高应变、低应变(讲课)PPT课件.ppt

桩基动力检测是指在桩顶施加一个动态力 可以是瞬态冲击力或稳态激振力 桩土系统在动态力的作用下产生动态响应信号 位移 速度 加速度信号 通过对信号的时域分析 频域分析或传递函数分析 判断桩身结构的完整性 推断单桩承载力 根据作用在桩顶上的动荷载能量能否使桩土之间发生一定弹性位移或塑性位移 把动力测桩分为低应变 高应变两种方法 低应变作用在桩顶上的动荷载远小于桩的使用荷载 能量小 只能使桩土产生弹性变形 一桩基低应变动力检测 1 低应变动测技术 反射波法机械阻抗法水电效应法动力参数法共振法球击法 青藏线基桩检测 2 原理 基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是 通过在桩顶施加激振信号产生应力波 该应力波沿桩身传播过程中 遇到不连续界面 如蜂窝 夹泥 断裂 孔洞等缺陷 和桩底面时 将产生反射波 检测分析反射波的传播时间 幅值和波形特征 就能判断桩的完整性 3 低应变动测仪器 激振设备 传感器 放大器 信号采集分析仪 4 FDP204 B 掌上动测仪 5 6 7 8 9 10 目前倾向于低应变法仅能检测桩身完整性 11 桩身完整性定义 桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度 统一划分为四类的 一类 桩身完整 二类 桩身有轻微缺陷 不会影响桩身结构承载力的发挥 三类 桩身有明显缺陷 对桩身结构承载力有影响 一般应采用其他方法验证其可用性 或根据具体情况进行设计复核或补强处理 四类 桩身存在严重缺陷 一般应进行补强处理 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 检测实例 24 1 湖南省长沙市黄兴路步行街人工挖孔桩无损检测湖南省长沙市黄兴路步行街人工挖孔扩底灌注桩 桩长7米 桩径1 2米 混凝土设计强度C30 采用FDP204PDA一体化掌上动测仪 从检测波形来看 在5 9米左右出现明显的扩颈 属工程设计的扩底位置 对应地质资料及人工挖空出露的岩层来看 已经到中风化岩层 经工程质量监督站证明 检测结果符合工程实际情况 25 2 云南钢铁厂嵌岩桩建筑工程检测云南省昆明钢厂二厂区扩建工程钻孔灌注桩 桩长22米 桩径800mm 砼强度等级C25 本次工程桩试验采用FDP204PDA掌上动测仪 同时作对比实验的是美国PIT型低应变动测仪 PIT动测仪设置参数放大50倍 预设桩长和波速 FDP204PDA采集时未做桩底放大和幂放大 桩底清晰 波形归零情况良好 与PIT动测仪的测试结果一致 26 3 贵州省遵义市万里路某建筑工程检测贵州省遵义市万里路某建筑工程人工挖孔灌注桩 桩长11 5米 桩径1200mm 砼强度等级C20 本次工程桩试验采用FDP204 B 动测仪 下图桩底很清晰 有明显的扩大头反射 而且波形的归零情况良好 27 高应变动力试桩的基本原理 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 五桩基高应变动力检测 28 2020 1 8 29 已有的方法 1 打桩公式法 用于预制桩施工时的同步测试 采用刚体碰撞过程中的动量与能量守恒原理 打桩公式法以工程新闻公式和海利打桩公式最为流行 2 锤击贯人法 简称锤贯法 曾在我国许多地方得到应用 仿照静载荷试验法获得动态打击力与相应沉降之间的曲线 通过动静对比系数计算静承载力 也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力 3 Smith波动方程法 设桩为一维弹性杆 桩土问符合牛顿粘性体和理想弹塑性体模型 将锤 冲击块 锤垫 桩垫 桩等离散化为一系列单元 编程求解离散系统的差分方程组 得到打桩反应曲线 根据实测贯人度 考虑土的吸着系数 求得桩的极限承载力 4 波动方程半经验解析解法 也称CASE法 将桩假定为一维弹性杆件 土体静阻力不随时间变化 动阻力仅集中在桩尖 根据应力波理论 同时分析桩身完整性和桩土系统承载力 5 波动方程拟合法 即CAPWAP法 其模型较为复杂 只能编程计算 是目前广泛应用的一种较合理的方法 6 静动法 也称伪静力法 其意义在于延长冲击力作用时间 100ms 使之更接近于静载荷试验状态 30 CASE法和CAPWAP法 CASE法和CAPWAP法是目前最常用的两种高应变动力试桩方法 也是狭义的高应变动力试桩法 它们的现场测试方法和测试系统完全相同 通过重锤冲击桩头 产生沿桩身向下传播的应力波和一定的桩土位移 利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和特制工具式应变计记录冲击波作用下的加速度与应变 并通过长线电缆传输给桩基动测仪 然后采用不同软件求得相应承载力和基桩质量完整性指数 CASE法由于分析较为简单 可在现场提交 高应变动力试桩现场测试示意图结果 因而也称波动方程实时分析法 而拟合法因要进行大量拟合反演运算 一般只能在室内进行 31 32 激振设备 预制桩打桩机械自制自由落锤锤重应大于预估的单桩极限承载力的1 0 1 5 33 34 35 36 如图采用美国PDI公司PAL型基桩高应变动测仪检测桩基 检测结果可提供基桩的极限承载力指标和桩身结构完整性评价 检测目的 判定单桩竖向承载力是否满足设计要求 检测桩身缺陷及位置 判定桩身完整性 分析桩侧和桩端阻力 37 38 39 40 41 42 43 CASE法 凯司法是美国凯司技术学院Goble教授等人经十余年努力 逐步形成的一套以行波理论为基础的桩动力测量和分析方法 这个方法从行波理论出发 导出了一套简洁的分析计算公式并改善了相应的测量仪器 使之能在打桩现场立即得到关于桩的承载力 桩身完整性 桩身应力和锤击能量传递等分析结果其优点是具有很强的实时测量分析功能 44 利用叠加原理的打桩总阻力估算公式 初始速度曲线第一峰的时刻为t1 则在t2 t1 2L C时刻 桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响 1 由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的总和RT 2 2 由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波 其大小即为Fd t1 但符号为负 3 由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波的形式上行 并与第 2 项的上行波同时到达桩顶 其大小也为RT 2 4 全部的上行波在桩顶反射而形成的下行波Fd t2 45 土阻力表达式 46 Case承载力计算方法 根据前式 已经得到了应力波在2L C一个完整行程中所遇到的总的土阻力计算公式 但是并不能回答总阻力R 与桩的极限承载力之间的关系 因为其中包含有土阻尼的影响 也即土的动阻力的影响 是需要扣除的 而根据桩的荷载传递机理 桩的承载力是与竖向位移有关的 位移的大小决定了桩周土的静阻力发挥程度 显然其中所包含的静阻力的发挥程度也需要探究 所以 需要更具体地考虑以下几方面问题 47 1 去除土阻尼的影响 2 对给定的F和V曲线 正确选择t1时刻 使其中所包含的静阻力充分发挥 3 对于桩先于2L C回弹 速度为负 造成桩中上部土阻力凡卸载 需对此做出修正 4 在试验过程中 桩周土应出现塑性变形 即桩出现永久贯人度 以证实打桩时土的极限阻力充分发挥 否则不可能得到桩的极限承载力 5 考虑桩的承载力随时间变化的因素 48 Case承载力计算方法 1 假设土阻尼存在于桩端 至于桩端运动速度有关 2 假设由阻尼引起的桩端土的动阻力预桩端运动速度成正比 Rd JcZV toe t 3 静阻力Rs Rt Rd 49 50 51 52 CASE法判定单桩承载力 凯司法与实测曲线拟合法在计算承载力上的本质区别是 前者在计算极限承载力时 单击贯人度与最大位移是参考值 计算过程与它们无关 另外 凯司法承载力计算公式是基于以下三个假定推导出的 桩身阻抗基本恒定 动阻力只与桩底质点运动速度成正比 即全部动阻力集中于桩端 土阻力在时刻t2 t1 2L C已充分发挥 Jc值实际上是一个无明确意义的综合调整系数 53 54 限制条件 1 桩身