桩基础检测技术-高应变法检测

桩基质量检测技术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.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。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。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％◆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:

１、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求

２、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性

３、分析桩侧和桩端阻力

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。

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）。土阻力表达式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：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。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－RdCAPWAP实测曲线拟合法实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。其过程为：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度（或力、上行波、下行波）曲线作为输人边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线（以及贯人度的计算值与实测值）的吻合程度良好且不易进一步改善为止。若干规定1）所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。2）拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。3）曲线拟合时间段长度在t1＋2L/C时刻后延续时间不应小于20ms;4）各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值。5）拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。6）贯人度的计算值应与实测值接近。

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。

限制条件1）桩身存在缺陷，无法判定