高应变动测法培训

高应变动测法张义俊

高应变动测法是用重锤冲击桩顶，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，通过分别安装在桩身两侧的力和加速度传感器接收量测力和桩、土系统响应信号，从而计算并分析桩身结构完整性和单桩竖向承载力。高应变试验方法：（1）动力打桩公式法：量测打桩最终贯入度，锤重和锤落高。用它估算单桩极限承载力。（2）波动方程分析法（smith法）：量测最终贯入度，锤重、落高和设定桩、土、垫层一系列参数。用它预测单桩极限承载力；打桩拉、压应力和沉桩能力分析。（3）波动方程半经验解析法（case法）：量测桩顶力和速度（加速度信号积分）时程波形。可估算单桩极限承载力和桩身结构完整性作出评价。（4）波形拟合法：量测桩顶力和速度时程波形。可判定单桩极限承载力，评价桩身结构完整性，估计桩侧与桩端土阻力分布和摸拟静载荷试验的Q-S曲线。（5）静—动试桩法：量测桩顶力和位移时间程波形，可判定单桩极限承载力。目前采用较多的CASE法，波形拟合法较为广泛。一、现场检测技术

1、锤头锤头形状制作按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）中，对锤重和锤形选择以强制性条文的形式作为严格规定，锤头材质均匀，形状对称，锤底平整，高径（宽）比不得小于1，采用铸铁或铸钢制作。锤高、宽比一般2：1或1.5：1。2、起重设备锤头起吊一般用支架或汽吊、钩机。支架：必须注意支架导向轨润滑预防支架轨道磨擦过大而产生高频横波和纵波，横波沿垂锤轴向往返传播，纵波沿重锤轴向传播，在力曲线上表现为从重锤冲击前到之后，使力曲线始终存在一个高频复杂的振动波干扰。汽吊及钩机：锤的轴心线与桩的轴心要重合，如稍偏心，出现产生偏心力，两边对称的力和加速度传感器得不到大小相同信号，并且有可能产生机械振动干扰、出现力曲线上存在高频信号干扰。3、桩垫桩垫是影响实测波形重要因素：其作用有二个：一是使锤击力分布均匀、调整锤击过程的持续时间，将锤击能量更有效地往桩顶传递。二是缓冲锤体的冲击力，使打桩压应力不超过容许值。选用材料有胶合板、薄木板，特制的布垫或纸垫；还可以标准细砂找平（厚度10-30mm为好）4、桩头处理对于混凝土灌注桩先凿掉桩顶部的破碎层和软弱浮浆层，桩头顶面平整、桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合，桩头主筋应全部直至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度，距桩顶1倍桩径范围内，用厚度3～5mm钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不大于100mm，桩顶设置钢筋网片2-3层，间距60~100mm，桩头混凝土强度等级比桩身混凝土提高1～2级，且不低于C30，桩头侧点处截面尺寸与原桩截面尺寸一致。预制桩桩对不受损，可以使用。5、传感器安装按国家标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）附F有关要求。（1）传感器必须安装在离桩顶2—3倍桩径位置，对于大直径桩，传感器与桩顶之间距离可适当减少，但不得小于1倍桩径。如遇到桩身截面突变处，要避开，尺量桩身截面一致处为好。避开桩顶附近复杂的应力应变状态。（2）传感器必须对称安装在桩两侧面，应变与加速度传感器的中心应位于同一水平线上，应变和加速度传感器之间大于80mm。传感器的中心轴应桩中心轴保持平衡。（3）各传感器的安装面材质应均匀，密实、平整、并与桩轴线平行，否则应采用磨光机打磨平整。（4）传感器安装使用螺栓的钻孔与桩侧表面垂直，牢固。不能由于锤击振动引起松动或接触不良、尤其力传感器位置有良好的平整面。（5）安装完毕后，检查应变传感器紧贴程度是否松动，对其初始应变值进行监视，保证锤击时可测轴向变形余量。混凝土桩大于+1000με；钢桩大于+1500με。6、测试参数选取测试前对设定相当重要，要认真结合仪器使用动能要求进行设定选取。（1）采样时间间隔50～200μѕ，信号采样点数不少于1024点；（2）传感器的设定值按计量检定结果设定；（3）测点处的桩截面尺寸按实际测量确定，波速，质量密度和弹性模量设定；（4）测点以下的桩长和截面积按设计文件或施工记录提供数据设定。

桩身材料弹性模量按公式计算

E=ρ·с2E—桩身材料弹性模量（KPa）

с—桩身应力波传播速度（m/s）

ρ—桩身材料质量密度（t/m3）7、仪器工作状态检查。在正式试验之前，检查仪器是否正常工作状态，对已连接好的各种传感器核验，对检测仪进行仪器自检，并观测量测系统置于正常。8、锤击择选按国家标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）中附录条文进行，具体大致如下：对于摩擦桩或端承摩擦桩，锤重一般为单桩极限承载力的1%，但摩擦端承桩的锤重还要大些，才有可能把桩打一定的贯入度。锤高大小是影响峰值和桩顶速度的重要因素。落高过小，能量不足；落高过大，力峰值过大，易击碎桩顶。一般的落高之间，最高不应大于2.5m，最好重锤低打。选择锤重和落高要使桩贯入度不小于2.5mm，但也不要大于10mm。贯入度过小、土强度发挥不充分，贯入度太大不满足波动理论、实测波形失真。对于嵌岩桩，在选用锤重和落高时要注意不能把嵌固段打动，否则嵌固力不能恢复大大降低桩承载力。9、检测时应及时检查采集数据的质量。高应变动测用重锤冲击，当每对受检桩记录冲击有效锤击信号后检查所采集信号进行观察分析，发现测试曲线采集不理想，应认真检查桩头、传感器有无异常。一般出现较多异常原因：①传感器安装处混凝土开裂或出现严重塑性变形使力曲线最终未归零；②严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍；③触变效应的影响、预制桩在多次锤击下承载力下降；④四通道测试数据不全。10、现场测曲线判断。（1）力传感器未上紧，波形产生自振；（2）波形信号不回零，表明靠近测点附近混凝土有塑性变形；（3）波形峰值处力大于速度，表明靠近测点附近桩身有扩颈或垫层和桩相连；（4）波形峰值处速度大于力，表明靠近测点附近桩身桩相连。（5）波形峰值处速度大于力，力波不回零，表明测点附近桩身有裂缝，或传感器安在新接桩头上，接头连接没有做好。一般正常F和ZV曲线：①波形没有明显的高频杂波信号干扰；②两组F和ZV时程波形最终回归零值；③两组F和ZV时程波形的峰值前应重合，峰值后两者协调；④F曲线一般为正值、因为在桩顶附近应力为压力；⑤在桩底反射信号出现前、ZV曲线应在F曲线的下方，它差值的一半等于对应时刻接受到的阻力值；⑥由加速度信号积分得到的位移曲线一般是先急剧上升，接着突然下降，下降到最小值后又缓缓上升，最后稳定在一条水平线上。二、CA例SE法CAS猪E数学模低型CAS碰E法的伶数学皱模型汗较为堂简单喷，只士考虑猪桩和察桩周扮土的菌简化辽模型激。（1）把桩像假定为额均匀连骄续的一耽维杆，弓并且物愚理参数滥在测试炉的时间质内是不蛇变化的抱，称为肥时不变袭。（2）土棋的模突型①试欧桩时生认为胶桩、贞土界谷面发愁生破裂坏，扮桩的镇承载饶力为蛇桩的史支承阴能力密。②实测语总阻力鸡近似看使成静阻允力和动家阻力两少部分组胖成。R总=R静+R动静阻力RS简化为宁理想刚熔塑性模苍型，即帜当土中杯应力达也某一数小值后，不不随变羡形增加宋而增加价，忽略机弹性变鸭形（图a）,于是R(Z纹)=Ru动阻力Rd简化为国与桩的层运动速钟度成线园性关系长的粘滞占阻尼模被型，用绑一个阻吨尼表示魂（图b）:Rd=J(z)·V（z)式中铲：J(Z)—深度Z处桩侧赴土粘滞葛阻尼系晨数（kN·s/m），为太直线斜米率。V(Z爪)—深度Z处桩身桐运动速雾度（m/s）动力析试桩但实际黑用的俊是sm谱it胆h阻尼地系数言和ca犁se阻尼系险数：当用smi那th阻尼系训数时，Rd=JS(Z位)·Ru(Z偿)·V(Z志)当用cas凯e阻尼量系数桃时，Rd=JC(Z闪)·Z·V(Z帮)式中：JC(Z）—cas骗e阻尼系叫数是无锯量纲参城数Z—桩身绸阻抗烫（kN·s/m）对上述cas葛e法数学斧模型成荣立，用cas欠e法分馋析方补法分夹析，筝把试蛋桩看恩成三柿条基软本假鹅定：①桩档身是跑等效缠阻抗歇的（Z=ρ名сА），Z沿桩身引不变。寻该假定垦对钢桩送，预制筒桩和预阔应力管枣桩在桩残身无缺慰陷性况拆下基本历适用；灶而灌注桂桩断面叉是不均屠匀，桩辱身即使更无任何咸缺陷也碎难以达虹到，在怖该假定降条件下末，实测拉信号除无了土阻翻力和桩珠底信号革的反射千波外，穴设有任眠何阻抗警变化的沉反射波骡。②动羞阻力果集中筋在桩怪底，耕忽略哈桩侧拉动阻廉力。③忽梨略应浆力波耍在传唉播过史程的捎能量枪损耗怪，包剑括桩川身中荐内阻怪尼损叹耗向泪桩周回土的颗逸散粥。在摄该假培定条北件下潮，应架力波吉传播危过程缘瑞没有爪波形湾畸变明和幅活值的近变化通。Cas会e法单干桩承吸载力伸确定调：Cas前e法动连测试弱桩，角在有捏足够驶能量梁锤击繁桩顶什时，包可以霸激发政出桩责周土院阻力述，实洽测桩贪顶附痰近的协力和啊速度棉程波彩形。由波记动方服程和拨行波勿理论传可推冈导得豆到ca究se法单燥桩极娇限承习载力婆公式拨：Rn=R－JC(2筒Ft－R)R=耽1/菜2[疫F(t哪1)＋F(t冻2)＋Z/喝2(枝V1－V2)]式中:泰Rn—单桩极画限承载顷力R—打入总盒阻力F(t刮1)、V(t1臭)—t1时刻衫力和扛速度恒值F(t芬2)、V(t极2)—t2时刻燃桩顶楼反射蓄处的知力和剃速度仍值。t1时刻狱可取溪在第即一峰贩值，忆第二刷峰值勉或最确大峰豆值处画。三尤种取较法一蒜般情唤况其蒜结果崖相差童不大怪，如雅果有银明显飘差别肚、应才选择维提供剧最大英静阻职力的抗位置蜡。t2为桩戏底反同射点遍位置甩，(t1+2终L/善c)t1和t2确定后谈，在波号形上F(t吉1)、F(t2信)、V(t1节)、V(t李2)都有桩诱身阻抗Z可根据盐桩径和西波速计竿算得到股：ca守se阻尼浆系数JC可由过静、衰动对剖比结它果反斩算求铜得或榨经验形取值淡。一般ca恐se阻尼铁系数够通过闯大量孝静、勉动对甚数据元各土纽奉层取染值范波围：凭经桃验选裳取cas村e阻尼系厦数要慎绒重，望杯大家大态量进行伤静动对堤比试验旱资料，戴建立地态方ca扁se阻尼歇系数累。Cas尸e法分孟析有屿多种令方法麻：阻尼煎系数倦法（RS阅P）,最大阻差尼力法赞（RM猜X）,卸载宗法RS辫U,自动澡法（RAU）。但ca艰se法推惑算基舞本准竟确，肆最好遥采用匠其它床方法仍进行撤计算按。三、蜂波形洞拟合英法：波形拟南合评价峡单桩极察限承载洲力，目费前认为戏是最先冻进技术题，它具乓多解性新，无唯躺一解。陆在拟合戴过程可妈调整的忌参数有著侧阻，蒜端阻，拘最大弹愁性位，方土阻尼咬系数，孟桩截面堪积，波土速和混交凝土弹歉性模量壤等，改筐变以土雁任何一隆个参数魄都可能膨使某些千单元段揉计算波争形和实络测波形亡吻合。1、波形宋拟合基派本原理波形葵拟合挣现场胜测试申和数倒据采板集与ca忆se法完全童一样，赏得到的化是两根哥实测波寒形F(t望)和V(能t)。实振测波俊形包氏含有咏桩身赴阻抗社变化浓和土萌阻力做（桩涂承载码力）尾信号朴。把桩影划分机若干梳分段鼻（单丽元）卧，假字定各取分段捡的桩迫、土姻参数穗。如唇桩身深阻抗狗、土哪的阻们力及般沿桩蛛身分鞋布，之最大弯弹限QK和阻尼变系数JS或JC等。用矩实测的穷波形速练度或力威，作为爽已知边音界条件谷进行波苍动程序竟计算，加求得力评或速度质波形。岔也就是汁用计算梨波形法蝇拟合实烈测波形呼，两者屠进行比阳较，直巷到两者倘吻合程婚序达到鸡满意为钞止。从盯而得到绣单根限大承载力通，桩侧插阻力分哲布，计锣算的荷匙载－沉叨降曲线邻（Q－S曲线）抛和桩身困结构完薯整性。波形砌拟合汉过程虚反复伍迭代占计算岛过程扰（框盖图）读，要秩得到德各分土离单蛛元的陆速度犬响应针曲线类，可持以解惜波动昨方程赔得到事各单青元的躁力曲壮线FC。将计扣算的曲盖线FC和实律测的饶力曲宏线Fm进行般比较苹，并挑调整后各单学元参秧数值盆得FC和Fm良好吻逝合。认陡为对桩帐、土参膀数假定宋实际情浮况接近票，即为佩试验所骆得需要饼结果。2、波之形拟砖合法桥的数彻学模山型。波形拟耀合法的遍数学模据型分为跌桩身和逐土的模购型（1）桩身蛮模型波形拟守合法采今用“连续”，把桩古看作连窝续的、乏不变的帽，线性钻的和一辅维的弹颂性杆件狐。把桩酒划分为Np分段错长度净保持启应力咏波在肠通过愚每个忙分段曾时所猎需的炕时间牙相等姑，分累段本步身阻涨抗是剪恒定算的，博但各毫分段腔阻抗烟可以召不同侨。桩厅身内贞阻尼宅引起差应力层波的讯衰减壳可用丢衰减重率模披拟。晕有的吹计算砌软件闸，还徒可考续虑裂将缝在摄受力校过程场中的栽闭合维张开炒程度蜜，局这部不正密实作的混咬凝土议应力—应变输的非眼线性级关系剪问题膊。（2）土模哲型贝波形绍拟合法萄将土简撕化为理府想弹塑撕性模型燥模型。（a）、(b)是桩侧因阻和桩笛端阻的有静阻力勿模型。绘当土位公移Qkm小于最楚大弹性触位移Qk时、境应力盘应变价呈线李性关摘系，居一旦牌位移庆达到着最大风弹性喘位移Qk值，朽应力辨不再但随应揉变增拖加而姻增加际，土套进入肺塑性衬状态竖。Rk(z摆)=(气u(z如)/Qk)Ruk(u(z丝式)≤Qk)Rk(节z)=Ruk(u(z锣)=Qk)式中牢：Ruk—桩在Z深度阿处土男的极止限静隔阻力币（mm）Qk—土的最装大弹性抽位移（mm）u(z滨)—深度Z处土戒位移(mm滑)实际土姐是弹塑闭物质，怕应力应虚变关系惠实际上洪是非线亡性关系彩。加载退和卸载扮过程表鹿现出不售同性质漂，以上承的模型歇是很近杠似。当状桩受锤牵击后，绵桩身除滑向下运摔动（加拼载过程抢）外，贸还可产尽生回弹恰（卸载跑过程）施，所以矩计算程涛序除了透有加载誉弹限Qk（最大鸦弹性位手移），匠还给定拥卸载弹室限Qkm（卸尤载最惧大弹咱性位拼移）贼参数津，在且相同霉极限安阻力构条件动下，Qkm＜Qk。桩身上到、下运毫动有可盾能反复悦多次，少所以条伤件考虑以了反复的加载程迫度（重知加载水币平）RL和RLt参数。桩出现寺回弹，绢局部单攻元向上饱运动，种桩侧开设始卸载翠，当桩私土相对赶位移出吩现负值腰时，侧靠阻方向贿下（卸贯载水平确）。桩尖静径阻力模金型中图b，由于秆桩尖不乎能受拉弃，不存婆在卸载朗水平，风灌注桩裂桩底有浅可能存纳在沉渣誉或虚土戏，预制乒桩由于氧打桩挤拒土效应赛会使桩贫上抬，蠢桩尖产贺生缝隙雹。故分斯析中设请置“土隙”参数GAP。3、波形你拟合法妥计算要壤考虑主尺要参数波形拟浪合法中腐，为了酿使计算举波形和阻实测波堂形吻合喊，优先剧调整的羡参数是应各分段掌单元的滤侧阻力Rsk，桩动侧土厅阻尼够系数JC,最大四弹性腹位移Qk和桩它端阻仙力Rut，桩眉端土默最大丈弹性陆位移Qt、桩阿尖土笼阻尼缠系数Jct。①调整模土阻力Ruk、Rut当某分甲段单元钱的侧阻Ruk增加，睛该分段污单元往茶后计算见力波形Fc(修t)一起升板高；桩论端土阻膀力Rut增加，2L/懂C处及箱其后Fc(t银)波形迁一起孙升高缩慧、而健对2L谣/C以前分渣段单元当无影响唇。桩侧Ruk增加奇，使梳计算叔贯入钳度减望少。②调整档阻尼系近数JC和JCt动阻力鸟大小和遵运动速挣度，阻环尼系数的成正比若，某单乐元桩侧有或桩尖煎土阻尼葬系数JC和JCt增加，估相应的Fc(衰t)波形上酱升，反锈之Fc(论t)下降。元阻尼系择数过低害会使计庸算Fc(饮t)波形河后段将产生情低频前振荡剧。桩范头土则阻尼鸭系数球增加灶会使炒计算谢的贯书入度疤减小末。阻塔尼系霉数JC值一赛般在0.冷01～2间变化墙。③调整土陆的加载目最大弹破性位移Qk当调整偶个别分毅段单元逗的Qk值时相，对肯计算笨力波蛇形影欧响不违大，忆连续即调整值许多班分段俊单元Qk值才对Fc(t他)有显著骂影响。当Qk值增骑加时研，使Fc(t绵)波形逆附时针方讯向转动遇，即上渡部分段丹单元Fc(匠t)波形卸下降霞，下惑部分个段单驰元Fc(激t)上升。当Qk值减少轿时，使Fc(叉t)波形蚂顺时照针方练向转出动，菌即上熄部分酿段单枯元Fc(t扰)波形极上升僵，下朽部分受段单呜元Fc(棵t)下降。当桩延底土Qkm值减小御，会引锡起桩底宗土的快网速加卸恳载，使2L模/C处Fc(夸t)波形上禾升，稍捕后Fc(前t)波形下雾降。桩底土Qkm减小，洗使计算咬贯入度单增大。融无论是朋桩侧或起桩底土苗，其最拢大弹性表位移值歪一般都灵在1～10m盒m之间变蒸化。4、波佳形拟膝合法蹄的桩酬阻抗坝变化至。桩身阻浪抗Z=咏ρс农А=锋E·A/窜C,当改变脾桩截面巾积A或混轿凝土完弹性片模量E或应躬力波窄速C都可籍使桩区身阻俩抗变笑化。①桩赚身截呜面积个变化暴：当悲某分废段单刻元截己面积宫增大骗，对圣应单柔元的益计算怜力波皱形Fc(泛t)上，而横下一单牵元相对扇上单元块为缩颈柄，因此沉往下单桨元Fc(t宜)，波叉形下咳降；纷桩尖猾位置客截面旦积增栽大，惯对Fc(t汇)影响较闻大，使呈桩尖单龙元Fc(t泊)上升。②桩翼身裂粥隙的旺影响汉：预魔制桩杠桩身歇裂缝象，灌粱注桩怪桩身希断桩叶，可果以加秩上裂集隙模污拟，严下行靠压缩住波遇瓣到裂尼隙要悄反射用上行叠拉力届波，鼠裂隙晴上面姜单元奖使计拘算力详波Fc(t律)下降孩，裂瞎隙下疏面单王元Fc(档t)上升。③土隙CA座P的影句响：然对灌未注桩见桩底暴可沉全渣或锯虚土浪存在湾，预期制桩怠由于叼挤土戴效应采，地爹表面辩土上疲升，语使桩恋上抬辉，桩搏尖形斗成土熊隙，紫拟合幻玉程序络增加浅上土气隙，驶使端帜阻力裁发挥窑迟后金，影纺响端堂阻力奶充分剂发挥蓬，减分小土永隙，多使2L/声C前分段久单元计浊算力波闹形Fc(帆t)上升泳，2L/畅C后局秋部Fc(厦t)波形挪下降霞。④土塞奶的影响秩：开口岗钢管桩纸或开预室应力管兄桩，打径桩过程反有部分亚土涌入晓管内，缎动力试胜桩时，顶这部分仇土体成号为外加让质量，篮从而产睁生不可像忽略的土惯性力咸，加上恋土塞，医使2L/禾C前数个堵单元计嫌算力波占形Fc(邪t)上升钩，2L/督C往后单膜元Fc(誉t)下降。⑤速度限的影响那：提高比平均波利速使0—2L/刚C之间力撒波形Fc(t恢)前段上踪蝶升，后功段下降摊，同时绝使桩底数反射提忆前。5、波厌形拟秧合法反的阻盒力对猛计算至各时颠段力造波形厨。图中实处线是实死测力波敞形Fm(槐t),虚线是宇实测速翼度波形泪。当