风电场工程 风机基础基桩检测检测方案.docx
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风电场工程风机基础基桩检测检测方案
天津大港港西（49.5MW）风电场工程
风机基础基桩检测
检测方案
天津市建联基础工程检测有限公司
2011年06月13日
1工程概况：
该工程拟进行9根高强预应力管桩（场外试桩）进行基桩检测。
受检桩参数表
位置
编号
桩长
（m）
桩径
（mm）
单桩竖向抗压承载力特征值（kN）
最终加载量
（kN）
单桩水平承载力特征值（kN）
1#桩基试验场
1-1~3#
28.0
600
1400
3360
25
2#桩基试验场
2-1~3#
26.0
600
1445
3470
25
3#桩基试验场
3-1~3#
25.0
600
1365
3300
25
2检测内容及方法：
检测内容
检测方法
单桩竖向抗压承载力
高应变检测、单桩竖向抗压静载试验
单桩水平承载力
单桩水平静载试验
桩身完整性
低应变检测
3检测条件：
3.1需甲方提供本场地的工程地质资料﹑施工图纸﹑打桩记录；
3.2确定试验点位置及数量；
3.3试验桩基龄期满足规范要求；
3.4解决现场测试用电及照明问题；
3.5测试场地平整﹑动测桩顶面平整。
4检测标准：
4.1《建筑基桩检测技术规程》DB29-38-2002J10198-2002
4.2《岩土工程技术规范》DB29-20-2003J256-2003
4.3《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003J256-2003
4.4《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
4.5《预应力混凝土管桩技术规程》DB29-110-2004J10487-2004
5检测工作要求：
5.1单桩竖向静载试验；
5.2低应变桩身完整性检测；
5.3高应变检测；
5.4单桩水平静载试验；
6检测工作质量保证体系，主要质量保证文件：
6.1《程序文件》
6.2《质量手册》
6.2《实施细则》
7检测装备配置、工器具的情况：
序号
设备名称
型号规格
数量
基本功能
备注
1
全自动静载仪
JCQ503A
1
静载自动观测
2
基桩动测仪
RS1616k（S）
1
低应变检测
高应变检测
3
千斤顶
500T
1
单桩竖向抗压静载
50T
1
单桩水平静载
4
油泵
DSD0.4/6
2
静载
5
位移计
MFX-50
12
静载
6
试验用梁
自制
12
静载试验用
所用仪器均满足相关规范、规程要求
8检测实施方案及原理、方法：
8.1高应变检测
8.1.1试验目的：
用于初步判断基桩的竖向承载力
8.1.2方法及原理：
高应变动力试桩法是用快速施加的动荷载代替缓慢的静荷载，应用波动力学理论，用一维波动方程对所测得的力和速度信号进行分析计算，从而得到单桩极限承载力、桩身结构完整性、锤击能量及桩身应力等各种重要信息，采用实测曲线拟合法还可得到桩侧和桩端土阻力的分布情况，并能模拟静载试验的Q-S曲线。
高应变动力试桩的具体做法是：
将重锤提升一定高度后自由落下锤击桩头，使桩身产生与静荷载试验至极限承载力时的静应变值相当的瞬时动应变值，通过安装在桩顶附近的力和加速度传感器采集检测截面的轴向应变和轴向运动加速度，计算出平均的力和速度，然后用一维波动方程对所获得的力和速度进行分析计算，得到所要的各种信息。
依据规范本次检测部分高应变检测使用实测曲线拟合法进行计算。
拟合法同样假定单桩是一维弹性杆件，但却完全摈弃了凯司（Case）法的另外几个假定，而是采用了更接近实际的桩身和桩土体系模型，即桩身阻抗可变，土的静阻力不恒定，动阻力非线性，应力波在传播中能量有损失；此外还考虑了一些施工及检测时的实际情况，对桩端及土性状的变化进行了处理。
由于拟合法所采用的桩身和桩土体系更接近实际，也更加复杂，因此只能将桩身和土分成若干个均匀的小单元，运用一维波动方程进行分段分层地分析和计算。
但因已知条件仅为力和速度，而未知参数则有多个，因此还不能根据所测得的力和速度直接解出全部的桩土参数，只能通过拟合计算的方法来实现。
在实施现场试验前，应提供该地区的地质勘察报告（详勘）。
其拟合计算步骤如下：
（1）把实测两根曲线之一作为计算中的已知数，而把第二根曲线作为检验计算结果的依据；
（2）依据准确地质勘察报告书，对桩身阻抗、土阻力及其它所在桩土参数进行设定；
（3）进行一次波动力计算，求得第二根曲线的计算值；
由于拟合计算的繁杂，因此必须采用程序计算。
8.2低应变动测：
8.2.1试验目的：
检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别
8.2.2方法及原理：
目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，这种方法称之为反射波法（或瞬态时域分析法）。
本方法的理论依据是建立在一维线弹性杆件模型基础上，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。
本方法对桩身缺陷程度只作定性判定，尽管利用实测曲线拟合法分析能给出定量的结果，但由于桩的尺寸效应、测试系统的幅频相频响应、高频波的弥散、滤波等造成的实测波形畸变，以及桩侧土阻尼、土阻力和桩身阻尼的耦合影响，曲线拟合法还不能达到精确定量的程度。
由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回桩顶的传播为一能量和幅值逐渐衰减过程。
若桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变幅较大，往往应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完全衰减或提前反射，致使仪器测不到桩底反射信号，而无法对整根桩的完整性做出评定。
对于最大有效检测深度小于实际桩长的超长桩检测，尽管测不到桩底反射信号，但若有效检测长度范围内存在缺陷，则实测信号中必有缺陷反射信号。
因此，低应变方法仍可用于查明有效检测长度范围是否存在缺陷。
本方法的有效检测桩长范围应通过现场试验确定。
桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。
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基本等同。
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；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。
当桩头与承台或垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响。
因此，测试时桩头不得与混凝土承台或垫层相连，而应将其与桩侧断开。
从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据ΔT=2L/c，只有已知桩长L才能计算波速c，或已知波速c计算桩长L。
因此，桩长参数的设定应为实际施工桩长或测点至桩底的距离。
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，实际分析过程中应按由桩长计算的波速重新设定或按确定的波速平均值cm设定。
对于时域信号，采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断，一般应在保证测得完整信号（时段2L/c+5ms，1024个采样点）的前提下，
选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。
但是，若要兼顾频域分辨率，则应按采样定理适当降低采样频率或增加采样点数。
稳态激振是按一定频率间隔逐个频率激振，并持续一段时间。
频率间隔的选择决定于速度幅频曲线和导纳曲线的频率分辨率，它影响桩身缺陷位置的判定精度；间隔越小，精度越高，但检测时间很长，降低工作效率。
一般频率间隔设置为3Hz、5Hz和10Hz。
每一频率下激振持续时间的选择，理论上越长越好，这样有利于消除信号中的随机噪声。
实际测试过程中，为提高工作效率，只要保证获得稳定的激振力和响应信号即可。
保证获得高质量响应信号而的措施：
传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；必要时可采用冲击钻打孔安装方式，但传感器安装面应与桩顶面紧密接触。
相对桩顶横截面尺寸而言，激振点处为集中力作用，不可避免地产生表面波和横波的干扰（当锤击脉冲变窄或桩径增加时，这种由三维尺寸效应引起的干扰加剧）。
传感器安装点与激振点距离和位置不同，所受干扰的程度也不同；对混凝土实心桩，当检测点位于距桩中心约2/3半径R时，所受干扰相对较小；对空心桩，当检测点与激振点平面夹角约为90°时也有类似效果。
另应注意增加安装点与激振点距离或平面夹角将增大锤击信号与响应信号的时间差，造成波速或缺陷定位误差。
测振传感器安装点、锤击点布置示意如图。
传感器安装点
激振锤击点
空心桩
实心桩
当预制桩、预应力管桩等桩顶高于地面很多，或灌注桩桩顶部分桩身截面很不规则，
或桩顶与承台等其他结构相连而不具备传感器安装条件时，可将测量响应传感器安装在桩顶以下的桩侧表面，且宜远离桩顶。
激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋，其目的是减少外露主筋对测试产生干扰信号。
若外露主筋过长而影响正常测试时，应将其割短。
瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。
锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。
锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。
稳态激振在每个设定的频率下激振时，为避免频率变换过程产生失真信号，应具有足够的稳定激振时间，以获得稳定的激振力和响应信号，并根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力。
稳态激振器的安装方式及好坏对测试结果起着很大的作用。
为保证激振系统本身在测试频率范围内不至于出现谐振，激振器的安装宜采用柔性悬挂装置，同时在测试过程中应避免激振器出现横向振动。
桩径增大时，桩截面各部位的运动不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化往往表现出明显的方向性。
故应增加检测点数量，使检测结果能全面反映桩身结构完整性情况。
每个检测点有效信号数不宜少于3个，并进行叠加平均提高信噪比。
应合理选择测试系统量程范围，特别是传感器的量程范围，避免信号波峰削波。
8.3单桩竖向抗压静载荷试验
8.3.1试验目的：
确定单桩竖向抗压极限承载力、判定竖向抗压承载力是否满足设计要求、获取桩顶压力与桩身沉降的关系、验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。
8.2.2方法及原理：
本次检测采用堆载法
试验装置为压重平台反力法，即由压重平台提供反力通过试桩钢梁及千斤顶对试桩进行竖向抗压荷载试验。
单桩竖向承载力试验装置如图8－1所示。
图8－1单桩竖向抗压静载荷试验装置示意图
加载方法采用快速维持荷载法。
荷载分级：
预估极限承载力值的1/10。
第一级可按两倍分级荷载加荷。
测读沉降时间：
每级加载后间隔5、10、15分钟各测读一次，以后每隔15分钟测读一次，累计1小时后每隔30分钟测读一次。
稳定标准：
每级荷载作用下，1小时的沉降不超过0.1mm并连续出现2次，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。
终止加荷条件：
1、某级荷载作用下，桩顶的沉降量超过前一级荷载作用下桩顶沉降量的5倍时；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；
3、当工程桩做锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。
4、满足设计的具体检测要求。
5、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。
出现上述情况之一时即可终止试验。
卸载与卸载沉降观测：
每级卸载值为每级加载值的2倍。
每级卸载后隔15分钟测读一次残余沉降，
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