包括传感器、连接电缆在内的仪器系统是否处于正常工作状态。
- 重锤低击
采用自由落锤，确保重锤低击，最大锤击落距不宜大于1.5m。
8、检查采集数据质量
检测时应及时检查采集数据的质量；每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移﹑贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。
发现测试波形紊乱，应分析原因；桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。
四、数据分析
1、实测曲线拟合法判定单桩承载力
实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。其过程为：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度（或力、上行波、下行波）曲线作为输入边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线（以及贯入度的计算值与实测值）的吻合程度良好且不易进一步改善为止。我们会主要从以下几个方面保证曲线拟合的质量：
（1） 所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。
（2） 拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。
（3） 曲线拟合时间段长度在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于20ms；
（4） 各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值。
（5） 拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。
（6） 贯入度的计算值应与实测值接近。
2、桩身完整性判定
高应变法检测桩身完整性具有锤击能量大，可对缺陷程度定量计算，连续锤击可观察缺陷的扩大和逐步闭合情况等优点。桩身完整性判定可采用以下方法进行：
（1） 采用实测曲线拟合法判定时，拟合所选用的桩土参数应按承载力拟合时的有关规定；根据桩的成桩工艺，拟合时可采用桩身阻抗拟合或桩身裂隙（包括混凝土预制桩的接桩缝隙）拟合。
（2）桩身完整性系数β和桩身缺陷位置x按下述公式计算。
式中 x──桩身缺陷至传感器安装点的距离；
tx──缺陷反射峰对应的时刻；
Rx──缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射波起始点的力与速度乘以桩身截面力学阻抗之差值，
桩身完整性判定
| 类别 | β值 |
| Ⅰ | β＝1.0 |
| Ⅱ | 0.8≤β＜1.0 |
| Ⅲ | 0.6≤β＜0.8 |
| Ⅳ | β＜0.6 |
五、检测报告：
检测报告给出的信息：
（1） 工程概述；
（2） 检测方法、原理、仪器设备（锤重）和过程的叙述；
（3） 岩土工程条件；
（4） 受检桩的桩号、桩位平面图，复打休止时间；
（5） 计算中实际采用的桩身波速值和Jc值；
（6）实测曲线拟合法实测曲线、拟合曲线、模拟静载曲线、土阻力沿桩身分布图；
（7） 实测贯入度；
（8）所采用的桩锤型号、桩身完整性；
（9）桩承载力和完整性等检测结论。
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- 测试成果及期限
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- 高应变测试提供如下成果：实测曲线拟合法的实测F-v曲线，拟合曲线、模拟静载Q-s曲线、土阻力沿桩身分布图。
- 试验结束出场后一天内提供速报，全部的检测工作结束后七天内提供正式报告。
注：需委托方在现场检测前提供地质勘察报告、成桩记录和桩位平面图，以供现场检测安排，数据分析参考。
第四章 低应变动测
-
- 测试仪器和激振设备
桩基低应变测试仪（PIT），
测量响应传感器为压电式加速度传感器
激振设备采用力锤
-
- 桩头处理
桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。对低应变动测而言，判断桩身阻抗相对变化的基准是桩头部位的阻抗。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件等同。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面桩顶表面应平整干净且无积水；应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平，多次锤击信号重复性较差时，妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。
-
- 测试参数设定
从时域波形中找到桩底反射位置，确定桩底反射的时间，根据c =2L/ t，计算波速c。桩长参数以实际记录的施工桩长为依据。测试前桩身波速可根据本地区同类桩型的测试值初步设定。再根据前面测试桩的真实波速的平均值，对初步设定的波速作调整。
-
- 传感器安装和激振操作
传感器安装点
- 激振锤击点
传感器的安装面应通过耦合剂与桩顶面紧密接触，耦合剂（一般选用黄油）层尽可能薄。激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。传感器安装点与激振点距离和位置见下图：
桩径较大时，宜增加检测点数量，通过各接收点的波形差异，大致判断浅部缺陷是否存在。每个检测点有效信号数不宜少于3个，而且应具有良好的重复性，通过叠加平均提高信噪比
五、检测数据分析和判定
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- 通过单根桩桩身波速统计确定桩身波速平均值
当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值按下列三式计算其平均值
式中 ——桩身波速的平均值；
ci——第i根受检桩的桩身波速值，《规范》JGJ106-2003要求ci取值的离散性不能太大，即︱ci－︱/≤5%；
L ——测点下桩长；
ΔT——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差；
Δ f —— 幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差；
n——参加波速平均值计算的基桩数量（n≥5）。
2、桩身缺陷位置
桩身缺陷位置计算采用下列两种方式之一：
式中 x ——桩身缺陷至传感器安装点的距离；
Δtx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差；
c ——受检桩的桩身波速，无法确定时用cm值替代；
Δ f ′——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差。
缺陷桩典型时域信号特征
缺陷桩典型速度幅频信号特征
-
- 桩身完整性类别判定
依据实测时域信号特征进行桩身完整性判定的分类标准见下表，同时检测分析人员结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等综合分析判定。
桩身完整性判定
| 类别 | 时域信号特征 |
| Ⅰ | 2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波 |
| Ⅱ | 2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波 |
| Ⅲ | 有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间 |
| Ⅳ | 2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；
或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波 |
六、检测报告
检测报告包括下列的信息：
（1） 工程概述；
（2） 岩土工程条件；
（3） 检测方法、原理、仪器设备和过程叙述；
（4） 受检桩的桩号、桩位平面图和相关的施工记录；
（5） 桩身波速取值；
（6） 桩身完整性描述、缺陷的位置及桩身完整性类别；
（7） 时域信号时段所对应的桩身长度标尺、指数或线性放大的范围及倍数；
（8） 桩身完整性四种类别统计结果等检测结论。
第五章 试成孔质量检测
检测内容
①检测钻孔直径；
②检测钻孔垂直度；
③检测一次清孔后孔底沉渣厚度；
④检测钻孔深度；
⑤检测孔壁稳定性
检测依据
①《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）
②《建筑基桩检测技术规程》（DGJ08-218-2003）
仪器设备
本次成孔质量检测采用的仪器设备为全自动数字成孔质量检测仪器。检测系统由便携式地面数字采集记录仪、数字综合探管（集孔径探管、孔斜探管、电阻率探管三位一体化）、脉冲传动式孔口滑轮、无级变速电动绞车、便携式计算机、E打印机及数据处理软件组成。本系统可由计算机控制一次性自动采集孔径、垂直度(孔斜)、沉渣和孔深数据，并分析成孔质量及孔壁稳定性。
检测原理
①孔径测量
孔径测量采用数字综合探管的孔径探管进行量测。测量时探管的4条测量壁带动连杆作上下移动，连杆上端接一电工软铁，软铁在差动传感器线圈内移动，所产生的电信号经转变即为相应测量腿张开的距离大小。在探管内供设置四个差动位移传感器，分别对应于四个测量腿，当被测孔径大小变化时，四条测量腿将相应的扩张和收缩，从而带动四个软铁在其差动传感器线圈内来回移动，所产生的电信号经合成转变数字信号后，再传输到地面接收仪器即可得孔径的大小。
②垂直度测量
桩孔要求所测角度都很小(一般小于2°)，主要是测微角度，因此要求所测的精度很高。为实现连续测量顶角，必须采用无触点测量方法。桩孔垂直度测量的主要工作原理是采用一个感应式差动位移传感器,并在传感器线圈内放置一个重力摆锤（铁芯），摆锤与摆柄相连，摆柄上端固定在两端镶有滚珠的轴承上。当摆锤在感应器线圈内来回摆动时，可产生一个正负电压，用相敏检波的方法，即可测出电压的大小和正负，即代表摆锤的摆距和方向。在探管内放置两个互相垂直的顶角位移传感器，分别测量两个摆锤在互为垂直方向上的摆距x、y，进行矢量合成即可得桩孔顶角。
③沉渣测量
沉渣是孔底沉积颗粒物质，它的电阻率与泥浆、水等物质的电阻率不同，通过测量孔底电阻率的变化，就可测出沉渣的厚度。在探管下端安装2个电极，当电极埋入沉渣中时，通电即可测出此时周围物质的电阻率；当探管提升出沉渣进入泥浆时，又可测出此时泥浆的电阻率，从电阻率变化曲线上可定出沉渣厚度。
④孔深测量
桩孔深度通过安装在井口滑轮上的光电脉冲发生器进行量测。根据绕在孔口滑轮上的电缆线每走一米，滑轮转动二圈，装在滑轮上的光电脉冲发生器随着滑轮一起转动，并产生深度脉冲信号通过电缆传送到记录仪作深度显示记录。
五、检测方法
㈠ 深度测量
滑轮装在由二条铝合金槽钢组成的井口支架上，电缆每移动一米，滑轮应转动三圈。滑轮上装的光电脉冲发生器随着滑轮一起转动，并产生3600个深度脉冲信号传送到微处理器作采样脉冲同时通过串行接口到上位机作深度显示。
㈡ 孔径测量
采用接触式方法测量，利用四条测量腿紧贴井壁，将两个正交方向上孔径变化的平均值反映出来。测量腿由弹簧支撑着，下放时测量腿置于开腿盘中被束缚住，到了孔底，抖动一下电缆，利用泥浆的反力将开腿盘拉下，测量腿在弹簧的作用下弹开直至井壁，测量腿随电缆提升而沿井壁作向上运动，孔壁直径的变化带动测量腿倾角的变化，其变化由传感器变成电信号，电缆每移动2.5cm下位机作一次采样，通过串口送上位机处理。孔径计算公式：
Ｄ＝Ｄ0＋K0（△VMN/I）
Ｄ0— 起始孔径（常数）
Ｋ0 — 仪器常数
I — 供给的恒定电流（10mA）
㈢ 沉渣测量
沉渣探管下到孔底后，将绞车减速箱与齿轮脱开，用手摇柄绞上几米，然后松手让探管自由下落，穿过沉渣层抵达原土层，将松弛的电缆收紧，作好测量准备，缓慢地用手柄绞电缆，提速每分钟约1m，采样间隔2.5 mm，在探头通过沉渣界面时，电场会发生畸变，沉渣曲线会跳变。可根据跳变曲线的拐点估算出沉渣厚度。
㈣ 垂直度测量
高精度数字测斜仪，可将数字信号直接上传至计算机。可根据设计孔径和设计孔深两个指标来选择Φ200mm （大孔径桩孔选择Φ420mm ）扶正圈，。测量时采用点测，每5m或10m采一次样，测量结束后计算机可计算出偏心距、垂直度,。
α=tg-1√tg2(X-X0)/100+ tg2(Y-Y0)/100
X、Y：二只传感器信号；
X0、Y0：仪器常数；
α：顶角值。
七 检测报告
检测报告包括以下内容：
1. 委托方名称，工程名称、地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，基础、设计要求，检测目的，检测依据，检测数量，检测日期；
2. 地质条件描述；
3. 受检桩的桩号、桩位和相关施工记录；
4. 检测方法，检测仪器设备，检测过程叙述；
5. 受检桩的检测数据，实测曲线、表格和汇总结果；
6. 与检测内容相应的检测结论。
第六章 声波透射法
一、声波透射法原理：
基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数, 然后对这些检测数据进行处理、分析和判断,确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。
二、仪器设备
超声仪：NM4B型非金属超声仪。仪器在检定周期内。
换能器：径向换能器
三、 声测管埋设
1 声测管为50mm镀锌钢管。
2 声测管应下端封闭、上端加盖、管内无异物；声测管连接处应光滑过渡，管口应高出桩顶1OOmm以上，且各声测管管口高度宜一致。
3 应采取适宜方法固定声测管，使之成桩后相互平行。
4 声测管埋设数量为3根管。
1
3
声测管布置图
检测剖面编号分别为1-2、1-3、2-3；根据设计图纸，本工程声测管埋设为3φ50的镀锌钢管。
5声测管的连接与埋没
用作声测管的管材一般都不长（钢管为6m长一根）当受检桩较长时，需把管材一段一段地联结，接口必须满足下列要求：
- 有足够的强度和刚度，保证声测管不致因受力而弯折、脱开；
- 有足够的水密性，在较高的静水压力下，不漏浆；
- 接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍接头的上、下移动。
通常有两种联结方式：螺纹联结和套筒联结。
一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼内侧，在成孔后，灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，声测管底部应密封，如果受检桩不是通长配筋，则在无钢筋笼处的声测管间应设加强箍，以保证声测管的平行度。
安装完毕后，声测管的上端应用螺纹盖或木塞封口，以免落入异物，阻塞管道。
Ⅰ
Ⅰ
1
2
3
4
Ⅱ
2
1
4
Ⅰ—Ⅰ
3
(a)
(b)
5
3
声测管的安装方法
1—钢筋， 2—声测管，3—套接管，4—箍筋，5—密封胶布
（3） 检查测试系统的工作状况，。
（4） 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高，测量管口标高，作为计算各测点高程的基准。
（5） 向管内注入清水，封口待检。
（6） 在放置换能器前，先用直径与换能器略同的圆钢作吊绳。检查声测管的通畅情况，以免换能器卡住后取不上来或换能器电缆被拉断，造成损失。有时，对局部漏浆或焊渣造成的阻塞可用钢筋导通。
（7） 用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管组成的检测剖面各测点测距，测试误差小于1%。
（8） 测试时径向换能器宜配置扶正器，尤其是声测管内径明显大于换能器直径时。
五、现场检测步骤
（1） 将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处。
（2） 发射与接收声波换能器应以相同标高同步升降，测点间距不宜大于250mm。
现场的检测过程一般分两个步骤进行，首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常的测点。然后，对声学参数异常的测点采用加密测试、斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测，这样一方面可以验证普查结果，另一方面可以进一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依据。
六 检测数据的分析与判定
各测点的声时tc、声速v、波幅Ap及主频f应根据现场检测数据，按下列各式计算，并绘制声速-深度（v—z）曲线和波幅-深度（Ap-z）曲线，需要时可绘制辅助的主频-深度（f-z）曲线：
式中：-第i测点声时（μs）；
-第i测点声时测量值（μs）；
-仪器系统延迟时间；
-声测管及耦合水层声测修正值（μs）；
-每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离（mm）；
-第i测点声速（km/s）；
-第i测点；
-第i测点信号波峰值（V）；
-零分贝信号幅值（V）；
-第i测点信号主频值（kHz），也可由信号频谱的主频求得；
-第i测点信号周期（μs）
10.4.2声速临界值应按下列步骤计算：
1) 将同一检测面各测点的声速值vi由大到小依次排序，即
（15-12）
式中 vi——按序列排列后的第i个测点的声速测量值；
n——某检测剖面的测点数；
k——逐一去掉（5-12）式vi序列尾部最小数值的数据个数。
2) 对逐一去掉vi序列中最小值后余下的数据进行统计计算，当去掉最小数值的数据个数为k时，对包括vn-k在内的余下数据v1~vn-k按下列公式进行统计计算：
（15-13）
（15-14）
（15-15）
式中 v0——异常判断值；
vm——（n-k）个数据的平均值；
sv——（n-k）个数据的标准差；
λ1——由表15-1查得的与（n-k）相对应的系数。
统计数据个数（n-k）与对应的值 表15-1
| n-k | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | 34 | 36 | 38 |
| λ1 | 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 |
| λ1 | 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 |
| λ1 | 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 |
| λ1 | 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 |
| λ1 | 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 |
| λ1 | 2.47 | 2.50 | 2.52 | 2.54 | 2.56 | 2.58 | 2.61 | 2.64 | 2.67 | 2.69 |
3) 将vn-k与异常判断值v0进行比较，当vn-k≤v0时，vn-k及其以后的数据均为异常，去掉vn-k及其以后的异常数据；再用数据v1~vn-k-1并重复式(15-13)至（15-15）的计算步骤，直到vi序列中余下的全部数据满足：
（15-16）
此时，v0为声速的异常判断临界值vc0。
4) 声速异常时的临界值判据为：
vi ≤vc0 （15-17）
当式（15-17）成立时，声速可判定为异常。
综合判定的方法
相对于其它判据来说声速的测试值是最稳定的、可靠性也最高，而且测试值是有明确物理意义的量，与混凝土强度有一定的相关性，是进行综合判定的主要参数，波幅的测试值是一个相对比较量，本身没有明确的物理意义，其测试值受许多非缺陷因素的影响，测试值没有声速稳定，但它对桩身混凝土缺陷很敏感，是进行综合判定的另一重要参数。
综合分析往往贯彻于检测过程的始终，因为检测过程中本身就包含了综合分析的内容（例如对平测普查结果进行综合分析找出异常测点进行细测），而不是说在现场检测完成后才进行综合分析。
现场检测与综合分析可按以下步骤：
(1) 采用平测法对桩的各检测剖面进行全面普查。
(2) 对各检测剖面的测试结果进行综合分析确定异常测点。
1) 采用概率法确定各检测剖面的声速临界值。
2) 如果某一检测剖面的声速临界值与其它剖面或同一工程的其它桩的临界值相差较大，则应分析原因，如果是因为该剖面的缺陷点很多声速离散太大则应参考其它桩的临界值；如果是因声测管的倾斜所至，则应进行管距修正，再重新计算声速临界值；如果声速的离散性不大，但临界值明显偏低，则应参考声速低限值判据。
3) 对低于临界值的测点或PSD判据中的可疑测点，如果其波幅值也明显偏低，则这样的测点可确定为异常点。
(3) 对各剖面的异常测点进行细测（加密测试）
1) 采用加密平测和交叉斜测等方法验证平测普查对异常点的判断并确定桩身缺陷在该剖面的范围和投影边界。
2) 细测的主要目的是确定缺陷的边界，在加密平测和交叉斜测时，在缺陷的边界处，波幅较为敏感，会发生突变；声速和接收波形也会发生变化，应注意综合运用这些指标。
(4) 综合各个检测剖面细测的结果推断桩身缺陷的范围和程度。
1) 缺陷范围的推断
考察各剖面是否存在同一高程的缺陷。
如果不存在同一高程的缺陷，则该缺陷在桩身横截面 的分布范围不大，该缺陷的纵向尺寸将由缺陷在该剖面的投影的纵向尺寸确定。
如果存在同一高程的缺陷，则依据该缺陷在各个检测剖面的投影大致推断该缺陷的纵向尺寸和在桩身横截面上的位置和范围。
对桩身缺陷几何范围的推断是判定桩身完整性类别的一个重要依据，也是声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的优点。
2) 缺陷程度的推断
对缺陷程度的推断主要依据以下四个方面：
-
-
- 缺陷处实测声速与正常混凝土声速（或平均声速）的偏离程度。
- 缺陷处实测波幅与同一剖面内正常混凝土波幅（或平均波幅）的偏离程度。
- 缺陷处的实测波形与正常混凝土测点处实测波形相比的畸变程度。
- 缺陷处PSD判据的突变程度。
-
在对缺陷的几何范围和程度作出推断后，对桩身完整性类别的判定可按下表描述的各种类别桩的特征进行。
桩身完整性判定
| 类别 | 特征 |
| Ⅰ | 各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常 |
| Ⅱ | 某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于限值异常 |
| Ⅲ | 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常； 局部混凝土声速出现低于限值异常 |
| Ⅳ | 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常； 桩身混凝土声速出现普遍低于限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变 |
七 检测报告
检测报告包括以下内容：
1. 委托方名称，工程名称、地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，基础、结构型式，层数，设计要求，检测目的，检测依据，检测数量，检测日期；
2. 地质条件描述；
3. 受检桩的桩号、桩位和相关施工记录；
4. 检测方法，检测仪器设备，检测过程叙述；
5. 受检桩的检测数据，实测与计算分析曲线、表格和汇总结果；
6. 与检测内容相应的检测结论。
以及包括：
（1）声测管布置图；
（2）受检桩每个检测剖面声速—深度曲线；
（3）缺陷分布图示。
桩身内力测试
（一）、仪器设备及埋设：
1、本工程采用钢筋应变计进行桩身轴力及侧摩阻力量测，采用沉降杆法进行桩身和桩底的位移测试。
2、钢筋应力计的埋设分五个量测断面，每个断面设置在土层分界处，每个断面两侧各设置两个钢筋应力计，平剖面图见图：
3、把钢筋应力计在钢筋笼主筋上进行量测，连接测力计的电缆线绑扎在钢筋笼上引至地面，不应张拉太紧，接头处做防水处理 。
4、所有应力计均用明显标记编号 。
5、沉降杆采用32mm圆钢，外管固定在桩身与主筋绑扎，内管下端固定在需测试断面（土层分界处），顶端高出外管100mm，并能与固定断面同步位移。
6、沉降杆应有一定刚度，沉降杆外径与外管内径之差不宜小于10mm,沉降杆接头处应光滑。
7、沉降杆的埋设分两个量测断面，平剖面图见附图：
8、沉降杆的测量仪采用位移传感器或大量程百分表，要求与静载测试同时检测。
（二）、测试原理
- 假定同一断面钢筋与混凝土的变形协调，桩身全长混凝土弹性模量相同。
- 桩身轴力Pz计算公式为：
Pz=Ec•Ac·εc+Es·As·εs=( Ec•Ac+ Es·As) ·εs----------------(1)
Ec 、Es-----砼弹性模量、钢筋弹性模量
Ac、As----同一断面处砼面积、钢筋面积（桩身某一断面直径采用实测孔径曲线中数值）。
εc、εs ----同一断面钢筋与混凝土的应变，由于假定同一断面钢筋与混凝土的变形协调，不出现裂缝，故εc=εs
- 钢筋应力计计算公式：
Ps=k·(F²-F0²)=Es·εs·As’ -------------------------------------(2)
式中：Ps---钢筋轴向力（KN）
F、F0---钢筋测力计的实测频率值、初始频率值（HZ）
K---测力计标定系数
As’---钢筋应力计面积（cm²）
- 桩侧摩阻力计算fi
fi=(Pzi-Pzi+1)/A侧I--------------------------------------------(3)
fi-----i断面至i+1断面之间的桩侧摩阻力（Kpa）(按均布计算)
Pzi----i断面的轴力（KN）（i=1、2、3、……）
A侧I---i断面至i+1断面之间的桩侧面积（根据孔径测试曲线确定）（cm²）
（三）、现场检测
- 桩身内力测试与桩的静载荷试验同步进行。
- 在静载荷试验加载以前，先用频率计量测各钢筋应力计的初始频率F0。
- 在数据整理过程中，应将零漂大、变化无规律的测点删除。
- 按每级试验荷载下桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。再由桩顶极限荷载下对应的各断面轴力值计算桩侧土的分层极限摩阻力和极限端阻力。
- 沉降杆检测位移的数据测读与桩顶位移测量同步。
6、按每级试验荷载下桩身及桩底处沉降杆测读的位移数据制成表格，并绘制位移曲线图。
上海浦东新区建设工程技术监督有限公司
二○○七年八月八日
说 明
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