基桩混凝土

基桩混凝土（精选7篇）

基桩混凝土 篇1

摘要：桥梁基桩混凝土的自由收缩应变是基桩变形研究的一个重要方面,受多种因素影响,建立计算模型比较困难。本文在试验研究的基础上,利用灰色神经网络技术,在考虑多种影响因素的情况下,建立灰色神经网络模型预测基桩混凝土的自由收缩应变,从而降低了工程造价,同时还可以得到较满意的预测结果,为桥梁基桩混凝土自由收缩应变的研究提供了一种新方法和新思路,为工程实际应用提供了简便的预测方法,具有重要意义。

关键词：基桩,GM(1,1)模型,灰色理论,神经网络,自由收缩应变,预测

1 前言

桥梁结构混凝土耐久性的问题越来越引起工程界的重视。在桥梁领域,泵送混凝土浇筑的构件收缩量很大,因此经常出现收缩裂缝。混凝土的收缩机理至今尚未统一,但大多数的研究成果认为混凝土是具有大量孔隙的材料。

国内外有不少研究成果[1,2,3],以往的研究成果多数以试验数据为依据,建立的混凝土自由收缩应变的表达式,都能在特定条件下反映一定的规律。但是桥梁工程所处环境变化较多,因此没有统一的公式。同时,对实际工程而言,不可能对每一个工程都做试验,从而建立具体工程的混凝土自由收缩应变的表达式,如果建立桥梁工程样本库就能更好地解决问题,同时降低工程鉴定造价,成本降低,灰色神经网络方法就具有这方面的优势。因此,本文基于灰色神经网络来对这一问题进行探讨。

2 混凝土自由收缩机理

混凝土的自由收缩是指混凝土在不受力的情况下,因变形产生的体积减小,一般说来,混凝土的自由收缩机理主要有以下3种[2]:

(1)硬化收缩(2)失水收缩(3)碳化收缩

在这三者中,以失水收缩最为显著,大约占总体积收缩量的80%～90%,混凝土的收缩是一个长期发展的过程,但早期发展较快,后期会逐渐减缓,若收缩以30年计算,则收缩量的60%～85%是在第1年内完成。

混凝土的体积收缩是一种必然现象,由于结构的整体作用,每种构件都受到不同程度的约束,因此混凝土收缩必然在结构构件中产生内应力,当这些应力足够大时,就会导致结构构件的开裂。

3 自由收缩应变的试验评估模型

混凝土自由收缩经验公式很多,经综合分析,决定采用美国ACI209委员会方法[2]。

潮湿养护条件下的自由收缩

式中,t为养护终了以后的天数;εsh,(t)为某一天的收缩值;εsh,∞为极限收缩值。

式中,γcp为初始养护条件的校正系数;γλ为环境相对湿度校正系数;γh为平均厚度校正系数;γs为坍落度校正系数;γψ为细集料含量校正系数;γc为水泥含量校正系数;γa为空气含量校正系数。

4 灰色神经网络组合模型

4.1 理论基础

灰色神经网络是指将灰色系统和人工神经网络相结合的算法,使两者优缺互补,从而提高计算精度和运算能力,更好地解决复杂的小确定性问题。灰色神经网络组合模型的建模原理是将GM(1,1)模型所得的预测值作为BP神经网络的输入样本,把真实值作为目标样本,神经网络进行训练,可得到一系列对应于相应结点的权值与阈值[5]。然后再将第一步GM(1,l)模型的预测值作为神经网络的输入,进行仿真得到相应的输出,即为组合模型的预测结果。该组合方法主要是通过3层BP神经网络具有偏差和至少1个S型隐含层加上1个线性输出层的网络能逼近任何有理函数的特性,通过训练使得神经网络来模拟序列数据之间与序列之间的关系,如图1所示。

4.2 网络建模

大量工程调查和研究结果表明[1,2,6,7,8],混凝土自由收缩应变与水灰比、龄期、砂率和环境相对湿度有密切关系。随着水灰比的降低、龄期的增长、砂率的提高及相对湿度的降低,基桩混凝土自由收缩应变是提高的。

因此,选取网络模型为输入层4个节点,分别为水灰比、龄期、砂率和环境相对湿度;输出层为1个节点,为自由收缩应变;隐层取8个节点。

5 算例及分析

从实际工程中获得试验数据8组。以其中的5组构成训练集,如表1所示,以其余3组作为测试集,如表2所示。

由表1、2可以看出,由灰色神经网络得到的计算值与实测值的差异较小,较之其他方法[2]所得的结果更接近工程实际,建立的灰色自由收缩应变预测模型,其结果是令人满意的。

6 结语

(1)研究混凝土自由收缩应变是研究钢筋混凝土结构耐久性的一个关键问题。本文建立的混凝土自由收缩应变的预测模型,其结果是令人满意的。

(2)灰色神经网络组合模型将GM(1,1)模型与BP神经网络模型优点相结合,有实际的工程应用前景。

参考文献

[1]马新伟,史寿国,张印成.高性能混凝土自由收缩与限制收缩[J].低温建筑技术,2007(3):14-16.

[2]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1994.

[3]Vivian W.Y.Tam C.M.Tam.Assessment of durability ofrecycled aggregate concreteproduced by two-stage mixing approach[J].J MaterSci,2007(42):3592-3602.

[4]CARSTEN H.BOTTS.A shrinkage estimator for spectraldensities[J].Bilmetrika Trust,2006(93):179-185.

[5]刘思峰等.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,2004

[6]彭振斌,陈迎明,刘安邦.混凝土收缩机理及其诊治原理[J].混凝土,2003(3):30-31.

[7]许东,吴铮.基于MATLAB6.x的系统分析与设计—神经网络[M].第二版.西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[8]吴相豪.海洋环境中钢筋混凝土构件锈胀开裂时间的解析解[J].上海海事大学学报,2006,27(3):22-26.

基桩下拉荷载的计算 篇2

1 负摩阻力产生的原因

桩基中的基桩, 在桩表面和桩侧土之间存在着摩阻力, 摩阻力的方向取决于桩和土之间的相对位移。桩在竖向荷载作用下出现下沉, 若桩的沉降大于土的沉降, 则土在桩表面对桩产生向上的摩阻力, 作用于桩侧单位面积上的这个作用力称为正摩阻力;反之, 若桩的沉降小于土的沉降, 则土在桩表面对桩产生向下的摩阻力, 作用于桩侧单位面积上的这个作用力称为负摩阻力。负摩阻力对桩产生下拉荷载, 加大桩的沉降。

2 负摩阻力产生的条件

影响负摩阻力的因素较多, 诸如:桩侧与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史、地面堆载的大小与范围、降低地下水的范围与深度、桩顶荷载的施加时间与发生负摩阻力的时间之间的关系、桩的类型与成桩工艺等。

在桩表面产生负摩阻力的地质条件大致如下:

1) 在正常固结的粘土或粉土地基中, 由于大量抽取地下水, 使土体的有效应力增大, 导致地基土下沉;

2) 新近沉积的欠固结土, 如河口或岸边新的沉积土、人工填土等, 由于土的自重作用而产生下沉;

3) 在自重作用下虽已完全固结的软弱粘土性地基, 当其受到大面积的地面荷载作用时产生沉降;

4) 高灵敏粘性土, 打桩时受到扰动, 因重新固结而产生沉降;

5) 自湿陷性黄土由于受到水的浸湿而产生下沉;

6) 冻土因融化而产生下沉。

3 桩基承载力的验算

由于负摩阻力对于桩基承载力和沉降的影响随侧阻力与端阻力分担的荷载比、建筑物各桩侧土沉降的均匀性、建筑物对不均匀沉降的敏感程度而异, 因此, 对于需要考虑负摩阻力的影响而进行承载力和沉降量的验算时应区别对待。

1) 对于摩擦型基桩, 当出现负摩阻力对基桩施加下拉荷载时, 由于持力层压缩性较大, 随之引起沉降, 基桩沉降一旦出现, 土对桩的相对位移便减小, 负摩阻力便降低, 直至转化为零。因此, 一般情况下对于摩擦型基桩, 可近似以中性点 (理论中性点) 以上侧阻力为零验算基桩承载力。即《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》 (以下简称《2008桩基规范》) 第5.4.3条公式 (5.4.3-1) 。

2) 对于端承型基桩, 由于其桩端持力层较坚硬, 受负摩阻力引起的下拉荷载后不致于产生沉降或沉降较小, 此时, 负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上的侧表面。因此, 应计算中性点以上的负摩阻力引起的下拉荷载, 并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算基桩承载力。即《2008桩基规范》) 第5.4.3条公式 (5.4.3-2) 。

4 下拉荷载的计算

4.1 中性点的确定

当基桩穿过可压缩性土层桩端设置在较坚硬的持力层时, 在桩身的某一深度处桩的沉降与土的沉降的相对位移为零, 即既没有正摩阻力, 又没有负摩阻力, 则该处便成为正、负摩阻力的分界点, 这个点便被称为中性点。

一般来说, 中性点的位置在初期多少是有变化的, 它随着基桩沉降的增加而向上移动, 当沉降趋于稳定时, 中性点也将稳定在某一固定的深度处。中性点的深度原则上应按桩侧土的沉降与桩的沉降相等的原则确定, 但在实际应用时, 由于准确计算桩与土的相对沉降比较困难, 因此, 一般根据有关经验公式进行计算。

影响中性点深度的因素较多, 主要有:

(1) 桩底持力层的刚度, 持力层越硬, 中性点越深;

(2) 桩侧土的变形性质和历史, 土的压缩性越高, 中性点越深;

(3) 堆载强度和面积越大, 地下水降低的幅度和面积越大, 中性点越深;

(4) 桩的长径比越小, 截面刚度越大, 中性点越深。

4.2 负摩阻力的计算

精确计算负摩阻力是复杂而困难的。迄今国内外学者提出的计算方法与公式都是近似和经验型的。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关, 不同负摩阻力计算公式中也多反映有效应力因素。根据大量试验与工程实测结果表明, 以有效应力法较接近于实际。其计算方法如下。

qundefined=k·tgφ′·σ′i=ξn·σ′i

式中:qundefined——桩侧第i层土对桩产生的负摩阻力标准值;

k ——桩侧土的侧压力系数;

φ′——桩侧土的有效内摩擦角;

σ′i ——桩侧第i层土的平均竖向有效应力;

ξn——桩侧土的负摩阻力系数。

4.3 工程算例

某工程采用400×400mm预钻孔打入式钢筋混凝土预制桩, 承台埋深4.00m, 地下水埋深3.00m, 桩长14.00m, 桩的纵横向中心距均为2.00m, 桩端持力层为中密的粗砂。桩群内部某一基桩的桩身自承台底至持力层顶面均处于欠固结的饱和软土中, 其分层厚度分别为:①层厚2.00m, 浮重度9.00kN/m3;②层厚3.00m, 浮重度8.00kN/m3;③层厚3.00m, 浮重度10.00kN/m3;④层厚4.00m, 浮重度9.00kN/m3。要求计算考虑群桩效应的基桩下拉荷载。

计算内容及步骤如下:

(1) 依据《2008桩基规范》第5.4.4条公式 (5.4.4-1) 和 (5.4.4-2) 计算中性点以上的单桩桩侧第i层土的负摩阻力标准值qundefined。

①按《2008桩基规范》表 (5.4.4-1) , 并根据桩侧土的性质确定第i层土的负摩阻力系数ξni。

本例中, 因对桩产生负摩阻力的桩侧土均为饱和软土, 所以ξni=0.20。

②确定中性点的深度比ln/l0, 计算中性点的深度ln。

本例中, 由于桩端持力层为中密的粗砂, 因此, 中性点的深度比ln/l0=0.7, 中性点的深度ln=0.7× (2.00+3.00+3.00+4.00) =8.40m。

③计算中性点以上的单桩桩侧第i层土的负摩阻力标准值qundefined:

qundefined=0.20× (9.00×2.00/2) =1.80kPa;

qundefined=0.20× (9.00×2.00+8.00×3.00/2) =6.00kPa;

qundefined=0.20× (9.00×2.00+8.00×3.00+10.00×3.00/2) =11.40kPa;

qundefined=0.20× (9.00×2.00+8.00×3.00+10.00×3.00+9.00×4.00/2) =18.00kPa。

(2) 依据《2008桩基规范》第5.4.4条公式 (5.4.4-3) 和 (5.4.4-4) 计算考虑群桩效应的基桩下拉荷载Qundefined:

①计算中性点以上的桩侧土层厚度的加权平均负摩阻力标准值qundefined:

qundefined= (1.80×2.00+6.00×3.00+11.40×3.00+18.00×0.40) / ( 2.00+3.00+3.00+0.40) =7.50kPa。

②计算中性点以上的桩侧土层厚度的加权平均重度γm:

γm= (9.00×2.00+8.00×3.00+10.00×3.00+9.00×0.40) / ( 2.00+3.00+3.00+0.40) =9.00 kN/m3。

③计算负摩阻力群桩效应系数ηn:

ηn=2.00×2.00/[3.14×0.40× (7.50/9.00+0.40/4) ]=3.41 (取ηn=1.00) 。

④计算考虑群桩效应的基桩下拉荷载Qundefined:

Qundefined=1.00× (4×0.40) × (1.80×2.00+6.00×3.00+11.40×3.00+18.00×0.40) =100.80kN。

5 负摩阻力计算时应注意的问题

1) 在桩表面引起负摩阻力的条件是桩侧土的沉降要大于桩的沉降, 否则, 可不考虑负摩阻力。

2) 桩的竖向位移与桩侧土的竖向位移相等之处, 即为中性点的位置。若地面沉降为一定值, 则当桩的底端沉降及桩身弹性压缩减小时, 中性点就向下移, 负摩阻力增大;反之, 中性点就向上移, 负摩阻力减小。因此, 当按变形控制设计桩基时, 应根据建筑物的要求, 合理确定桩基的容许沉降值, 这对控制负摩阻力的大小、充分发挥桩的承载力有着重要意义。

3) 软弱地基的下沉速度是影响负摩阻力大小的一个因素, 下沉速度快时, 负摩阻力也大。

4) 负摩阻力需要经过一定时间后, 才能到达最大值, 一般在初期增长较快, 随后逐渐趋向稳定。桩所穿过的软弱土层的厚度越大, 则达到负摩阻力最大值所需的时间越长, 反之, 则越短。

6 减小负摩阻力的措施

1) 建筑场地应尽量避开深厚的软弱土层, 如无法避开, 则对这种软弱土层在打桩前进行化学加固处理, 以降低软弱土的压缩性。

2) 在使用打入式预制桩时, 在基桩中性点以上的侧表面, 涂刷沥青或聚氨酯涂料, 以减小负摩阻力。

3) 在进行干作业成桩时, 可采用双层塑料薄膜预先置于有可能产生负摩阻力的土层范围内, 然后在其中浇筑混凝土, 使塑料薄膜在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的隔离层。

4) 提高防水设计标准, 做好排水措施, 以免水分渗入地基。

5) 加强上部结构的整体刚度, 减少建筑物的不均匀沉降。

摘要：基桩的下拉荷载是由于桩侧存在负摩阻力而引起的。因此, 要计算下拉荷载, 应先确定负摩阻力标准值。依据相关资料归纳总结了负摩阻力产生的原因和条件, 阐述了负摩阻力标准值的计算过程, 列出了减小负摩阻力的工程措施, 供工程技术人员参考。

关键词：中性点,正摩阻力,负摩阻力,下拉荷载

参考文献

[1]JGJ94-2008, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施 (结构) [M].北京:中国计划出版社, 2003.

基桩混凝土 篇3

基桩质量的快速、准确的评估, 关系到整个工程的施工质量, “万丈高楼平地起”绝不是一句空话。持力层的核心指标事关基桩评估质量的大局, 需要引起重视。

持力层核心指标有强度和厚度, 依据《建筑桩基检测技术规范》 (JGJ 106—2014) 第7.6.4条, 持力层强度和厚度不满足设计要求, 可认定该受检桩不满足设计要求。但规范并没有提到在这种情况下, 该桩完整性应判定为几类桩。规范在使用过程中由于没有明确持力层和完整性的对应关系, 只是强调了持力层对于基桩质量和安全很重要, 这就造成了工程技术人员的困惑, 也造成了评估结论的差异。本文非常重视持力层核心指标 (强度、厚度) 在基桩质量评估中的支撑作用, 在基桩检测领域首先提出了“一体两翼”的思想, 为基桩质量定量评估起到了关键的引领作用。

持力层强度

我们查阅百度百科和相关专业术语词典, 得知:土木工程结构设计中, 在地基基础设计时, 直接承受基础荷载的土层称为持力层。持力层强度随着深度的增加应持续增加, 但出现不良地质现象时, 持力层的强度会不足或剧烈变化, 将造成基桩连续性不好, 胶结性能下降, 基桩的完整性等级将不满足设计要求, 工程造价提高, 工期滞后, 从而使得结构不能按时有效的发挥作用。

本文从实际应用出发, 结合土建工程特点, 提出持力层强度分级标准及标准分, 以便于工程应用。

持力层厚度

《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-2008) 规定, 嵌岩灌注桩的桩端下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布。

在设计要求持力层厚度范围内, 若有软弱夹层的存在或有溶洞, 需要对桩进行地基加固处理, 处理完毕并经设计校核后才能进行后续施工。因而拖延了工期, 增加了造价。当持力层厚度不足, 造成基桩底层混凝土强度不足, 密实度下降, 从而影响基桩完整性的评级。

一体两翼

持力层综合体是工程结构的坚实后盾。本文以一个两坡顶屋面的房屋为演示载体, 立体展现持力层综合体的主要特征。

“一体”以持力层综合体为核心, 体现工程结构安全性;“两翼”以持力层强度和厚度为主线, 持力层刚度为复线, 体现工程结构适用性。二者合二为一体现耐久性。坚持“一体”, 就是夯实了基础, 奠定了基桩工程质量的基础;抓住“两翼”, 就是抓住了特色, 抓住了提升基桩完整性评估的主要因素。“一体”支撑两翼”发展, “两翼”为“一体”加顶, 并不断支撑和充实“一体”。“一体”携“两翼”齐头并进、“两翼”助“一体”陆地起飞, 形成协同工作的工作模式。

持力层综合体包括强度、刚度、稳定性和宽度、厚度五大指标, 其中强度、厚度为核心指标。力学之翼为持力层强度, 主要体现地基抵抗破坏的能力。几何之翼为持力层厚度, 主要体现地基消能的特性。

因此, 桩底持力层强度或厚度不足时, 基桩底层混凝土密实度不足, 连续性出现问题, 基桩桩身完整性等级低, 存在缺陷, 不利于基桩性能的有效发挥。

结语

建筑工程基桩检测技术 篇4

关键词：建筑工程,基桩检测,检测技术,静载检测

0 引言

本工程为住宅项目2期, 共分为6种户型:A1、A2、B1、B2、B3、C2;其中A类为地上二层, B、C类为地上三层。本项目所采取的桩基础为预制桩基础和超流态混凝土灌注桩基础, 单栋桩数量A、B类小于50根, C类大于50根。地基基础设计等级为丙级, 桩基础安全等级为二级。

对设计等级高、地质条件复杂、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, 提倡采用静载试验、钻芯或开挖等直接法进行验证。根据《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) 3.1.1条强制性规定, 本工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。

1 桩的静载试验

单桩竖向抗压静载试验:采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法, 确定单桩竖向抗压承载力, 是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的试验方法;也是宏观评价桩的变形和破坏性状的依据。静载试验所得荷载-沉降 (Q-s) 曲线的型态随桩侧和桩端土层的分布与性质、成桩工艺、桩的形状和尺寸、应力历史等诸多因素而变化。虽然试验中也能得到与承载力相对应的沉降, 但必须指出, 静载试验中的沉降量s与建筑 (构) 物的后期沉降量s'是不一样的。

Q-s曲线是桩土体系的荷载传递、侧阻和端阻的发挥性状的综合反应。由于桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥, 因此Q-s曲线的前段主要受侧阻力制约, 而后段则主要受端阻力制约。但是对于下列情况则例外:1) 超长桩 (L/D>100) , Q-s全程受侧阻性状制约;2) 短桩 (L/D<10) 和支承于较硬持力层上的短至中长 (L/D≤25) 扩底桩, Q-s前段同时受侧阻和端阻性状的制约;3) 支承于岩层上的短桩, Q-s全程受端阻及嵌岩阻力制约。

采用荷重传感器和压力传感器时, 一般要求传感器的测量误差不应大于1%。沉降测量宜采用位移传感器或大量程百分表, 对于机械式大量程 (50mm) 百分表, 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%。因此《规范》要求沉降测量误差不大于0.1%FS, 分辨力优于或等于0.01mm。常用的百分表量程有50mm、30mm、10mm, 量程越大、周期检定合格率越低, 但沉降测量使用的百分表量程过小, 可能造成频繁调表, 影响测量精度。

在基桩静载试验过程中, 为了有效地确保不会因桩头破坏而终止试验, 但桩头部位往往承受较高的垂直荷载和偏心荷载, 因此, 一般应对桩头进行处理。

2 低应变动力检测

2.1 检测原理

在桩身顶部进行垂向激振, 弹性波沿着桩体向下传播。桩身内存在明显波阻抗差异的界面或桩身截面积变化部位, 将产生反射波。经接收放大、滤波和资料处理, 即可识别来自桩身不同部位的反射信息, 据此计算桩身波速, 判断桩身完整性。本次检测设备为中科院武汉岩土力学研究所生产的RSM-PRT基桩仪及配套速度、加速度传感器, 检测设备经过国家相关计量单位认证, 并标定合格。在测试前应先将桩头浮浆清除整平, 然后用耦合剂将传感器与桩头紧密接触。正确全面检测基桩质量, 在桩顶中心 (2/3) R处位置上安置换能器, 并在桩中心位置进行垂向激振, 多方位、多频段激发。低应变动力检测见图1所示。根据桩反射波的到时、幅值和波形特征等来判据并对桩身的完整性进行综合分类。

2.2 现场检测准备

1) 动测宜在基槽开挖至设计底标高凿去桩头浮浆或松散、破损部分, 露出新鲜密实混凝土面, 并使桩头保持平整, 现浇桩离桩边10cm~20cm成等腰三角形磨三个直径为10cm的特平点;

2) 一般情况下, 检测桩检测时混凝土龄期需14天以上, 工期进度紧迫时, 可适当缩短龄期, 但混凝土应达到设计强度等级的70%, 且不小于15MPa;

3) 桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同;

4) 桩顶面应平整干净密实并与桩轴线基本垂直且无积水, 妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉;

5) 清除桩头碎石、杂物、泥浆和积水, 使桩头保持清洁、干燥;在检测之前, 桩顶承台不得绑扎钢筋;

6) 本工程的抽检数量为工程桩总数100%的基桩进行检测。

2.3 检测技术

采取小应变进行基桩的检测, 其测试参数设置的合理是很关键, 笔者总结了一些关于基桩检测参数设定的要点如下:

1) 时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms;幅频信号分析的频率范围上限不应小于2 000Hz;

2) 设定桩长应为桩顶至桩底的施工桩长, 设定桩身截面积应为施工截面积;

3) 桩身波速按本地同类型的测试值初步设定;

4) 采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择;时域信号采样点数不宜少于1024点。

对于测量传感安装和激振操作应采取以下要点:

1) 传感器安装应与桩顶面垂直;用耦合剂粘结时, 应具有足够的粘结强度;

2) 实心桩的激振点位置应选择在桩中心, 测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处。空心桩的激振点与测量传感器安装在同一水平面上且在壁厚1/2处, 并与桩中心连线成90°夹角;

3) 激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响;

4) 激振方向应沿桩轴线方向;

5) 瞬态激振应通过现场敲击试验, 选择合适重量的激振力锤和锤垫, 宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号, 宜用窄脉冲获取桩身上不缺陷反射信号。

信号采集和筛选应采取以下要点:

1) 每个检测点的纪录有效信号数不宜少于3个;

2) 检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征;

3) 不同检测点及多次实测时域信号一致性较差, 应分析原因, 增加检测点数量;

4) 信号不应失真和产生零漂, 信号幅值不应超过测量系统的量程。

3 结论

本文结合桩基检测实例, 探讨了本工程所采用的桩基检测技术的原理及其在建筑工程桩基检测中施工技术, 结合该基础检测, 提出桩基检测技术的方法以及桩基检测要点, 旨在能为类似工程的桩基检测提供参考借鉴。

参考文献

[1]刘鼎辉.桩基检测技术在建筑工程中的应用研究[J].黑龙江科技信息, 2011 (6) .

基桩低应变采集信号的分析 篇5

目前, 在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》中, 桩身完整性和基桩承载力检测均列为主控项目。桩身完整性是指反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合性指标。检测目的是发现可能影响单桩承载力的缺陷, 减少安全隐患, 确定桩身缺陷及其位置, 判定桩身完整性类别。

低应变反射波法检测桩身完整性以其轻便、快捷、无损、经济、可靠等优点被广泛应用。低应变反射波法的分析方法分为频域和时域两种, 前者以傅立叶展开和频域分析为主, 后者则通过特征线及特征线上的相容关系求解, 重点分析信号的时域特征。时域分析的优点是缺陷性质和位置一目了然, 计算较准确, 所以实际工程检测中都是根据时域曲线进行评判, 频域方法为辅。

2 信号解读的基本方法

2.1 存在可能性的判读

判断桩身缺陷存在与否, 需分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号及分辨桩底反射信号, 这对缺陷的定性及定量解释是有帮助的。桩底反射明显, 一般表明桩身完整性好, 或缺陷轻微、规模小。另外, 可换算桩身平均纵波速, 从而评价桩身是否有缺陷及其严重程度。

此外, 还应分析地层等资料, 排除由于桩周土层波阻抗变化过大等因素造成的“假反射”现象。

2.2 反射及多层反射问题

当实测曲线中出现多个反射波值时, 应判别它是同一缺陷面的多次反射, 还是桩间多处缺陷的多层反射, 前者, 即缺陷反射波在桩顶面与缺陷面间来回反射。其主要特征:反射波值随时间成倍增加, 反射波能量有规律递减。后者一般是杂乱的, 不具有上述规律性。

多次反射现象的出现, 一般表明缺陷在浅部, 或反射系数较大。它是桩顶存在严重离析或断裂的有力证据。多层反射不只表明缺陷可能有多处, 而且由下层缺陷反射波在能量上的相对差异, 可推测上部缺陷的性质及缺陷程度。

受检桩经测试后若发现有严重缺陷存在时, 应注意及时复测, 并检阅岩土工程勘察资料和施工记录。有时会因为桩头处理不好, 传感器安装不牢固等原因, 使测试结果与实际不符, 或由于地层的影响而造成误判。因此收集岩土工程勘察资料和受检桩的施工记录是一项很重要的工作。

3 综合分析方法

完整桩分析判定, 从时域信号或频域曲线特征表现的信息判定相对来说较简单直观, 而分析缺陷桩信号则复杂些, 有的信号的确是因施工质量缺陷产生的, 但也有是因设计构造或成桩工艺本身局限导致的不连续断面而产生的, 例如预制桩的接缝, 灌注桩的逐渐扩径或缩径的变截面, 地层硬夹层影响等。因此, 在分析测试信号时, 应仔细分清哪些是缺陷波或缺陷谐振峰, 哪些是因桩身构造、成桩工艺、土层影响造成的类似缺陷信号特征。另外, 根据测试信号幅值大小判定缺陷程度, 除受缺陷程度影响外, 还受桩周土阻尼大小及缺陷所处的深度位置影响。相同程度的缺陷因桩周土岩性不同或缺陷埋深不同, 在测试信号中其幅值大小各异。因此, 如何正确判定缺陷程度, 特别是缺陷十分明显时, 如何区分是Ⅲ类桩还是IV类桩, 应仔细对照桩型、地质条件、施工情况结合当地经验综合分析判断;不仅如此, 还应结合基础和上部结构形式对桩的承载安全性要求, 考虑桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性, 进行缺陷类别划分, 不宜单凭测试信号定论。

作为检测人员不仅要掌握第一手检测资料, 而且应掌握有关的勘察资料、施工资料、监理资料, 在此基础上, 去伪存真, 由表及里的综合判断, 得出准确结论。

采用低应变反射法检测, 当出现以下情况之一时, 桩身结构的完整性评价应结合其他检测方法进行:

(1) 超过有效检测范围的基桩, 其测试信号不能明确反应桩身下部和桩端情况;

(2) 对于预制桩, 时域曲线在接头处有明显反射, 但又难以判定是断裂、错位还是接桩不良;

(3) 实测信号复杂, 无规律, 无法对其进行准确的桩身完整性分析和评价;

(4) 桩身截面渐变或多变, 且变化幅度较大的混凝土灌注桩;

(5) 根据施工记录桩长计算所得的桩身波速值明显偏低, 且又缺乏可靠资料验证或者当桩长的推算值与实际桩长明显不符, 且又缺乏相关资料加以解释或验证。

4 几点注意事项

(1) 波速是低应变法检测的主要参数之一, 虽然应力波波速与桩身长度、混凝土强度成一定相关关系, 但是应力波波速还与混凝土的骨料品种、粒径级配、密度、水灰比、成桩工艺等因素成非相关关系, 从而导致被测桩的长度、强度、匀质性和所设定的波速无法完全一致。所以, 不宜用低应变法来准确校核被测桩的桩长与强度。

(2) 底反射波信号也可能是完整桩。当桩端阻抗与持力层阻抗相匹配时, 实测信号中无桩底反射波信号是正常的, 不能因该信号无桩底反射波, 而判断该检测信号无效。相反, 对于嵌岩桩而言, 如果出现了与入射波同向的单一反射波时, 说明该检测方法不符合要求, 应采用其他检测方法来验证桩端嵌岩情况。

(3) 有同向反射波的桩不一定是缺陷桩, 检测人员要对出现同向反射波的位置从桩周土地层、施工工艺等情况加以分析, 有条件时可进行开挖验证。

(4) 完整的桩不一定是可以安全使用的桩, 桩身的完整性和桩的承载力没有必然的联系, 桩身完整的桩由于桩底嵌岩效果差或没有进入持力层, 对安全使用有影响。因此在低应变测试时, 对嵌岩桩应注明嵌岩情况, 并与静载试验桩对比验证。

(5) Ⅲ类桩难以判定时, 应充分了解施工工艺、桩周土层条件等情况, 分析缺陷产生的原因, 并进行必要的验证。

(6) 在冻土地区特别是在季节性冻土地区扩径桩并非对承载力有益, 可能会因土的冻胀力而破坏桩身结构的完整性。对于抗拔桩, 有些时候扩径桩同样对承载力不利。因此在采用低应变动测法判定桩身完整性类别时, 除检测波形本身外, 还应考虑地区、地质和桩周土对桩身完整性的影响。

5 程实例分析

某工程, 桩基400mm, 有效桩长12.25m, 混凝土强度C25, 钻孔压灌超流态混凝土灌注桩。该桩在3m附近有明显的同向反射, 并伴有多次反射, 桩底信号不明显。分析实测图形判断3m附近存在严重缺陷, 判为Ⅲ类桩。

原因分析:该工程土质较好, 但在3m至5m有淤泥层。该桩可能在距桩顶3m附近存在离析, 挖土时被挖土机的抓斗碰了一下, 于是在离析处出现严重裂缝。

处理方法:开挖处理, 由于缺陷桩周围土质较好, 就先在桩周开挖一个直径Ф1.5m左右孔, 孔径随深度增加而减小, 挖至3.1m左右时清理桩周泥土, 后可见距桩顶3.1m处桩周约1/2的地方出现裂缝, 破掉桩身混凝土, 在3.1m处出现较为平整的断裂面, 局部有夹泥。清理干净桩面, 重新动测, 下部桩身基本完整, 桩底附近反射信号明显。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) 中国建筑工业出版社2003.

某风电场基桩设计探讨 篇6

关键词：风电工程,基桩,抗拔桩,设计探讨

1 工程概述

上海某风电场,采用国产某型号风机,单机容量2.0 MW,轮毂高度80 m。场址地势平坦,处于河口、沙嘴、沙岛地貌与潮坪地貌两种地貌类型的交汇过度地段。地质勘察资料表明,该地段土层的埋深、厚度与土性较为稳定。

由于风力电机塔架高,基础面积小,加之受风力影响,为防止塔身倾斜,因此对基础要求深入土层以保证其稳定可靠,天然地基不能提供相应的抗拔、抗倾覆等力,需采用桩基础。从揭露的土层来看,地基土主要由②3a层砂质粉土、②3b层砂质粉土,④层淤泥质黏土,⑤1层粉质黏土,⑥层黏土,⑦1a层砂质粉土、⑦1b层粉砂及⑦2层粉砂组成。②3a层砂质粉土与②3b层砂质粉土,稍密～中密,中等压缩性,土质尚可,但埋深浅,不能作为本工程风机塔基的桩端持力层,但对本工程桩基有利。④层淤泥质黏土和⑤1层粉质黏土为软土,软塑～流塑状,高压缩性,承载力低,土性差,埋深浅,不能作为本工程的桩端持力层。⑥层黏土,性状较好,中等压缩性,可塑～硬塑,但厚度较小,埋深浅,不能满足抗拔、抗倾覆等要求,不能作为本工程的桩端持力层。⑦1a层砂质粉土、⑦1b层粉砂与⑦2层粉砂性状好,中等～低压缩性,中密～密实,埋深与厚度合适,均可作为本工程的桩端持力层。⑦1a层砂质粉土与⑦1b层粉砂可优先考虑作为本工程的桩端持力层。

2 桩顶作用效应计算

2.1 按现行国家标准规定计算

根据FD003-2007风电机组地基基础设计规定7.2.2条规定,荷载效应采用标准组合,厂家提供的荷载标准值应修正为荷载修正标准值,荷载修正安全系数取为1.35。基础结构安全等级为一级,结构重要性系数为1.1。

初步确定风机基础形式和尺寸为:桩基承台分为上下两部分,上部为圆台体,下部为圆柱体。根据风机塔架荷载特点,在承台底部分别沿半径R1=8.0 m和R2=3.0 m的两圈圆周均匀布置16根和4根直径0.8 m的钻孔灌注桩,共20根。

根据GB 50007-2002建筑地基基础设计规范、FD003-2007风电机组地基基础设计规定和JGJ 94-2008建筑桩基技术规范的有关规定,计算桩顶作用效应,结果见表1。

2.2 按上海地方标准规定计算

由于本工程位于上海市,故除采用国家现行行业规范进行设计计算外,还应采用上海市工程建设规范DGJ 08-11-1999地基基础设计规范对桩基础进行设计计算。

根据FD003-2007风电机组地基基础设计规定和DGJ 08-11-1999地基基础设计规范6.2.1条的规定,计算时所用到的荷载设计值=荷载分项系数×荷载修正安全系数×厂家提供的荷载标准值。计算结果见表2。

2.3 结果分析

上述计算结果的差异,是由于相应规范中设计表达式的不一致引起的。设计表达式包括现行国家标准GB 50153工程结构设计可靠性统一标准、各行业结构设计统一标准、国家各工程领域的设计标准与行业规范以及各地的地基基础地方规范在内的各类规范,情况各不相同(见表3)。

正是由于表3所表示的差别,使得计算结果有较大的差别,在无法确定何种规范起控制作用时,应在设计工作中同时予以考虑。

3 试桩力计算与分析

按国家标准计算,单桩极限抗压承载力标准值为2 392×2.0=4 784 kN,试桩下压力应不低于4 784 kN;单桩极限抗拔承载力标准值为702×2.0=1 404 kN,试桩上拔力应不低于1 404 kN。

按上海规范计算,单桩极限抗压承载力标准值为3 601×1.6=5 762 kN,试桩下压力应不低于5 762 kN;单桩极限抗拔承载力标准值为1 511×1.6=2 418 kN,试桩上拔力应不低于2 418 kN。

按照国家标准计算的试桩下压力为按上海规范计算的83.0%,而上拔力却只有58.1%。为什么上拔力计算结果如此悬殊,原因在于风电工程荷载的特殊性。

表4是风电机组制造商提供的一组极端工况荷载标准值。表4中的扭矩、水平力及水平弯矩均为活载,恒载只有竖向力。

对比JGJ 94-2008建筑桩基技术规范公式5.1.1-2和上海工程建设规范DGJ 08-11-1999地基基础设计规范公式6.2.1-3,可知结果差异在于后者存在荷载分项系数及结构重要性系数。按照FD003-2007风电机组地基基础设计规定的规定,活荷载分项系数=1.5(极端和正常运行荷载工况的水平合力、水平合弯矩、扭矩。 结构重要性系数取1.1),恒荷载分项系数=1.0(极端和正常运行荷载工况的竖向力、承台和上覆土重。对上拔桩不利,结构重要性系数取1.0),1.2(极端和正常运行荷载工况的竖向力承台和上覆土重。对下压桩不利,结构重要性系数取1.1)。

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范中计算单桩竖向极限承载力标准值的安全系数K=2.0,而DGJ 08-11-1999地基基础设计规范中相应的参数单桩竖向承载力分项系数γR=1.6。一般工程中,总荷载中恒载占较大比例。因此按照恒载分项系数1.2和活载分项系数1.4～1.5来加权平均,约等于1.25～1.30,正好与K/γR=1.25接近,使得一般工程使用两种规范的计算结果不会有太大的偏差。但是对于风电工程,由于风力等活载引起的荷载对单桩竖向受力计算结果的比重较大,使得加权平均后的荷载分项系数接近于1.50,并且承载能力基本状态下的基本组合需要考虑结构重要性系数,使得使用两种规范的计算结果偏差过大。

4结论和建议

1)由于风电工程荷载的特殊性,分别按照国家标准和上海地方标准计算得到的单桩竖向受力及试桩力偏差较大,主要原因是活载占总荷载中的比重过大。2)在无法确定何种规范起控制作用时,应在设计工作中同时予以考虑。

参考文献

[1]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[2]FD003-2007,风电机组地基基础设计规定(试行)[S].

[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[4]DGJ 08-11-1999,地基基础设计规范[S].

旋挖钻机基桩施工技术方案 篇7

首先由施工负责人通知测量班对基桩中心位置进行放样, 并在桩心周围定设护桩, 护桩要牢固。

2 护筒埋设

在进行钻孔前, 应先平整场地, 在桩位处挖出直径不小于2.0m的圆坑, 然后在坑底分层填筑不小于50cm黏土, 最后准确埋设护筒。护筒采用钢制, 高不小于2m, 内径根据孔径确定。埋置时, 护筒中心线应对正测量标定的桩位中心, 其偏差不得大于3cm, 倾斜度不得大于1%。当护筒就位后, 即在护筒周围对称、均匀地填筑最佳含水量的黏土, 并分层夯实, 达到最佳密实度。护筒埋设深度宜为2m～4m, 必须确保护筒脚紧密不透水, 护筒顶端高度应大于地下水位2m以上。

3 钻孔

钻机就位前, 应先将护筒周围填筑砂砾并压实, 以保证在钻进过程中钻机不发生下沉、倾斜。在开钻前, 先将护筒周围护桩十字线挂出, 然后通过钻机自动调控装置来调整钻头、钻杆, 使之精确对准十字线, 并且钻杆倾斜度小于1%。在钻进过程中, 应不断向孔内注入泥浆, 以保证孔内水位高度。钻机具有自动检测钻孔深度的功能, 但为了解沉渣厚度, 再用测绳复测孔深, 钻进过程中, 钻机手随时注意垂直控制仪表, 以控制钻杆垂直度, 保证孔垂直1%的要求;钻机在钻进过程中配以装载机及时将弃渣清除。在钻进过程中每2h测定一次泥浆性能指标, 及时调整, 当钻到细砂、粉砂层时, 为防止流砂可向孔内投入适量水泥, 以提高护壁能力。

钻机钻至设计深度后停钻, 进行深度、垂直度等各项指标的检测, 检测合格后进行清孔, 根据本工程地质情况, 泥浆相对密度控制在1.2以上, 含砂率小于6%, 成孔后对孔径、孔形和倾斜度采用外径D等于桩钢筋笼直径加100mm, 长度不小于4D～6D的钢筋检孔器吊入孔内检测。自检合格后报现场监理检验, 合格后方可吊入钢筋笼。钻进过程中要详细记录桩基地质情况, 为指导后续桩基的施工提供依据。

4 钻孔灌注桩事故的预防和处理

4.1 坍孔

当孔内水位突然下降, 孔口冒细密的水泡, 出渣量显著增加而不见进尺, 钻机负荷显著增加等情况出现时, 即可判断坍塌位置。回填砂和黏土至坍孔以上1m～2m;若坍孔严重或发生在孔口, 则应全部回填, 待回填物沉淀密实后再进行钻进。

4.2 导管进水

由于首批封底混凝土储量不足, 未能埋没导管底口引起的进水, 可将导管提出后, 用空气吸泥机或抓斗将封底混凝土清出, 然后重新下导管灌注。如果是导管接口不严引起的进水, 则应拔换原管重新下管。方法是将新管插入原混凝土中不小于50cm, 用吸泥或抽水的方法将导管内的杂物清出, 然后灌入比设计水泥用量高5%～10%的混凝土, 待埋管1m以上后, 即可恢复原配合比继续灌注。由于导管超拔导致进水, 处理方法与上述措施相同。

4.3 卡管

卡管主要是由于混凝土离析, 骨料中有大石块或混凝土在导管内停留时间太长所致, 因此实际操作中要以预防为主, 混凝土的配运要严格控制, 导管埋深不宜过大, 对已卡管的情况, 可用长杆冲捣导管内的混凝土, 或在导管内吊入振捣器, 或用吊强抖动导管的方法使混凝土下落。

4.4 埋管

导管无法拔出称为埋管, 其原因是:导管埋入混凝土过深, 导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大, 或提管过猛使导管拉断。因此在施工中要以预防为主, 严格控制埋管深度不得超过6m。

5 钢筋笼的安放

当清孔结束后, 经检孔器检查合格, 即可移走钻机。为避免搬运过程中的变形, 钢筋骨架宜在现场提前加工, 加工时, 在骨架内部每隔1.5m～2.0m设置一道加劲圈, 防止吊运时骨架变形;另外, 还应在骨架外部加焊耳式钢筋, 以确保钢筋各截面有足够的保护层。

骨架吊放采用“两点法”, 第一吊点设在骨架上部, 第二吊点设在骨架长度的中点与三分点之间。对于长骨架, 起吊时, 先提第一吊点, 使骨架离开地面后, 第一吊点停止起吊, 继续提升第二吊点, 随着第二吊点不断上升, 慢慢放松第一吊点, 直到骨架与地面垂直。解除第一吊点, 将骨架下端对准孔口, 徐徐下降, 此时应注意, 使骨架保持垂直, 严禁摆动碰撞孔壁。

对于多节骨架的入孔, 可先将第一节骨架下落到最后一个加劲箍时, 在孔口设立临时支撑, 再起吊第二节, 使之与第二节处于同一竖直线上进行焊接, 焊好后, 即可解除支撑继续吊放, 以此循环, 直到骨架标高与设计标高相差不大于5cm后, 即可将骨架固定在孔口的支撑上, 撤去吊绳, 准备进行下道工序。

超声波检测钢管在钢筋笼制作时均匀固定在钢筋笼内侧, 管口底必须用一小钢板点焊封死, 防止泥浆进入管内。钢管搭接时, 上节钢管直接插入下节预先焊好的套筒内, 并将上节钢管与套筒点焊密封。入孔后, 及时将管口封住, 以防混凝土浇筑过程中杂物掉入管内, 所有焊接必须点焊, 严禁烧伤、烧透钢管。

6 水下混凝土灌注

钢筋笼固定前, 要严格自检钢筋骨架中心是否与桩位中心重合, 平面误差控制在3cm内, 自检孔底沉渣是否符合要求, 若沉渣超过20cm应及时二次清孔, 直到合格, 然后报监理检验, 合格后方可灌注混凝土。混凝土的灌注依靠内径不小于25cm的导管来完成, 导管使用前要进行必要的检查和压力试验, 要求管道通顺, 接合严密牢固, 不透气, 不漏水, 管道内壁要清洁光滑 (可以刷一层废机油, 以减小对首批桩底混凝土的摩阻力) , 导管底口距孔底以0.3m～0.4m为宜, 导管顶部安放储料斗。

为了保证首批混凝土封底成孔, 可在导管内填入一直径比导管小2cm～2.5cm的砂包, 用铁丝吊悬固定, 待储料斗和导管内装足够的混凝土时, 便可剪断铁丝, 使混凝土快速推动砂包将导管内的水排出。混凝土封底时必须另有一辆装有混凝土的罐车在旁边等候, 然后接着首批混凝土连续灌入。水下混凝土要求有较好的和易性, 混凝土由拌合站统一拌制, 由混凝土罐车运到现场, 同时在漏斗口安装一个筛网, 以防个别大料卡管。

每车混凝土的浇筑须连续进行, 中间不得停顿, 导管埋置深度控制在2m～4m之间, 拔升导管必须经过测量与计算。为防止钢筋骨架被混凝土顶托上升, 当混凝土接近骨架时, 应保持较深的埋管, 并徐徐灌入混凝土, 混凝土埋至骨架1m～2m后, 应适当提升导管, 减小其埋置深度以增加骨架在导管底口以下的埋置深度, 从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。

为确保桩顶混凝土的质量, 应在设计标高之上超灌0.5m～1m的混凝土, 以便将孔内的泥浆等全部顶出桩顶设计标高以外。灌注完毕后, 现场负责人通知作业队根据测量组提供的数据将该混凝土挖除, 但必须留出高于设计标高10cm的密实混凝土, 承台施工前, 将此段凿除。挖除混凝土时, 必须准确量测, 严格控制挖除深度。

7 结语

旋挖钻机基桩施工是一项非常繁琐而细致的工作, 因此施工单位在施工中应加强管理、协调, 制定并监督岗位责任制的落实, 采取较好的、科学的施工方案, 并制订切实可行的备用方案。人员、机械应有适当的富余, 以防万一。只有这样才能避免质量事故的发生或把质量事故降低到最小限度。

摘要：简述了旋挖钻机基桩的施工技术, 并对钻孔灌注桩施工中出现的坍孔、导管进水、卡管、埋管现象产生的原因进行了分析, 并提出了相应的处理措施, 为避免质量事故的发生提供了依据。

关键词：旋挖钻机,施工技术,钻孔灌注桩,钢筋笼

参考文献