CN116607579A - 一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，包括：在最下一节钢筋笼上定位安装分布式光纤传感器，分布式光纤传感器沿若干节钢筋笼竖直向上绑扎，形成测线；将分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔，并将若干节连接的钢筋笼下放到钻孔中，直至达到钢筋笼的设计高度，将测线固定在灌注桩柱顶；浇筑混凝土，采用回弹仪对灌注桩桩身混凝土强度进行检测，当达到预设强度值后，对灌注桩的桩头进行处置找平；连接采集仪与测线，进行设备调试，调试完成后，对灌注桩的桩基进行标准竖向加载，同步启动采集仪对测线数据进行采集，根据采集的数据获得桩基垂直度。本发明研发的装置简单、成本低；检测方法简单，容易掌握。
Description
技术领域
本发明属于建筑行业技术领域，特别是涉及一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法。
背景技术
钻孔灌注桩基具有承载力高、适用范围广等特点，被广泛应用于高层建筑、桥梁等工程中。钻孔灌注桩经过的每道施工工序以及采用的每项施工工艺都会直接影响到成桩质量，而且还对钻孔灌注桩最终能否满足施工设计要求、能否达到相关的质量验收标准等起到了决定性的作用。钻孔灌注桩成桩后的垂直度直接影响到结构的受力状态和使用寿命，因此，在桩基施工过程中，桩基垂直度是施工检测的重要内容，也是评价施工质量的重要指标。
相关规范对成孔的孔径、孔深，孔斜度和沉渣等各项参数都做出了明确的规定，然而，在成桩后桩身垂直度的检测尚缺乏有效的检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，包括：
先在最下一节的钢筋笼上定位安装分布式光纤传感器，所述分布式光纤传感器沿若干节连接的钢筋笼竖直向上绑扎，形成测线；
将所述分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔，并将若干节连接的钢筋笼下放到钻孔中，直至达到钢筋笼的设计高度，将所述测线固定在灌注桩柱顶；
浇筑混凝土，采用回弹仪对灌注桩桩身混凝土强度进行检测，当达到预设强度值后，对灌注桩的桩头进行处置找平；
连接采集仪与所述测线，进行设备调试，调试完成后，对所述灌注桩的桩基进行标准竖向加载，同步启动采集仪对测线数据进行采集，根据采集的数据获得桩基垂直度。
可选的，相对于灌注桩中心采用十字对称方式定位安装所述分布式光纤传感器进行。
可选的，所述分布式光纤传感器的长度根据桩长确定，确定方式为取桩长与固定值和作为分布式光纤传感器的长度。
可选的，将所述分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔的过程中，所述预留孔内的光纤采用螺旋的形式进行缠绕，光纤的预留伸缩长度大于6cm。
可选的，若加载装置采用桩顶加载，当灌注桩桩身混凝土强度达到设计强度的75％后，还需进行灌注桩桩头的破除。
可选的，若加载装置采用桩顶加载，则在所述灌注桩的桩顶布置加载反力装置，采用锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置中任一项作为加载反力装置，所述加载反力装置的承载能力根据桩基设计承载力与修正系数确定，所述修正系数根据检测位置确定。
可选的，测线数据为测线的应变数据，对比分析测线的应变数据对桩基垂直度进行评价，评价过程包括：分别获取两条测线的应变量，所述两条测线为十字交叉线布局中位于同一条线上的的两条测线，基于所述应变量、弹性变形理论与桩身倾斜度的计算公式获得对应桩基断面处的垂直度表达式，根据所述两条测线上任一断面的应变差与所述垂直度表达式获得桩身垂直度。
本发明的技术效果为：
1、本发明是在传统的静载试验的基础上进行的，检测装置简单，不需要其他机械设备的配合，降低施工难度和施工成本。
2、本发明的装置安装简单、快捷，在桩基施工过程中不需要安排特定的时间，在施工间隙即可完成检测。
3、本发明实现了成桩后桩基桩身垂直度的检测指标，方法简单可靠，检测精度高。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的方法示意图；
图2为本发明实施例中的测线立体图；
图3为本发明实施例中的桩顶平面示意图，1-第一传感器测线，2-第二传感器测线，3-第三传感器测线，4-第四传感器测线；
图4为本发明实施例中的灌装混凝土前的侧面示意图；
图5为本发明实施例中的桩基纵向变形示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1-5所示，本实施例中提供一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，包括：
检测装置和分析方法，检测装置包括桩侧传感器、采集仪，分析方法包括操作步骤和数据处理方法。
检测装置包括绑扎在钢筋笼上的传感器、信号采集仪和加载装置。绑扎在钢筋笼上的传感器，采用分布式光纤传感器，一次性使用，用于接收桩身传递的弹性变形；采集仪，用于接收桩侧传感器发出的检测信号；加载装置，采用荷载箱加载或墩顶加载，墩顶加载时配套常规的锚桩横梁反力装置，或压重平台反力装置，或锚桩压重联合反力装置。
基桩在受压时是一个弹性体，其变形满足弹性变形理论的胡克定律(形变与应力成比例)。
当单位圆柱体被拉伸的时候会产生伸长变形ΔL那么圆柱体的长度则变为L+ΔL。这里由伸长量ΔL和原长L的比值所表示的伸长率或压缩率就叫做“应变”记为ε。
ε＝△L/L (1)
根据弹性变形理论，应变ε与应力σ之间的物理关系式为：
式中：E为材料的拉压弹性模量；μ为泊松比。
当桩基垂直时，桩基在同一断面上的应变(应力)相等。当桩基倾斜时，根据弹性变形理论，桩基在同一断面上的应变(应力)不等。
分析方法包括：
第一步，在最下一节钢筋笼上定位安装相对于桩中心，十字对称安装分布式光纤传感器1、2、3、4，分布式光纤传感器长度＝桩长+500cm，沿钢筋笼竖直向上绑扎，形成测线。其中分布式光纤传感器1、3的连线垂直于分布式光纤传感器2、4的连线，并相交于桩中心。
第二步，下放钢筋笼，绑扎分布式光纤传感器。当采用荷载箱加载时，分布式光纤传感器在荷载箱位置穿过预留在荷载箱上的预留孔，在预留孔内光纤采用螺旋缠绕的形式，其伸长量大于6cm。
第三步，钢筋笼下放完毕，在桩顶固定第一传感器测线1至第四传感器测线4。
第四步，浇筑混凝土，采用回弹仪对桩身混凝土强度进行检测，当达到设计强度75％后，进行破除桩头进行处置并找平。当采用荷载箱加载时，无破除桩头步骤。
桩头处置：
1)混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土。
2)桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。
3)桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上。
4)距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为3～5m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100mm。桩顶应设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。
第五步，在桩顶布置加载反力装置，加载装置采用常规的锚桩横梁反力装置，或压重平台反力装置，或锚桩压重联合反力装置，加载反力装置的承载能力P反符合公式
P反＝αF承载力
其中，F承载力为桩基设计承载力。
α为修正系数，当进行桩基承载力试验时，α＝2.6
当仅检测桩身垂直度时，α＝1.3
当采用荷载箱加载时，忽略此步骤。
第六步，连接测线到采集仪上，对设备进行调试。调试过程包括：1.传感器是否完好，2.采集仪归零，3.试验前先对试验桩进行预压。预压荷载为最大加载量的5％，预压时间为5min。预压后卸载至零。
第七步，对桩基进行竖向加载，开始静载试验。当进行桩基静载试验时，加载工况按相关《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T 3512―2020)、《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)、《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218-2019)的相关要求进行加载，同步启动采集仪，对测线数据进行采集。当仅检测桩身垂直度时，采用慢速维持荷载法，分5次进行加载，最大加载值为桩基承载力设计值。
第八步，对比分析第一传感器1测线至第四传感器测线4的应变(应力)数据，评价桩基垂直度。
根据《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T 3512―2020)桩身倾斜度
Δe＝e1i-e0
其中，Li—桩孔i断面到孔口长度(m)
e1i—桩孔i断面处偏心距(m)
e0—桩孔孔口偏心距(m)。
由于测线沿桩基长度方向布置，以及桩基受力变形的特点，桩基横向变形忽略不计。
当测线1、2、3、4任意一个断面的应变ε1、ε2、ε3、ε4满足下列公式时，桩基垂直度满足要求。
对于测线1和测线3上任意断面i上的应变，由公式(1)得
其中测点1i，3i连线通过桩中心。
根据公式(2)、公式(3)，则桩基i断面处的垂直度，
其中，D为桩基直径，α为桩基倾斜角，如图5所示；
转换可得，
则，
当桩身倾斜度k要求k≤1％时，测线1和测线3上任意断面i上的应变差应满足：
同理可得，测线2和测线4上任意断面i上的应变差
当公式(10)、(11)同时满足时，桩身倾斜度满足要求。
本实施例公开了一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，包括：在最下一节钢筋笼上定位安装分布式光纤传感器，分布式光纤传感器竖直向上绑扎，形成测线；将钢筋笼下放，将分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔，并将测线固定在灌注桩柱顶；浇筑混凝土，采用回弹仪对灌注桩桩身混凝土强度进行检测，当达到预设强度值后，对灌注桩进行处置找平；连接采集仪与测线，进行设备调试，调试完成后，对灌注桩的桩基进行竖向加载，同步启动采集仪对测线数据进行采集，根据采集的数据获得桩基垂直度，判断是否满足要求。本发明研发的装置简单、成本低；检测方法简单，容易掌握。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
先在最下一节的钢筋笼上定位安装分布式光纤传感器，所述分布式光纤传感器沿若干节连接的钢筋笼竖直向上绑扎，形成测线；
将所述分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔，并将若干节连接的钢筋笼下放到钻孔中，直至达到钢筋笼的设计高度，将所述测线固定在灌注桩柱顶；
浇筑混凝土，采用回弹仪对灌注桩桩身混凝土强度进行检测，当达到预设强度值后，对灌注桩的桩头进行处置找平；
连接采集仪与所述测线，进行设备调试，调试完成后，对所述灌注桩的桩基进行标准竖向加载，同步启动采集仪对测线数据进行采集，根据采集的数据获得桩基垂直度。
2.根据权利要求1所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
相对于灌注桩中心采用十字对称方式定位安装所述分布式光纤传感器进行。
3.根据权利要求2所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
所述分布式光纤传感器的长度根据桩长确定，确定方式为取桩长与固定值和作为分布式光纤传感器的长度。
4.根据权利要求1所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
将所述分布式光纤传感器穿过加载装置上的预留孔的过程中，所述预留孔内的光纤采用螺旋的形式进行缠绕，光纤的预留伸缩长度大于6cm。
5.根据权利要求1所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
若加载装置采用桩顶加载，当灌注桩桩身混凝土强度达到设计强度的75％后，还需进行灌注桩桩头的破除。
6.根据权利要求5所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
若加载装置采用桩顶加载，则在所述灌注桩的桩顶布置加载反力装置，采用锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置中任一项作为加载反力装置，所述加载反力装置的承载能力根据桩基设计承载力与修正系数确定，所述修正系数根据检测位置确定。
7.根据权利要求2所述的基于弹性变形理论及静载试验的桩基垂直度检测方法，其特征在于，
测线数据为测线的应变数据，对比分析测线的应变数据对桩基垂直度进行评价，评价过程包括：分别获取两条测线的应变量，所述两条测线为十字交叉线布局中位于同一条线上的的两条测线，基于所述应变量、弹性变形理论与桩身倾斜度的计算公式获得对应桩基断面处的垂直度表达式，根据所述两条测线上任一断面的应变差与所述垂直度表达式获得桩身垂直度。
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| CN116824518A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 四川嘉乐地质勘察有限公司 | 基于图像识别的桩基静载检测方法、装置、处理器 |
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