基桩高应变检测

高应变桩桩基承载载力检测测2014年10月27日一、高应应变法测测试概述述高应变法法：用重重锤（重重量为预预估单桩桩极限承承载力的的1%～1.5%）自由下下落锤击击桩顶，，使其应应力和应应变水平平接近静静力试桩桩的水平平，使桩桩土之间间的土产产生塑性性变形，，即使桩桩产生贯贯入度，，一般贯贯入度≮≮2mm,但≯6mm.桩对外有有抗力（（承载力力）是通通过位移移产生，，有了位位移，桩桩侧土强强度得到到充分发发挥，桩桩端土强强度也得得到一定定程度的的发挥，，此时,量测的信信号含有有承载力力的因素素。但对对于嵌岩岩桩和超超长的摩摩擦桩，，要使桩桩端土强强度发挥挥几乎是是不可能能的。高应变法法动力试试桩的主主要功能能（1）判定单单桩竖向向抗压承承载力（（简称单单桩承载载力）。。单桩承承载力是是指单桩桩所具有有的承受受荷载的的能力，，其最大大的承载载能力称称为单桩桩极限承承载力。。高应变法法判定单单桩承载载力是桩桩身结构构强度满满足轴向向荷载的的前提下下判定地地基土对对桩的支支承能力力。（2）判定桩身完完整性。高应应变作用在桩桩顶的能量大大，检测桩的的有效深度大大。对预制方方桩和预应力力管桩接头是是否焊缝开裂裂等缺陷判断断优于低应变变法；对等截截面桩可以由由截面完整系系数β定量判定缺陷陷程度，从而而判定缺陷是是否影响桩身身结构的承载载力。（3）打入式预制制桩的打桩应应力监控；桩桩锤效率、锤锤击能量的传传递检测，为为沉桩工艺、、选择锤击设设备提供依据据。（4）对桩身侧阻阻力和端阻力力进行估算。。尽管低应变反反射波法和高高应变法均采采用一维应力力波理论分析析计算桩—土系统响应，，但前者由于于桩—土体系变形很很小，一般不不考虑土弹簧簧和土阻尼的的非线性问题题；而后者除除与低应变反反射波法的计计算原理、方方法一致外，，还要着重考考虑上弹簧、、甚至是土阻阻尼的非线性性。因此，利用波波动理论计算算桩土互作用用的土阻力问问题显得很重重要。高应变实际检检测时，测量量激励和响应应的传感器一一般安装在桩桩顶附近，习习惯上将传感感器安装截面面视为桩顶，，传感器安装装载面至桩底底的距离称为为测点下桩长长L。对于等截面面均匀桩，桩桩顶实测到的的力和速度包包含了桩侧和和桩端土阻力力的影响。下下面来分析一一下深度x处的上阻力R2在冲击过程中中对桩顶的力力和速度的影影响。下行入入射波通过x界面时，将在在界面处分别别产生幅值各各为Rx／2的向上反射压压力波和向下下传播的拉力力波．见图1。即t＝x／c时刻Rx被激发，Rx／2的压力波影响响于2x／c时刻反射回桩桩顶，它将使使桩顶力曲线线上升Rx／2，同时使使速度曲线下下降Rx／2Z。如果将速度度曲线以力的的单位归一化化，即将速度度乘以阻抗Z与力曲线同时时显示，这样样Rx对桩顶力和速速度曲线的影影响将使两曲曲线的差值增增加为：由于x是完全任意的的，可以得出出如下结论：：在桩顶力和和速度时程曲曲线的2x/c(x＜L)时刻，力曲线线与速度曲线线之间的差值值代表了应力力波从桩顶下下行至x深度的过程中中所受到的所所有土阻力之之和，即：上行为R/2的压力波，经经2L/c时刻到达测点点。它对测点点波形影响是是，使力值增增加，速度值值减小，也就就是力和速度度波形分开，，分开距离在在数值上正好好是桩侧摩阻阻力值。数值－R/2的下行拉力波波将和下行的的锤击波F(t)叠加，传播至至桩底后产生生反射。桩侧阻力的反反射波：桩顶受锤击作作用，应力波波沿桩身传播播，遇桩侧土土摩阻力R时将产生上行行的压力波和和下行的拉力力波。打桩土阻力的的大小显然与与桩的竖向承承载力高低有有关，桩承载载力愈高、打打桩土阻力愈愈强。尽管土土阻力是直接接测量的，但但土阻力中所所包含的静阻阻力的具体量量值是未知的的。因此，通通过实测力与与实测速度曲曲线之差反映映的土阻力大大小只是桩的的竖向承载力力高低的定性性表达。二、高应变法法检测一般规规定该方法适用于于检测基桩的的竖向抗压承承载力和桩身身完整性；监监测预制桩打打入时的桩身身应力和锤击击能量传递比比，为沉桩工工艺参数及桩桩长选择提供供依据。对于于大直径扩底底桩和Q-s三、仪器设备备检测仪器一JGJ106-2014对锤击设备提出了要求：

9.2.2条:锤击设备可采用柴油锤、液压锤、蒸汽锤等具有导向装置的打桩机械，但不得采用导杆式柴油锤、振动锤。9.2.3条：高应变检测专用锤击设备应具有稳定的导向装置，重锤应形状对称，高径（宽）比不得小于1。9.2.5条：采用高应变法进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比值不得小于0.02.四、现场检测测技术JGJ106-2014对检测前的准准备工作应符符合下列规定定：9.3.1条1、对于不满足足本规范表3.2.5规定的休止时时间的预制桩桩，应根据本本地区的经验验，合理安排排复打时间，，确定承载载力的时间效效应。2、桩顶面应平平整，桩顶高高度应满足锤锤击装置的要要求，桩锤重重心应与桩顶顶对中，锤击击装置架立应应垂直。3、对不能承受受锤击的桩头头应做加固处处理，混凝土土桩的桩头处处理按本规范范附录B执行。4、传感器的安安装应符合本本规范附录F的规定。5、桩头顶部应应设置桩垫，，桩垫可采用用10～30mm厚的木板或胶胶合板等材料料。1、桩头处理（1）预制桩的处处理。预制桩的桩头头处理较为简简单，使用施施工用柴油锤锤跟打时，只只需留出足够够深度以备传传感器安装；；预制桩砼强强度较高，桩桩头较平整，，无须进行桩桩头处理，一一般垫上合适适的桩垫即可可，但对于那那些截掉桩头头或桩头打烂烂后才通知测测试的，有时时也有必要进进行处理，或或将凸出部分分敲掉（割掉掉），特别是是出露的钢筋筋应当割掉，，或重新涂上上一层高强（2）灌注桩的处处理。灌注桩的桩身身处理较为复复杂，针对不不同桩型，一一般可采用下下列几种办法法：①制作长桩帽帽，传感器安安放在桩帽上上这种方法因因便于传感器器安装（原则则上传感器应应装在本桩上上）、不会砸砸乱桩头、桩桩帽强度可以以自由配制、、信号质量较较好，但是一一旦接桩效果果较差，便会会严重影响上上方传感器的的测试信号；；上下介质广广义波阻抗相相差较大时，，也将使测试试信号的可信信度降低。②制作作短桩桩帽，，传感感器在在本桩桩上安安装。。这是较较合理理的一一种处处理方方法，，利用用桩帽帽承受受锤击击时的的不均均匀打打击力力，以以防止止桩头头的开开裂。。因传传感器器在本本桩上上安装装，接接头处处并无无特别别的处处理要要求。。工程程桩难难有安安装传传感器器的平平整面面，当当桩头头位于于地表表以下下时，，需大大量开开挖以以保证证传感感器的的安装装等是是本方方法的的缺点点。2、传感感器的的安装装高应变变测试试的基基本原原理是是分析析土阻阻力和和桩身身缺陷陷对实实测力力波和和速度度波的的影响响，进进而评评价桩桩的承承载力力。测测试时时既要要测力力又要要测速速度，，一般般要求求传感感器线线性带带宽的的高频频截止止频率率至少少能达达到1500Hz，而低低频截截止频频率则则越低低越好好；由由于打打击力力常达达几百百吨，，对应应的应应力和和速度度也相相当高高，目目前直直接测测量力力和速速度的的传感感器均均难以以具备备如此此条件件，特特别是是力，，几乎乎没有有直接接检测测桩身身应力力的工工具，，因此此高应应变测测试不不得不不采用用间接接的测测量办办法，，通过过测量量桩侧侧的应应变来来推算算桩身身应力力和力力，通通过测测量桩桩侧质质点加加速度度来积积分成成速度度。安装面面应对对称地地选在在桩两两侧相相同高高度处处，选选择安安装面面时，，应在在适合合传感感器安安装高高度的的桩周周围反反复用用地质质锤敲敲挖，，寻找找较少少凸出出物、、较少少软沙沙浆而而又平平整的的平面面。大大多数数灌注注桩，，只有有将桩桩头全全部挖挖出才才能寻寻找出出合适适的部部位，，只对对称挖挖出两两侧的的作法法极不不合理理。桩桩成型型较差差时，，只能能找到到相对对较好好的侧侧面，，对于于这些些侧面面，必必须有有专人人再次次进行行合理理的人人工处处理。。①加速速度计计安装装。加速度度计和和底座座系分分离件件时，，二者者间必必须用用扳手手拧紧紧，有有可能能的话话还可可用胶胶或或硅胶胶粘牢牢，如如无必必要一一般不不要折折开，，计线线座合合一的的可不不必考考虑二二者间间的紧紧密程程度。。加速速度计计的底底座应应紧贴贴桩侧侧，但但拧紧紧膨胀胀螺栓栓时不不可用用力过过猛，，以免免底座座破碎碎。加加速度度计安安装后后用手手应当当不能能扳动动，传传感方方向必必须与与桩的的轴向向平行行。②应力力环安安装。。应力环的安安装最为讲讲究，一般般现场测试试难获成功功的主要原原因便是因因为应力环环安装效果果不理想。。在预制桩桩和桩帽上上应力环较较易安装，，只要膨胀胀螺栓孔距距合适，表表面平整，，螺栓又生生根紧密，，即可获得得满意的安安装效果；；而在灌注注桩本桩上上安装，当当强度合理理、桩侧平平整、螺栓栓间距合适适、生根紧紧凑时尚可可，否则必必须进行技技术处理。。螺栓斜入或或间距不合合时，可用用铁锤在其其根部轻轻轻敲击纠正正；外套出出露时，亦亦可用改锥锥或凿子打打击使其与与螺杆贴紧紧，以保证证应力环能能够贴近桩桩面。所有有螺栓均应应紧固、不不易晃动。。将应力环带带有四角的的一面朝向向桩面顺螺螺杆贴到桩桩上，反复复用手上下下左右移动动应力环，，感觉到四四个支点在在同一平面面时（即用用力按下四四角，没有有翻翘、亦亦无明显变变形）按住住不动，开开始上垫圈圈和螺帽，，然后用扳扳手将其拧拧紧，拧紧紧的过程中中，一方面面安装人员员要密切注注视应力环环中间的传传感环，防防止其出现现可见的变变形（一旦旦变形应松松开处理）），另一方方面最好用用测桩仪监监控，防止止其超出仪仪器的自平平衡调节范范围。从测测试角度看看应力环自自然是拧得得越紧越好好，但过紧紧容易造成成应力环的的伤害。五、高应变变法的基桩桩基本模型型1、基本模型型（1）基桩模型型CASE法将桩视视为一维均均质（等截截面尤佳））连续的弹弹性体，基基本上不考考虑桩身缺缺陷影响，，应变与质质点速度之之间满足协协调方程；；而拟合法法不要求桩桩身截面上上下相等，，基桩本构构关系亦改改为粘弹性性体，可考考虑桩身内内阻对应力力波的衰减减影响，为为进一步模模拟灌注桩桩现场测试试的真实状状况，也可可以引入横横向惯性效效应修正、、桩头砼体体的塑性非非线性修正正。此外，，为考虑桩桩身内部的的缺陷影响响，拟合法法引入了桩桩身接缝的的松弛模型型，对于缺缺陷部位，，只有当质质点位移大大于（压））或小于（（拉）一定定值时才能能向下传播播应力波。。（2）桩周土动动力模型：：为排除动动力试桩过过程中土体体的动力效效应，CASE法和拟合法法均引入了了土的动力力模型。前前者假定土土的动阻力力全部集中中于桩尖，，且与桩尖尖速度和广广义波阻抗抗成正比；；后者则假假定动阻力力存在于桩桩端和桩周周各个部位位，常用两两种模型动动阻力伴随随静阻力出出现，或动动阻力伴随随质点运动动出现。为为考虑土体体内部的能能量耗散效效应和惯性性效应，弥弥补静力模模型的不足足，拟合法法还引入了了辐射阻尼尼模型和土土塞模型，，实际编程程又定义一一种阻尼选选择指标，，以便根据据桩尖情况况采用不同同动力模型型。（3）桩周土静静力模型：：CASE法为了确保保波动方程程解耦，得得到半经验验解析解，，不仅将桩桩侧速度与与动阻力分分离，而且且将桩身位位移与静阻阻力分离，，因而假定定土的静力力模型为理理想刚塑性性体，见下下图，一旦旦扰动发生生，阻力即即达到极限限值，显然然，这只能能在桩土间间超过一定定变形时才才适用。拟拟合法则在在假定桩周周土体内部部无相对变变形的前提提下，于桩桩土间引入入了理想弹弹塑性模型型，进入塑塑性前，静静阻力与桩桩土相对位位移成正比比，进入塑塑性后，静静阻力值恒恒定不变。。实际应用用时，对于于重复加载载和卸载，，以及桩尖尖脱离等情情形也作了了进一步假假定，由于动静阻阻力与质点点位移和速速度相互关关联，方程程无法解耦耦，只能采采用迭代运运算。CASE法土的理想想刚塑性性静力模型型六、CASE法计算公式式CASE法计算桩基基承载力:打桩桩总阻阻力估算公公式：如果在整个个深度L的桩段上连连续作用有有侧阻力以以及端阻力力，且土阻阻力是自上上而下依次次激发的，，记初始始速度曲线线第一峰的的时刻为t1，则在t2＝t1+2L／c时刻，桩顶顶实测的力力和速度记记录中将包包含以下四四种影响：：(1)由土阻力产产生的全部部上行压缩缩土阻力波波的总和RT／2；(2)由初始的下下行压力波波经桩底反反射产生的的上行拉力力波，符号号为负；(3)由土阻力产产生的下行行拉力波经经桩底反射射后以压缩缩波的形式式上行，并并与第（2）项的上行行波同时到到达桩顶，，其大小也也为RT／2；(4)全部的上行行被在桩顶顶反射而形形成的下行行波Fc(t2)。凯司法将打打桩总阻力力RT分为静阻力力Rx和动阻力Rd两个不相关关项。为了了从RT中将静阻力力部分提取取出来，凯凯司法采用用以下四个个假定：(1)桩身阻抗恒恒定，即除除了截面不不变外，桩桩身材质均均匀是无明明显缺陷。。(2)只考虑桩端端阻尼，忽忽略桩侧阻阻尼的影响响。（3)应力波在沿沿桩身传播播时，除土土阻力影响响再没有其其他因素造造成的能量量耗散和波波形畸变。。(4)土阻力的本本构关系隐隐含采用了了刚—塑性模型，，即土体对对桩的静阻阻力大小与与桩土之间间的位移大大小无关，，而仅与桩桩土之间是是否存在相相对位移有有关。具体体地讲：桩桩土之间一一旦产生运运动(应力波一旦旦到达)，此时土的的阻力立即即达到极限限静阻力Ru，且随位移移增加不再再改变。得到标准形形式的凯司司法计算桩桩承载力公公式，较适适宜于长度度适中尺截截面规则的的中、小型型桩和摩擦擦型桩。七、波动方方程拟合法法波动方程拟拟合法没有有显式的计计算公式，，只能通过过编程获得得数值解。。目前几乎乎所有这类类拟合程序序均将桩等等分为1米左右的单单元，并且且约定：（1）单元内部部无面积和和阻抗变化化；（2）土阻力由由分布荷载载等效为集集中荷载；；（3）单元内部部的应力波波衰减符合合线性粘性性模型；（4）应力波在在单元节点点处因受土土阻力、桩桩身阻抗变变化等产生生反射波和和透射波。。波动方程拟拟合法分析析拟合过程程中，需了了解桩土参参数对拟合合曲线的影影响：（1）减小缷载载水平意味味着缷载后后的反弹阻阻力或负摩摩阻力减小小，导致计计算曲线的的尾部上升升。（2）桩底弹限限降低时，，会引起桩桩底土的快快速加载和和缷载，因因而会导致致计算曲线线2L/c处及前方一一点偏高。。（3）桩侧土弹弹限降低时时，会引起起桩侧土的的快速加载载和缷载，，前部单元元对应的计计算力曲线线会偏高，，后部会降降低。（4）降低桩侧侧缷载系数数会引起桩桩侧土单元元缷载速度度加快，自自然将使计计算力曲线线的后方提提前下降。。（5）桩侧各点点土的阻尼尼力，与瞬瞬时速度成成正比。降降低桩侧阻阻尼系数，，将使土单单元的动阻阻力减小，，计算曲线线偏低。八、高应变变法信号质质量（1）现场信号号采集和信信号质量的的判断高应变现场场检测不像像低应变检检测容易获获得信号曲曲线，一根根桩的高应应变曲线往往往花费较较高，要作作好充分的的准备。主主要有：传感器的检检查，电锤锤和膨胀螺螺栓的检查查。干扰防治：：50Hz交流电对应应力环有较较大的干扰扰作用，应应使用直流流电。各传感器的的连线要坚坚固，同时时防止线中中的金属和和大地接触触，最好架架空。现场检测前前，最好了了解该桩的的承载力，，作低应变变检测，了了解桩身完完整性，看看地质资料料，了解相相关信息，，做到心中中有数。信号质量的的判断：a、信号没有有不规则的的毛刺或振振荡，没有有明显的干干扰；b、应力和速速度归零，，表明桩已已静止。c、F(t)和ZV(t)在起始段重重合且同时时到达峰值值，说明传传感器、锤锤击系统和和桩头基本本正常。d、打击力在在合理的范范围。e、桩总阻力力在合理的的范围。…….和低应变反反射波法检检测一样，，高应变承承载力检测测也要重视视现场的分分析和判断断。在现场，一一定要获得得一组合理理的好的曲曲线，一定定要对桩的的承载力有有一个判定定。有好的曲线线，即使用用Case法也能得到到合适的极极限承载力力值。没有有得到好的的曲线，在在室内怎么么进行曲线线拟合计算算，也得不不到好的结结果。高应变检测测承载力存存在较多的的争议，主主要是因为为桩很难打打动，要获获得2.54mm的位移，对对长大桩和和灌注桩很很难实现。。九、检测数数据分析与与判定JGJ106-2014对检测数据据质量作出出下列规定定：9.4.1检测承载力力时选取锤锤击信号，，宜取锤击击能量较大大的击次。。9.4.2当出现下列列情况之一一时，高应应变锤击信信号不得作作为承载力力分析计算算的依据。。1传感器安装装处混凝土土开裂或出出现严重塑塑性变形使使力曲线最最终未归零零。2严重锤击偏偏心，两侧侧力信号幅幅值相差超超过1倍。3四通道测试数数据不全。9.4.5高应变实测的的力和速度信信号第一峰起起始比例失调调时，不得进进行比例调整整。十、实例与分分析采集系统子站站实例与分析【例1】直径0.55m，桩长21m预应力管桩，，桩端持力层层硬塑～坚硬硬粘土，筒式式柴油锤施打打，图10-1为波形拟合法法结果，（a）实测F、V波形；（（b）拟合力波形形；（c）拟合速度波波形；（d）上、下行波波；（e）计算速度波波形；（（f）计算位移波波形；（g）计算Q～s曲线和阻力分分布。由此看出：（（1）该桩属摩擦擦端承桩，Qu=3960kN，端阻1012kN（占26%），侧阻2947kN(占74%)，波速c=4200m/s；（2）桩位移最大大值滞后速度度最大值，滞滞后时间，桩桩顶2.6ms、桩中6ms、桩底4.5ms。【例2】由实测的F、V波形定性判断断桩承载力大大小【例3】由实测波形定定性判断打桩桩过程桩承载载力变化应力波沿桩身身传播，遇土土阻力时要产产生上行压力力波。它使测测点的力波上上升