高应变桩基承载力检测三

高应变桩基承载力检测

2014年10月27日一、高应变法测试概述

高应变法：用重锤（重量为预估单桩极限承载力的1%～1.5%）自由下落锤击桩顶，使其应力和应变水平接近静力试桩的水平，使桩土之间的土产生塑性变形，即使桩产生贯入度，一般贯入度≮2mm,但≯6mm.桩对外有抗力（承载力）是通过位移产生，有了位移，桩侧土强度得到充分发挥，桩端土强度也得到一定程度的发挥，此时,量测的信号含有承载力的因素。但对于嵌岩桩和超长的摩擦桩，要使桩端土强度发挥几乎是不可能的。

高应变法动力试桩的主要功能（1）判定单桩竖向抗压承载力（简称单桩承载力）。单桩承载力是指单桩所具有的承受荷载的能力，其最大的承载能力称为单桩极限承载力。高应变法判定单桩承载力是桩身结构强度满足轴向荷载的前提下判定地基土对桩的支承能力。（2）判定桩身完整性。高应变作用在桩顶的能量大，检测桩的有效深度大。对预制方桩和预应力管桩接头是否焊缝开裂等缺陷判断优于低应变法；对等截面桩可以由截面完整系数β定量判定缺陷程度，从而判定缺陷是否影响桩身结构的承载力。（3）打入式预制桩的打桩应力监控；桩锤效率、锤击能量的传递检测，为沉桩工艺、选择锤击设备提供依据。（4）对桩身侧阻力和端阻力进行估算。

尽管低应变反射波法和高应变法均采用一维应力波理论分析计算桩—土系统响应，但前者由于桩—土体系变形很小，一般不考虑土弹簧和土阻尼的非线性问题；而后者除与低应变反射波法的计算原理、方法一致外，还要着重考虑上弹簧、甚至是土阻尼的非线性。因此，利用波动理论计算桩土互作用的土阻力问题显得很重要。

高应变实际检测时，测量激励和响应的传感器一般安装在桩顶附近，习惯上将传感器安装截面视为桩顶，传感器安装载面至桩底的距离称为测点下桩长L。对于等截面均匀桩，桩顶实测到的力和速度包含了桩侧和桩端土阻力的影响。下面来分析一下深度x处的上阻力R2在冲击过程中对桩顶的力和速度的影响。下行入射波通过x界面时，将在界面处分别产生幅值各为Rx／2的向上反射压力波和向下传播的拉力波．见图1。即t＝x／c时刻Rx被激发，Rx／2的压力波影响于2x／c时刻反射回桩顶，它将使桩顶力曲线上升Rx／2，同时使速度曲线下降Rx／2Z。如果将速度曲线以力的单位归一化，即将速度乘以阻抗Z与力曲线同时显示，这样Rx对桩顶力和速度曲线的影响将使两曲线的差值增加为：

由于x是完全任意的，可以得出如下结论：在桩顶力和速度时程曲线的2x/c(x＜L)时刻，力曲线与速度曲线之间的差值代表了应力波从桩顶下行至x深度的过程中所受到的所有土阻力之和，即：

上行为R/2的压力波，经2L/c

时刻到达测点。它对测点波形影响是，使力值增加，速度值减小，也就是力和速度波形分开，分开距离在数值上正好是桩侧摩阻力值。数值－R/2的下行拉力波将和下行的锤击波F(t)叠加，传播至桩底后产生反射。桩侧阻力的反射波：桩顶受锤击作用，应力波沿桩身传播，遇桩侧土摩阻力R时将产生上行的压力波和下行的拉力波。打桩土阻力的大小显然与桩的竖向承载力高低有关，桩承载力愈高、打桩土阻力愈强。尽管土阻力是直接测量的，但土阻力中所包含的静阻力的具体量值是未知的。因此，通过实测力与实测速度曲线之差反映的土阻力大小只是桩的竖向承载力高低的定性表达。二、高应变法检测一般规定该方法适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。对于大直径扩底桩和Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用该方法进行竖向抗压承载力检测。

三、仪器设备检测仪器一般通用的基桩动测仪可以胜任。JGJ106-2014对锤击设备提出了要求：

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。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。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、现场检测技术JGJ106-2014对检测前的准备工作应符合下列规定：9.3.1条1、对于不满足本规范表规定的休止时间的预制桩，应根据本地区的经验，合理安排复打时间，确定承载力的时间效应。2、桩顶面应平整，桩顶高度应满足锤击装置的要求，桩锤重心应与桩顶对中，锤击装置架立应垂直。3、对不能承受锤击的桩头应做加固处理，混凝土桩的桩头处理按本规范附录B执行。4、传感器的安装应符合本规范附录F的规定。5、桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。1、桩头处理（1）预制桩的处理。预制桩的桩头处理较为简单，使用施工用柴油锤跟打时，只需留出足够深度以备传感器安装；预制桩砼强度较高，桩头较平整，无须进行桩头处理，一般垫上合适的桩垫即可，但对于那些截掉桩头或桩头打烂后才通知测试的，有时也有必要进行处理，或将凸出部分敲掉（割掉），特别是出露的钢筋应当割掉，或重新涂上一层高强度早强水泥使桩头平整。大部分预制桩桩侧非常平整，可直接安装传感器，小口径预应力管桩，则因曲率半径太小，不利于应力环与桩身的紧贴，有时宜进行局部处理。（2）灌注桩的处理。灌注桩的桩身处理较为复杂，针对不同桩型，一般可采用下列几种办法：①制作长桩帽，传感器安放在桩帽上这种方法因便于传感器安装（原则上传感器应装在本桩上）、不会砸乱桩头、桩帽强度可以自由配制、信号质量较好，但是一旦接桩效果较差，便会严重影响上方传感器的测试信号；上下介质广义波阻抗相差较大时，也将使测试信号的可信度降低。②制作短桩帽，传感器在本桩上安装。这是较合理的一种处理方法，利用桩帽承受锤击时的不均匀打击力，以防止桩头的开裂。因传感器在本桩上安装，接头处并无特别的处理要求。工程桩难有安装传感器的平整面，当桩头位于地表以下时，需大量开挖以保证传感器的安装等是本方法的缺点。2、传感器的安装高应变测试的基本原理是分析土阻力和桩身缺陷对实测力波和速度波的影响，进而评价桩的承载力。测试时既要测力又要测速度，一般要求传感器线性带宽的高频截止频率至少能达到1500Hz，而低频截止频率则越低越好；由于打击力常达几百吨，对应的应力和速度也相当高，目前直接测量力和速度的传感器均难以具备如此条件，特别是力，几乎没有直接检测桩身应力的工具，因此高应变测试不得不采用间接的测量办法，通过测量桩侧的应变来推算桩身应力和力，通过测量桩侧质点加速度来积分成速度。

安装面应对称地选在桩两侧相同高度处，选择安装面时，应在适合传感器安装高度的桩周围反复用地质锤敲挖，寻找较少凸出物、较少软沙浆而又平整的平面。大多数灌注桩，只有将桩头全部挖出才能寻找出合适的部位，只对称挖出两侧的作法极不合理。桩成型较差时，只能找到相对较好的侧面，对于这些侧面，必须有专人再次进行合理的人工处理。①加速度计安装。加速度计和底座系分离件时，二者间必须用扳手拧紧，有可能的话还可用胶或硅胶粘牢，如无必要一般不要折开，计线座合一的可不必考虑二者间的紧密程度。加速度计的底座应紧贴桩侧，但拧紧膨胀螺栓时不可用力过猛，以免底座破碎。加速度计安装后用手应当不能扳动，传感方向必须与桩的轴向平行。②应力环安装。应力环的安装最为讲究，一般现场测试难获成功的主要原因便是因为应力环安装效果不理想。在预制桩和桩帽上应力环较易安装，只要膨胀螺栓孔距合适，表面平整，螺栓又生根紧密，即可获得满意的安装效果；而在灌注桩本桩上安装，当强度合理、桩侧平整、螺栓间距合适、生根紧凑时尚可，否则必须进行技术处理。螺栓斜入或间距不合时，可用铁锤在其根部轻轻敲击纠正；外套出露时，亦可用改锥或凿子打击使其与螺杆贴紧，以保证应力环能够贴近桩面。所有螺栓均应紧固、不易晃动。将应力热环带有章四角的府一面朝委向桩面码顺螺杆垄贴到桩限上，反贵复用手旦上下左皇右移动件应力环孕，感觉厌到四个库支点在列同一平办面时（志即用力景按下四谨角，没毅有翻翘展、亦无雕明显变忽形）按径住不动或，开始无上垫圈哪和螺帽蔑，然后妨用扳手草将其拧镰紧，拧困紧的过窃程中，孤一方面受安装人扰员要密昆切注视凯应力环绒中间的位传感环达，防止兰其出现卫可见的芝变形（搭一旦变章形应松绒开处理林），另但一方面灶最好用倚测桩仪牧监控，佛防止其短超出仪三器的自渡平衡调水节范围央。从测劝试角度锅看应力苗环自然岔是拧得信越紧越拘好，但且过紧容仓易造成抓应力环其的伤害蕉。五、牲高应到变法析的基1、基本琴模型（1）基贱桩模匪型CA嚼SE法将台桩视为纵一维均垫质（等骑截面尤耐佳）连错续的弹垒性体，（2）桩疼周土也动力燃模型忧：为低排除夕动力垒试桩鞭过程生中土（3）桩周礼土静力亚模型：CAS严E法为终了确评保波宪动方废程解哪耦，深得到浆半经锯验解辱析解笨，不辫仅将牺桩侧国速度泪与动逃阻力敬分离茅，而朋且将饲桩身离位移莲CA姑SE法土的刚理想刚昌塑性运静力模穴型六、CA帜SE法计算撞公式CAS甩E法计算稻桩基承忌载力:打桩桩无总阻力桶估算公荡式：如果在麦整个深弱度L的桩退段上奇连续梢作用据有侧岗阻力低以及船端阻偷力，钩且土难阻力碌是自兴上而戒下依万次激垮发的咬，橡记初拾始速浑度曲首线第卡一峰周的时壤刻为t1，则殿在t2＝t1+朗2L／c时刻赢，桩贫顶实射测的砍力和嗓速度床记录请中将睁包含弟以下栋四种椅影响蝇：(1)由土扒阻力糟产生雀的全千部上嘴行压蓄缩土往阻力辱波的恭总和RT／2；(2吗)由初梁始的翁下行宜压力枯波经吐桩底违反射姥产生非的上昏行拉仰力波贴，符孔号为提负；(3)由土具阻力裤产生魂的下猴行拉误力波嘴经桩咏底反跃射后氧以压壳缩波支的形滔式上浊行，瓦并与妥第（2）项的望上行波吸同时到急达桩顶愚，其大封小也为RT／2；(4)全部的陷上行被照在桩顶沈反射而捎形成的右下行波Fc(梳t2)。凯司法按将打桩律总阻力RT分为鹅静阻衬力Rx和动阀阻力Rd两个不叮相关项命。为了公从RT中将悼静阻怜力部分分提臭取出吸来，贩凯司鸟法采妥用以挖下四张个假姥定：(1由)桩身告阻抗腹恒定序，即拼除了春截面飘不变粮外，百桩身典材质蛛均匀哥是无锄明显推缺陷驱。(2)只考虑轿桩端阻补尼，忽是略桩侧剩阻尼的管影响。（3)应力茅波在肚沿桩脑身传竞播时捏，除喉土阻复力影份响再引没有翁其他筒因素登造成子的能筝量耗电散和汁波形猴畸变悔。(4狸)土阻武力的储本构灭关系夫隐含娘采用挎了刚—塑性模庸型，即疗土体对狮桩的静抖阻力大瓦小与桩削土之间内的位移汉大小无白关，而枕仅与桩压土之间涝是否存让在相对孔位移有挪关。具滋体地讲宁：桩土宅之间一良旦产生叙运动(应力膨波一冻旦到遭达)，此时凶土的阻叙力立即赠达到极饲限静阻午力Ru，且随糊位移增吓加不再漫改变。得到标港准形式暗的凯司激法计算穿桩承载野力公式呜，较适部宜于长佣度适中迈尺截面恒规则的民中、小推型桩和览摩擦型猛桩。七、波侧动方程傲拟合法波动莫方程（1）单元内部无面积和阻抗变化；（2）土阻力由分布荷载等效为集中荷载；（3）单元内部的应力波衰减符合线性粘性模型；（4）应力波在单元节点处因受土阻力、桩身阻抗变化等产生反射波和透射波。波动方浆程拟合凯法分析节拟合过笼程中，抗需了解机桩土参慌数对拟并合曲线肠的影响坊：（1）减偷小缷拜载水检平意皂味着爱缷载矛后的户反弹具阻力脏或负权摩阻疏力减患小，灯导致宴计算险曲线剧的尾白部上躬升。（2）桩痛底弹初限降膛（3）桩侧土弹限降低时，会引起桩侧土的快速加载和缷载，前部单元对应的计算力曲线会偏高，后部会降低。（4）降低桩侧缷载系数会引起桩侧土单元缷载速度加快，自然将使计算力曲线的后方提前下降。（5）桩侧各点土的阻尼力，与瞬时速度成正比。降低桩侧阻尼系数，将使土单元的动阻力减小，计算曲线偏低。八、仙高应脾变法涝信号太质量（1）现场薄信号采祝集和信迁号质量能的判断高应变行现场检恳测不像索低应变赤检测容画易获得骨信号曲喇线，一土根桩的哲高应变智曲线往影往花费得较高，蕉要作好犹充分的壁准备。杯主要有岗：传感器退的检查袋，电锤司和膨胀笼螺栓的晓检查。干扰底防治脾：50H碧z交流电链对应力治环有较苦大的干恢扰作用苗，应使裙用直流喂电。各传感歉器的连侮线要坚欢固，同婆时防止农线中的血金属和丙大地接稍触，最刻好架空寨。现场检耽测前，壳最好了秀解该桩宣的承载叼力，作卵低应变折检测，元了解桩衫身完整磨性，看祝地质资器料，了汽解相关策信息，呜做到心酱中有数辫。信号质非量的判去断：a、信号浙没有不那规则的薄毛刺或肺振荡，开没有明洪显的干会扰；b、应悬力和森速度掌归零肝，表悠明桩渠已静笛止。c、F(碑t)和ZV惨(t年)在起值始段煮重合夹且同连时到峡达峰打值，代说明碧传感绑器、惹锤击息系统单和桩辽头基组本正舒常。d、打纹击力礼在合阅理的咱范围絮。e、桩博总阻禽力在惧合理误的范茎围。……弃.和低爷应变裂反射高波法演检测芒一样路，高哑应变貌承载趣力检厕测也蜡要重营视现坊场的锁分析漆和判搬断。在现场己，一定古要获得饶一组合袜理的好驾的曲线鸟，一定阀要对桩全的承载忠力有一椅个判定稍。有好迈的曲届线，桂即使段用Ca历se法也服能得误到合扁适的纳极限谱承载六力值及。没后有得来到好撞的曲你线，倍在室宁内怎巧么进狡行曲亚线拟高应变检测承载力存在较多的争议，主要是因为桩很难打动，要获得2.54mm的位移，对长大桩和灌注桩很难实现。

九、检御测数据态分析与硬判定JGJ单106榆-20枣14对检金测数昂据质始量作顽出下芦列规性定：9.4套.1检测承气载力时希选取锤系击信号糕，宜取强锤击能撇量较大锅的击次恨。9.雷4.不2当出现少下列情片况之一遇时，高罩应变锤挪击信号喇不得作虾为承载黑力分析渴计算的霜依据。1传感器疑安装处种混凝土何开裂或嗓出现严脚重塑性纵变形使那力曲线匀最终未习归零。2严重锤忘击偏心肚，两侧砖力信号颗幅值相撇差超过1倍。3四通道馆测试数犁据不全燥。9.4崇.5高应畜变实遍测的大力和羊速度秤信号视第一壳峰起搬始比十、译实例甜与分羊析采集兔系统叠子站实例梦与分叫析【例1】直径0.5舒5m，桩长21赴m预应力嫁管桩，籍桩端持欢力层硬集塑～坚彻硬粘土攀，筒式乎柴油锤余施打，尸图10遥-1为波形拜拟合法痕结果，（a）实粗测F、V波形丘；塞（b）拟合却力波形盘；（c）拟暑合速删度波房诚形；祸（d）上、概下行波烈；（e）计莲算速柔度波宾形；数（f）计算除位移波斥形；（g）计算Q～s曲线和雪阻力分写布。由此看喷出：（1）该挥桩属简摩擦计端承筝桩，Qu=39辞60k错N，端腾阻101遥2kN（占26%），沃侧阻294汁7kN僵(占74%干)，波速c=42烧00m绿/s；（2）桩史位移叮最大严值滞束后速车度最护大值供，滞铸后时梨间，约桩顶2.连6m针s、桩中6ms、桩底4.税5m演s。【例2】由实测装的F、V波形吉定性菌判断质桩承痛载力廊大小【例3】由实测持波形定手性判断脊打桩过美程桩承延载力变蝇化应力惕波沿堪桩身餐传播遥，遇身土阻笛力时颤要产典生上汪行压隔力波锻。它尖使测息点的跑力波梢上升金，使栏速度撇波下姜降，陷所以址土阻盛力愈李大，糟力和胡速度截二者弟分开探距离睡愈大洗。从图腰看出取：（a）、（b）波席形表抖明，2L/c前力F和速端度V波形患分开抵距离龄不太承大，样桩尖博反射概强烈氧，说蝇明桩抓身处辅于较烛差土酿层，秧侧阻泳力不步大，纳桩尖区未进胃入持或力层神，端递阻力芒很小朗。（c）波攀形表并明，捞桩已南进入如好土拔层，颜侧阻缺增大辫，端奸阻力卖在提框高。（d）波形诊表明，2L/c以后，宁速度波犯往下拉卷很多，紧桩已进仓好持力蹦层，端贴阻力大算大增加莲。【例4】由实测酷波形判占断波形劫异常原阅因。（a）波形粒正常；（b）波抽形异荐常，旺力传挽感器平未上致紧，宴波形季震荡负；（c）波形瓜异常，屡近测点灯混凝土欠塑性变饿形，波宣形不回烫零；（d）F大于V，近测党点有扩伤径或混领凝土硬序块和桩播相连；（e）V大于F，近测暂点有缩道颈；（f）V大于F，同吉