高应力动态测试标准翻译

1、高应力动态测试标准.范围此动力量测包含以下程序，即使用打桩锤或大型落锤在单个垂直或倾斜的深 基础上造成的相对高的应力产生轴向冲击力，并测量深基础的后续力量和速 度反应。高应力动态测试可应用于任何深基础，本文称作“桩”。深基础的 功能与打入桩或现浇桩类似，虽然安装方法不同，但符合此测试方法的要求。此标准提供了深基础动态测试的最低要求。由合格工程师准备的计划、规范 或前提（或这三者的综合）可能根据需要提供额外的要求和程序来满足特殊 测试项目目标。负责设计基础的工程师（本文称作“工程师”）应批准本标 准要求的任何偏差、删除、或增加。高应力动态测试的实施和评估需要专业知识和经验。一个合格的工程师应直

2、接监督现场数据的收集和测试结果的解读，这样可以预测施工时深基础的真实性能和充分性.合格的工程师应批准应用冲击力所需的设备、驱动附件、 试验台、起重设备、支撑框架、模板及测试程序。本标准的参考注释和脚注提供了解释材料。这些注释和脚注（不包含表格里的注释和数字）不能作为本标准的要求。“shall ”表明的是一种强制性规定， 而“should”指的是一种建议性规定，命令句暗示的是强制性规定。SI单位中的数值应视为标准，本标准无其他测量单位.所有观测及计算出白数值应符合规范 D6026建立的有效数字及舍入指南.本标准规定的数据收集、计算或记录的方法与这些数据在设计和/或其他用途的准确性没有直接关系，本

3、标准获得结果的使用方法不在此范围之内。本标准并不意味能解决所有与使用相关的安全问题（如有）。本标准的使用 者在使用之前应建立恰当的安全及健康规范，并决定常规限制的适用性。具体的预防性陈述请参考Note 4.参考文献ASTM Standards: 2C 469 Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson Ratio ofConcrete in CompressionD 198 Test Methods of Static Tests of Lumber in Structural SizesD 653 Terminology

4、Relating to Soil, Rock, and Contained FluidsD 1143/D 1143M Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive LoadD 3689 Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Tensile LoadD 3740 Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in Testing and/or Inspection of Soil a

5、nd Rock as Used in Engineering Design and ConstructionD 6026 Practice for Using Significant Digits in Geotechnical Data.术语解释定义：本标准中专业术语的一般定义，请参考术语解释D653.本标准特殊术语定义现浇桩，名词-在最终位置用水泥灌浆或混凝土建造的深基础，如钻孔竖井、螺旋钻孔桩、沉箱、螺旋灌注桩、压注柱基等。深基础，名词-瘦长型结构部件，将部分或全部支撑负载转移至下方的 土地或石块，也就是说，打入桩、现浇桩或交替性结构部件有着相似的功能。深基础垫层，名词-嵌在深基础顶部安

6、全帽和深基础之间的材料(通 常为胶合板)。深基础阻抗，名词-当遇到冲击时深基础产生运动阻力的一种措施。深基础抗阻可以通过动力弹性模量乘以横断面面积，由波速率除以物体。或者，阻抗可以由质量密度乘以波速率和横断面面积计算出来。Z 5 EA / c! 5 rcA (1)Z =阻抗E =动力弹性模量A二横断面面积c 二波速率r =质量密度打入桩，名词-由预制材料制成的深基础，事先确定好形状和尺寸，并 通过锤击、震动或推动典型安装。送桩，名词-安装或测试期间在冲击设备和深基础之间的结构段。锤垫层，名词-嵌入锤撞板和深基础顶部安全帽之间的材料。撞击事件，名词-深基础由于撞击力引起的移动的时间段。参考图1撞

7、击力，名词-在应变式传感器中，撞击力由测量到的应力乘以横断面 面积和动力弹性模量获得。芯棒，名词-放置在薄外壳内部的刚性构件，允许薄段外壳的安装冲撞击瞬间，名词-开始撞击时之后加速度为0时的第一时间。参考图1质点速度，名词-当应力波经过深基础时质点的瞬时速度。二次打击，名词或动词-之前打入桩的再次打入，通常等待期从15分 钟到30天不等，甚至更久，评估初次安装后随着时间流逝极限轴向抗压静载 能力的变化。波速度，名词-应力波在深基础内传播的速度。它是深基础成分的一 种特性，单向传播等于质量密度除以弹性模量得到的商的平方根。.重要性和使用根据从应力和加速度、速度及位移传感器的测量，此测试方法可得到

8、在轴向 撞击时作用在桩上的力和速度（参考图1和图2） o工程师需要根据设计原理 和判断分析获得的数据并评估桩的完整性、撞击系统的性能以及作用在桩上 的最大压力和张力。如果在撞击瞬间产生足够的轴向运动，在评估桩侧和桩底的产生的动态土壤 反应之后，工程师应分析高应力动态测试来估算极限轴向静态抗压能力（参考Notel）。影响从动态测试估测到的轴向静态压力的因素包括但不限于：1）桩机安装设备和程序。2）初始安装之后的时间。3）桩机材料特性和尺寸。 4）桩机周围或下方的土壤和/或石块的类型、密度、强度、分层和饱和度。 5）动态测试数据质量或类型。6）基础沉降。7）分析方法8）设计判断和 经验。如果工程师

9、对上述因素没有合适的过往经验，那么需要根据测试方 法D1143进行静载测试来核实静载力及其在桩长的分布情况。测试方法 D1143提供了一种直接可靠的静载力测量方法。Note 1-如果撞击运动在撞击瞬间非常小，动态测试分析需要预测极限轴向抗压静载能力。工程师需要确定确定桩的型号、形状及桩周围和下方的土壤或石块特性，它们是怎么影响桩机运动量来调动静载能力。每次撞击最小永久性纯穿透力2mm意味着在撞击瞬间有足够的运动来调动静载能力。但是，高位移打入桩可能需要更大的运动量来避免低于预估静载能力，现浇桩经常需要更多的累积永久性纯穿透力为一系列的打击实验来充分调动静载能力。静载能力也可能在桩安装后随时时间

10、的流逝而减少或增加。静载测试和动态测试分别代表当时的测试能力。量测的极限轴向静载抗压能力与动态测试预估之间的相互关系会在使用动态二次击打测试（会导致土壤强度随着时间变化而变化）时慢慢改善。（参考 6.8）Note 2-尽管动态测试分析会提供桩的估算拉力（向上），但使用者应谨慎使用本标准，并保守解读从单个动态测量位置估算的侧阻力，避免桩的总估算拉力低于10m预埋长度。（桩脚附近额外的预埋传感器也能帮助提高拉力估算）如果工程师对现场和桩型以及动态测试数据拉力分析方面没有类似的经验，那么需根据测试方法D3689实施静力负载测试来核实拉力估算。测试方法D3689提供了一种直接可靠的静载拉力测量方法。N

11、ote 3-此测试结果的质量取决于执行人员的能力，以及使用合适的机械和设备。满足D3740规范的机构通常可以考虑有足够的能力和客观的测试/取样/检查/等。应提醒测试方法的使用者，？t足D3740规范并不意味着有可靠的结果。它取决于很多因素。D3740规范只提供了一种评估部分因素的方法，而不是全部。F-一般Ty-plc al Arrsriga rrio-nl f IHlgiH-Bt ruliri 0ymEID Tbatling! Of 口! Eap- FouriHdlafllcMii.器械撞击设备-高应力动态测试是对桩对作用于桩顶及同心一致长轴的撞击力时的反应的测量（参考图2及图3）。产生撞击力

12、的设备应在撞击瞬间提供足够 的能量，打入合适的桩贯入深度来调动需要的力，一般产生最大同数量级撞 击力，或大于极限桩承载力（静载力+动态荷载力）。工程师可根据估算的 动态分析和/或经验来批准常规的打桩锤，落锤或相似的撞击设备。撞击不能 产生损害桩的动态应力，通常要低于扣除潜在的弯曲和非均匀应力后的桩材 料的屈服强度（通常钢和混凝土的区服度分别为 90%和85%）。工程师可能 要求垫层或撞击能量的变量控制（落锤、冲程、油量设置、水压等），或者 两者一起，防止整个桩测试期间桩内产生多余应力。动态量测-动态量测设备应包含在桩表面外部安装或预埋到混凝土桩内部的 传感器，这些传感器都可以独立测量撞击瞬间产

13、生的应力和随时间变化产生 的加速，按如图5.2.7描述，沿桩身至少固定一个特定位置。外部传感器-对于安装在外部的传感器，桩身表面应移除任何不稳固或有 害的材料，在测量位置应稳固安装至少两种类型的传感器。安装时禁止使用螺栓、螺丝钉、胶水、焊锡、焊接或类似附属物，避免穿透桩身。埋装型传感器埋装型传感器应在桩体安装前布置，以桩体钢筋将传感器牢固地固定于桩体。 当传感器接近桩体端部时，同种传感器应以桩体横截面圆心为轴对称布置。传感器沿着桩身布置，以测量桩体不同部位的受力分布，但是应该对数据进 行复核。如冗余传感器（图6.9 ）0埋装传感器应能提供稳定的锚固。传感器 与锚固不可改变桩体阻抗。传感器准确度

14、在适用范围内，传感器将安装和装配过程中将误差校准至3%Z内。如若传感器发生故障不能正常工作，应对传感器进行更换、修理，然后再次校准或废 弃。无论是安装还是埋装单个或组合装置的过程中，应保持传感器精度，避 免测量值间的干扰。总而言之，应避免装配或埋装过程中的重力加速度、速 率或传感器移位的影响，以便传感器直接受力并且安装所有传感器以便他们与柱体材料能最贴近的接触在一起。应变式传感器应变式传感器应包括温差影响的修正，并且在整个操作过程中进行线性输出（特别是在粗糙表面进行装配时有-2000与+2000微应变的合理误差）。安装 地点（图片4中的S和H）之间的间隔应在50mnffi 100m佗问，当它们

15、被安 装在柱体上时，固有频率不应超过 2000Hz作为应变式传感器的备用，轴向力测量可由安装于柱端与压力装置 之间或柱体横断面的测力传感器完成，然而测力传感器可能会对动力系统或 动力响应产生影响。测力传感器的阻抗应为柱体阻抗的50%-200%即使在偏心负载的作用下，输出信号应为轴力的线性比例。测力传感器与深基间的连 接处的颗粒物应尽可能小，垫子应尽可能薄，以避免产生损害。加速度感应器，速率感应器与位移感应器速率数据来自动力计量仪器将加速计数据整合为加速度信号。加速计应直接 用小金属片装配于柱体表面或埋装于柱体中，加速计禁止悬挂于支架上或使 用塑料固定，因为受力时易导致变形。加速计用于混凝土桩的

16、线性系数应为 1000g与1000hz。对于压电型加速计应使用交流耦合信号功率放大器，安装 固定时的谐振频率应为30000hz为了保持低频信号，时间常数最小为 1s。如果使用了压阻式传感器，则谐振频率最小应为2500Hz速率感应器与位移感应器可能会用于保存速率数据，对特定加速计提供数据支持。组合感应器力与速率仪表可用于独立连接于桩体的感应器或作为一个整体连接于桩体的 组合感应器。感应器布置为避免桩体端部的不规则应力，感应器应布置于至少距桩体顶部和底部1.5倍桩宽，如图4-7所示。（该图例为象征性，并不排除其他布置方案）。校准 传感器与桩体的长轴保持平行。安装应变式传感器时应注意抵消轴向弯曲应

17、力，安装测力表时应注意抵消平均测量时因弯曲导致的位移。除桩体圆心处 的装置以外，其他地方的传感器应以圆心为轴对称安装。安装完成后应复查传感器的位置、是否牢固以及校准。6.9小节中描述了复查对于外部与内部传感器精确度的影响信号传输线感应器输出的信号通过数据线或无线信号传输至仪器进行记录、处理与显示。媒介仪器应用于最初信号的处理转换，然后将数据传输至记录、处理与显示 仪器。应避免其他电子设备对数据线的干扰。如果使用无线传输，应保证数 据传输的连贯性与感应器测量的量级。记录、处理与显示数据：概括-信号将有感应器传输至记录处理与显示仪器。 该仪器应包含一个 可视图表显示器来显示力、速度矢量时间，并能稳

18、定储存数据供以后分析， 为工程师提供可计算的数据，例如：最大压力、最大位移，桩体承受能量等。 记录、处理与显示仪器应包含温度影响下的修正以及提供自动校准。误差应 不超过期望值的2%图3显示了该仪器的标准布置。数据记录应由最小12HtADC分辨率记录有关于力与速率的初始数据。感应器数据在被 初步处理后应被记录以便将来复查。例如：校准、波速、密度、桩体面积等。在加速度模拟集成或位移差模拟时，对混凝土桩体中数据通道最小5000hz进行取样，最木桩体或金属桩体中数据通道最小10000Hz进行取样。通过加速度模拟来确定速率或位移差模拟时，对混凝土桩体中数据通道最小10000hz进行取样，最木桩体或金属桩

19、体中数据通道最小4000Hz进行取样。两者的模拟与数据处理应包含适用于速率采样率的频率含量。每次撞击事件中的采样时间应不少于100毫秒或3L/c （L为桩长，s为桩体材料波速）以 满足撞击最大时间如图1所示。数据处理数据处理仪器处理来自感应器的数据，应包含下列功能：力值测量仪器将为力值测量系统提供信号调节，如果使用应变式传感器（见 5.2.4 ）, 该仪器将计算桩体横断面上的轴向力，力的输出将于参考水平相持平优先于 与撞击事件持平。速度数据如果使用加速计，该设备将综合所有时间内的加速度来计算速率。如果使用 位移传感器，该设备将计算所有时间中的位移差。如需要，该设备在处理不 同的撞击事件之间可将

20、速率归零，并调整速率记录从而在撞击事件中统计感 应器的零点漂移。信号调节为了避免相关相移与振幅差异，力与速率的信号调节应有相同的频率响应曲 线，且保持数据中的频率在2000Hz以下。数据显示每次撞击事件中，来自感应器中的原始数据与处理过的数据应能在数据采集 的过程中显示，并能，并能以时间函数的形式重放。实地调查一个合格的工程师应能直接监督指导所有现场试验，并能为了之后的详细评 估而进行评估数据质量与可信度。同时，现场人员应及时提供所需数据给异 地的工程师。.步骤概括-应给予现浇混凝土桩体足够时间来达到强度测试的条件。记录可用的现场信息（章节7）0装配传感器于桩体上。进行设备制造商所推荐的校准。

21、 在每次锤击的间隔中进行动力学测试。以最少十次的锤击过程为高应变动态试验确定桩基础响应。当用于桩侧摩阻力时，前两次撞击可用作代表。深基础波速的测定一一如若桩脚有明显张力反射出现，则应在早期的撞击事项中确定混凝土桩或木桩的波速。 使用传感器以下桩长的两倍除以撞击开始 时间（如，首个急剧上升信号）和张力反射开始时间（如，较迟的相对速度 的增加）之间的时长计算出波速。对于在桩头和接近桩脚的位置均安装有仪 器的桩，波速可以通过使用两者之间的距离除以撞击波抵达这些位置的时长 计算获得。或者可以将桩安放在支架上或远离临近桩和障碍物的水平地面上， 而后将加速度仪表连接在桩上并用适当重量的大铁锤锤击桩端，锤击

22、时应小心造成桩的损坏或形成凹槽。记录（见 5.4.2 ）并显示（见5.4.4 ）加速度 信号。计量至少3个反射循环的加速度峰值之间的时长或者使用6L/c （L为桩长，c为装材料的波速）计算。将数个循环的测试结果和总桩长的两倍除以总时间以测定波速。结构钢桩的波速可以假定为5123m/s.假定的波速及低应变事项期间测地的波速应该进行直接或间接的核实（如可能）。此外由于桩特性的可变性，重复锤击造成的材料降级或桩长度的搭接原因，高应变事 项观测的总体波速可能与用于计算阻抗的局部波速有差别。深基础质量密度的测定一一木桩的密度必须通过桩或样本桩总重量，相应的体积和重力常量确定。混凝土或浆液的密度亦可以类似

23、的方法进行计量。或 者混凝土桩的密度可以假定为 2450kg/m3,而用于螺旋钻浇筑桩或类似桩的 浆液密度假定为2150kg/m3o结构钢桩的质量密度可以假定为 7850kg/m3。 复合深基础，如混凝土填充的钢管，的质量密度可以使用不同横断面的材料 面积的加权平均数计算得出。质量密度的假定值和计算值应进行直接核实（如可能）或通过其对阻抗和比例（见 6.9）的影响进行间接核实。深基础弹性动态系数的测定一一混凝土，木材，钢筋或符合桩的弹性动态系 数可以计算为波速（6.2中已经确定）的平方结果乘以质量密度（E=pc2）。结 构钢的弹性动态系数可以假定为 207*106kPa。弹性动态系数的假定值和

24、计算 值应进行直接核实（如可能）或通过其对阻抗和比例（见 6.9）的影响进行 间接核实。准备一一按适当单位间隔在桩上清晰的做好标记为记录锤击次数做准备，按照章节5的说明安装传感器，确定装波速（见 6.2）和密度（见6.3）。对于 混凝土填充的钢管桩，桩顶必须使用混凝土完全填充以便撞击波可以经由桩 垫传志混凝土。将撞击装置定位在桩头上使施加的撞击力与桩长轴线重合。准备好数据记录，处理和显示装置以接收动态计量数据并平衡应变（或力度） 和加速度信号至其相应的参考水平（如，零）。记录力锤信息一一记录夯锤的或落锤的质量。单柴油和气 /蒸汽/液压锤，要 记录锤的下落高度或夯的行程长度，双柴油锤要记录回弹压

25、力，双蒸汽锤或 空压锤要计量连接至锤的压力管线中的空气或水蒸气压力。对于液压锤或任何之前列出的锤类型，要记录锤读取装置（如有）的动能。记录每分钟锤击 次数。读取计量读数一一读取，记录并显示每次撞击的力度和速度计量数据。对比 每次撞击时的力度和遭受阻抗的速度 （见6.9 ）。从打桩次数记录或打桩测试 前后使用同一参照制作的标记，从位移传感器上直接读取（如使用）或速度 &寸间记录（通常不可靠）获取净永久位移。使用力度总时间整数乘以速度 计算出传至传感器位置的最大能量。测试时间一一打入桩首次安装期间进行的动测主要用于监测撞击装置的性 能，桩的打入应力，桩完整性和承载力的相对变化。如果该测试结果用于静

26、 承载力的计算，则应在首次安装之后等待一段时间以便孔隙水压力和土壤强 度变化发生（见注释1）,而后在深基础再次打击期间亦应进行动态计量。数据质量检查一一通过定期检查计量力度信号的平均值和遭受阻抗的速度 信号平均值在撞击时比例是否相符来检查桩头获取的动态计量数据的准确 性。桩阻抗附近和其以下或土壤阻力（如由于传感器靠近桩底或首个力度峰 值与时间的关联，传感器位于桩头和桩底之间）发生变化时，则前者不会成 比例状态。舍弃不成比例的数据。一般某个计量位置的两个速度信号基本一 致，即便该位置的力度信号显示该处存在折弯。在紧邻桩轴线的同一位置或 相邻位置读取两个预埋应变数据，可用于互查彼此数据的一致性。对

27、于高百 分比端承载力的桩，对桩头数据的分析可以验证桩底的计量数据。对于撞击 装置发出的现对较小的撞击，其速度和力度与时间的对应关系应该与一系列 连续撞击事项相对一致。一致的且成比例的（平均）力度和 （平均）速度对应 的信号乘以桩阻抗正是正常运转的传感器系统和校验合格的数据记录，处理和显示装置的共同结果。如果信号不一致或不成比例，则应对原因进行调查 并及进行必要的更正。如果原因是仪器松动或错误排布产生的，则在继续测 试前纠正该问题。如果确定是由传感器故障引起的，则在以后使用之前必须 对其进行维修或重新校验或两者同时进行。如若不能确定故障原因并纠正， 则本测试应该停止进行。建议测试中用于数据记录，

28、处理和显示的装置交由 厂商进行自我校验检查，如超出误差范围，则在使用前重新进行校验。送桩与芯棒一一如若使用送桩用于安装和测试现浇混凝土深基础，则该送桩的阻抗应为该深基础阻抗的 80%-150%然而如果阻抗超出深基础阻抗的 10%则有必要进行多加注意和并分析。对于芯棒打入桩，如果芯棒为单个 无接缝的芯棒，则其可以采用与打入桩类似的方法使用。测试现浇深基础一一对现浇桩测试，通常对桩顶加高包裹外凸钢筋，使用钢制外壳加固应对撞击或排除过度开挖（感应器必须安装在距离撞击位置至少1.5倍直径距离之下）是对测试比较有利的做法。桩顶必须相对桩纵轴 线平整且方正，并使用胶合板垫或其他厚度均匀的垫子材料保护。亦可

29、在胶 合板上方安防较厚的钢板用于分散冲击力。使用重力为理想极限测试承载力 至少1-2%勺坠物施加一系列单次撞击较为有利，以较低的坠落高度开始以检 查传感器的运行和桩应力状况，而后逐步增大坠落高度以充分发挥额外的桩 承载力。对于外部安装的传感器，应仔细选择其安装位置（安装点的混凝土 质量良好），并对桩进行必要打磨或用砂打磨使其表面光滑，平整，洁净以 便安装传感器（与桩轴线平行）。由于现浇桩可能存在不均匀的材料特性和 多变的，不规则的横断面，当使用外部安装的传感器时，应考虑沿桩周边等 距安装4个应变传感器并符合5.2.7中的说明。可对直径两侧对应的传感器 所测定的平均力度一起进行对比并结合 6.9

30、中确定的平均速度评估所有力度 计量的数据质量。.报告荷载测试报告中必须包含工程师要求的所有信息及以下信息（如有且 使用）：总则项目名称和位置临近的或典型的测试钻孔记录深基础安装设备对于打入桩：阐述测试桩或两者所用的打入方法和安装设备， 如制造商，型号和力锤类型，尺寸（锤重合冲程），生产商的额 定能量，性能，操作性能水平或压力，燃料设置，锤垫和桩垫 说明及垫更换细节，导头类型和任何特殊安装设备的说明，如 送桩，芯棒，穿孔器，预钻孔或喷射钻孔对于现浇混凝土桩：对施工方法，钻孔或螺旋钻设备和混凝土 或灌浆浇筑施工的说明，如钻架类型，钻孔工具的类型和尺寸， 螺旋钻及清洗工具，混凝土导管，混凝土或灌浆泵及套管。测试桩测试桩名称（名称和编号）要求的极限轴向静抗压性能桩的类型和尺寸，含公称或实际