基樁高應(yīng)變檢測

1、高應(yīng)變樁基承載力檢測高應(yīng)變樁基承載力檢測 2014 2014年年1010月月2727日日一、高應(yīng)變法測試概述一、高應(yīng)變法測試概述 高應(yīng)變法：用重錘（重量為預估單樁極限承載力的高應(yīng)變法：用重錘（重量為預估單樁極限承載力的1%1%1.5%1.5%）自）自由下落錘擊樁頂，使其應(yīng)力和應(yīng)變水平接近靜力試樁的水平，使樁土由下落錘擊樁頂，使其應(yīng)力和應(yīng)變水平接近靜力試樁的水平，使樁土之間的土產(chǎn)生塑性變形，即使樁產(chǎn)生貫入度，一般貫入度之間的土產(chǎn)生塑性變形，即使樁產(chǎn)生貫入度，一般貫入度2mm,2mm,但但6mm.6mm.樁對外有抗力（承載力）是通過位移產(chǎn)生，有了位移，樁側(cè)土樁對外有抗力（承載力）是通過位移產(chǎn)生，有

2、了位移，樁側(cè)土強度得到充分發(fā)揮，樁端土強度也得到一定程度的發(fā)揮，此時強度得到充分發(fā)揮，樁端土強度也得到一定程度的發(fā)揮，此時, ,量測量測的信號含有承載力的因素。但對于嵌巖樁和超長的摩擦樁，要使樁端的信號含有承載力的因素。但對于嵌巖樁和超長的摩擦樁，要使樁端土強度發(fā)揮幾乎是不可能的。土強度發(fā)揮幾乎是不可能的。 高應(yīng)變法動力試樁的主要功能高應(yīng)變法動力試樁的主要功能（1）判定單樁豎向抗壓承載力（簡稱單樁承載力）。單樁承載力是指單樁所）判定單樁豎向抗壓承載力（簡稱單樁承載力）。單樁承載力是指單樁所具有的承受荷載的能力，其最大的承載能力稱為單樁極限承載力。具有的承受荷載的能力，其最大的承載能力稱為單樁極

3、限承載力。 高應(yīng)變法判定單樁承載力是樁身結(jié)構(gòu)強度滿足軸向荷載的前提下判定地基高應(yīng)變法判定單樁承載力是樁身結(jié)構(gòu)強度滿足軸向荷載的前提下判定地基土對樁的支承能力。土對樁的支承能力。（2）判定樁身完整性。高應(yīng)變作用在樁頂?shù)哪芰看螅瑱z測樁的有效深度大。）判定樁身完整性。高應(yīng)變作用在樁頂?shù)哪芰看?，檢測樁的有效深度大。對預制方樁和預應(yīng)力管樁接頭是否焊縫開裂等缺陷判斷優(yōu)于低應(yīng)變法；對對預制方樁和預應(yīng)力管樁接頭是否焊縫開裂等缺陷判斷優(yōu)于低應(yīng)變法；對等截面樁可以由截面完整系數(shù)等截面樁可以由截面完整系數(shù)定量判定缺陷程度，從而判定缺陷是否影定量判定缺陷程度，從而判定缺陷是否影響樁身結(jié)構(gòu)的承載力。響樁身結(jié)構(gòu)的承載力。

4、（3）打入式預制樁的打樁應(yīng)力監(jiān)控；樁錘效率、錘擊能量的傳遞檢測，為沉）打入式預制樁的打樁應(yīng)力監(jiān)控；樁錘效率、錘擊能量的傳遞檢測，為沉樁工藝、選擇錘擊設(shè)備提供依據(jù)。樁工藝、選擇錘擊設(shè)備提供依據(jù)。（4）對樁身側(cè)阻力和端阻力進行估算。）對樁身側(cè)阻力和端阻力進行估算。 盡管低應(yīng)變反射波法和高應(yīng)變法均采用一維應(yīng)力波理論盡管低應(yīng)變反射波法和高應(yīng)變法均采用一維應(yīng)力波理論分析計算樁分析計算樁土系統(tǒng)響應(yīng)，但前者由于樁土系統(tǒng)響應(yīng)，但前者由于樁土體系變形很小，土體系變形很小，一般不考慮土彈簧和土阻尼的非線性問題；而后者除與低應(yīng)一般不考慮土彈簧和土阻尼的非線性問題；而后者除與低應(yīng)變反射波法的計算原理、方法一致外，還要

5、著重考慮上彈簧、變反射波法的計算原理、方法一致外，還要著重考慮上彈簧、甚至是土阻尼的非線性。甚至是土阻尼的非線性。 因此，利用波動理論計算樁土互作用的土阻力問題顯得很因此，利用波動理論計算樁土互作用的土阻力問題顯得很重要。重要。 高應(yīng)變實際檢測時，測量激勵和響應(yīng)的傳感器一般安裝在樁高應(yīng)變實際檢測時，測量激勵和響應(yīng)的傳感器一般安裝在樁頂附近，習慣上將傳感器安裝截面視為樁頂，傳感器安裝載面至樁頂附近，習慣上將傳感器安裝截面視為樁頂，傳感器安裝載面至樁底的距離稱為測點下樁長底的距離稱為測點下樁長L。對于等截面均勻樁，樁頂實測到的力。對于等截面均勻樁，樁頂實測到的力和速度包含了樁側(cè)和樁端土阻力的影響。

6、下面來分析一下深度和速度包含了樁側(cè)和樁端土阻力的影響。下面來分析一下深度x處處的上阻力的上阻力R 2在沖擊過程中對樁頂?shù)牧退俣鹊挠绊?。下行入射波在沖擊過程中對樁頂?shù)牧退俣鹊挠绊憽Ｏ滦腥肷洳ㄍㄟ^通過x界面時，將在界面處分別產(chǎn)生幅值各為界面時，將在界面處分別產(chǎn)生幅值各為R x2的向上反射壓的向上反射壓力波和向下傳播的拉力波見圖力波和向下傳播的拉力波見圖1。即。即txc時刻時刻Rx被激發(fā)，被激發(fā)，R x2的壓力波影響于的壓力波影響于2xc時刻反射回樁頂，它將使樁頂力曲線上升時刻反射回樁頂，它將使樁頂力曲線上升R x2， 同時使速度曲線下降同時使速度曲線下降R x2Z。如果將速度曲線以力的。如果將

7、速度曲線以力的單位歸一化，即將速度乘以阻抗單位歸一化，即將速度乘以阻抗Z與力曲線同時顯示，這樣與力曲線同時顯示，這樣Rx對樁對樁頂力和速度曲線的影響將使兩曲線的差值增加為：頂力和速度曲線的影響將使兩曲線的差值增加為： 由于由于x x是完全任意的，可以得出如下結(jié)論：在樁頂力和速是完全任意的，可以得出如下結(jié)論：在樁頂力和速度時程曲線的度時程曲線的2x/c(x2x/c(xL)L)時刻，力曲線與速度曲線之間時刻，力曲線與速度曲線之間的差值代表了應(yīng)力波從樁頂下行至的差值代表了應(yīng)力波從樁頂下行至x x深度的過程中所受到深度的過程中所受到的所有土阻力之和，即：的所有土阻力之和，即： 上行為上行為R/2的壓力

8、波，經(jīng)的壓力波，經(jīng)2L/c 時刻到達測點。它對時刻到達測點。它對測點波形影響是，使力值增加，速度值減小，也就是測點波形影響是，使力值增加，速度值減小，也就是力和速度波形分開，分開距離在數(shù)值上正好是樁側(cè)摩力和速度波形分開，分開距離在數(shù)值上正好是樁側(cè)摩阻力值。阻力值。 數(shù)值數(shù)值R/2的下行拉力波將和下行的錘擊波的下行拉力波將和下行的錘擊波F(t)疊加，疊加，傳播至樁底后產(chǎn)生反射。傳播至樁底后產(chǎn)生反射。樁側(cè)阻力的反射波：樁側(cè)阻力的反射波：樁頂受錘擊作用，應(yīng)力波沿樁身傳播，遇樁側(cè)土摩樁頂受錘擊作用，應(yīng)力波沿樁身傳播，遇樁側(cè)土摩阻力阻力R時將產(chǎn)生上行的壓力波和下行的拉力波時將產(chǎn)生上行的壓力波和下行的拉力

9、波 。 打樁土阻力的大小顯然與樁的豎向承載力高低打樁土阻力的大小顯然與樁的豎向承載力高低有關(guān)，樁承載力愈高、打樁土阻力愈強。盡管土有關(guān)，樁承載力愈高、打樁土阻力愈強。盡管土阻力是直接測量的，但土阻力中所包含的靜阻力阻力是直接測量的，但土阻力中所包含的靜阻力的具體量值是未知的。因此，通過實測力與實測的具體量值是未知的。因此，通過實測力與實測速度曲線之差反映的土阻力大小只是樁的豎向承速度曲線之差反映的土阻力大小只是樁的豎向承載力高低的定性表達。載力高低的定性表達。二、高應(yīng)變法檢測一般規(guī)定二、高應(yīng)變法檢測一般規(guī)定v 該方法適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整該方法適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和

10、樁身完整性；監(jiān)測預制樁打入時的樁身應(yīng)力和錘擊能量傳遞比，為性；監(jiān)測預制樁打入時的樁身應(yīng)力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數(shù)及樁長選擇提供依據(jù)。對于大直徑擴底樁和沉樁工藝參數(shù)及樁長選擇提供依據(jù)。對于大直徑擴底樁和Q-sQ-s曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁，不宜采用該方曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁，不宜采用該方法進行豎向抗壓承載力檢測。法進行豎向抗壓承載力檢測。 三、儀器設(shè)備檢測儀器一般通用的基樁動測儀可以勝任。檢測儀器一般通用的基樁動測儀可以勝任。JGJ106-2014JGJ106-2014對錘擊設(shè)備提出了要求：對錘擊設(shè)備提出了要求： 9.2.29.2.2條條: :錘擊設(shè)備可采用柴油錘、液壓

11、錘、蒸汽錘等具錘擊設(shè)備可采用柴油錘、液壓錘、蒸汽錘等具有導向裝置的打樁機械有導向裝置的打樁機械 ，但不得采用導桿式柴油錘、，但不得采用導桿式柴油錘、振動錘。振動錘。9.2.39.2.3條：高應(yīng)變檢測專用錘擊設(shè)備應(yīng)具有穩(wěn)定的導向裝條：高應(yīng)變檢測專用錘擊設(shè)備應(yīng)具有穩(wěn)定的導向裝置，重錘應(yīng)形狀對稱，高徑（寬）比不得小于置，重錘應(yīng)形狀對稱，高徑（寬）比不得小于1 1。9.2.59.2.5條：采用高應(yīng)變法進行承載力檢測時，錘的重量與條：采用高應(yīng)變法進行承載力檢測時，錘的重量與單樁豎向抗壓承載力特征值的比值不得小于單樁豎向抗壓承載力特征值的比值不得小于0.02. 0.02. 四、現(xiàn)場檢測技術(shù)四、現(xiàn)場檢測技術(shù)

12、JGJ106-2014JGJ106-2014對檢測前的準備工作應(yīng)符合下列規(guī)定：對檢測前的準備工作應(yīng)符合下列規(guī)定： 9.3.1 9.3.1 條條 1 1、對于不滿足本規(guī)范表、對于不滿足本規(guī)范表3.2.53.2.5規(guī)定的休止時間的預制樁規(guī)定的休止時間的預制樁，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)驗，合理安排復打時間，確定，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)驗，合理安排復打時間，確定 承載力的時間效應(yīng)。承載力的時間效應(yīng)。2 2、樁頂面應(yīng)平整，樁頂高度應(yīng)滿足錘擊裝置的要求，樁、樁頂面應(yīng)平整，樁頂高度應(yīng)滿足錘擊裝置的要求，樁錘重心應(yīng)與樁頂對中，錘擊裝置架立應(yīng)垂直。錘重心應(yīng)與樁頂對中，錘擊裝置架立應(yīng)垂直。3 3、對不能承受錘擊的樁頭應(yīng)做加固處

13、理，混凝土樁的樁、對不能承受錘擊的樁頭應(yīng)做加固處理，混凝土樁的樁頭處理按本規(guī)范附錄頭處理按本規(guī)范附錄B B執(zhí)行。執(zhí)行。4 4、傳感器的安裝應(yīng)符合本規(guī)范附錄、傳感器的安裝應(yīng)符合本規(guī)范附錄F F的規(guī)定。的規(guī)定。5 5、樁頭頂部應(yīng)設(shè)置樁墊，樁墊可采用、樁頭頂部應(yīng)設(shè)置樁墊，樁墊可采用101030mm30mm厚的木板厚的木板或膠合板等材料。或膠合板等材料。v 1 1、樁頭處理、樁頭處理v （1 1）預制樁的處理。）預制樁的處理。v 預制樁的樁頭處理較為簡單，使用施工用柴油錘跟打預制樁的樁頭處理較為簡單，使用施工用柴油錘跟打時，只需留出足夠深度以備傳感器安裝；預制樁砼強度較時，只需留出足夠深度以備傳感器安

14、裝；預制樁砼強度較高，樁頭較平整，無須進行樁頭處理，一般墊上合適的樁高，樁頭較平整，無須進行樁頭處理，一般墊上合適的樁墊即可，但對于那些截掉樁頭或樁頭打爛后才通知測試的墊即可，但對于那些截掉樁頭或樁頭打爛后才通知測試的，有時也有必要進行處理，或?qū)⑼钩霾糠智玫簦ǜ畹簦?，有時也有必要進行處理，或?qū)⑼钩霾糠智玫簦ǜ畹簦?，特別是出露的鋼筋應(yīng)當割掉，或重新涂上一層高強度早強特別是出露的鋼筋應(yīng)當割掉，或重新涂上一層高強度早強水泥使樁頭平整。大部分預制樁樁側(cè)非常平整，可直接安水泥使樁頭平整。大部分預制樁樁側(cè)非常平整，可直接安裝傳感器，小口徑預應(yīng)力管樁，則因曲率半徑太小，不利裝傳感器，小口徑預應(yīng)力管樁，則因曲

15、率半徑太小，不利于應(yīng)力環(huán)與樁身的緊貼，有時宜進行局部處理。于應(yīng)力環(huán)與樁身的緊貼，有時宜進行局部處理。v （2 2）灌注樁的處理。）灌注樁的處理。v 灌注樁的樁身處理較為復雜，針對不同樁型，一般可灌注樁的樁身處理較為復雜，針對不同樁型，一般可采用下列幾種辦法：采用下列幾種辦法：v 制作長樁帽，傳感器安放在樁帽上這種方法因便于傳感制作長樁帽，傳感器安放在樁帽上這種方法因便于傳感器安裝（原則上傳感器應(yīng)裝在本樁上）、不會砸亂樁頭、器安裝（原則上傳感器應(yīng)裝在本樁上）、不會砸亂樁頭、樁帽強度可以自由配制、信號質(zhì)量較好，但是一旦接樁效樁帽強度可以自由配制、信號質(zhì)量較好，但是一旦接樁效果較差，便會嚴重影響上方

16、傳感器的測試信號；上下介質(zhì)果較差，便會嚴重影響上方傳感器的測試信號；上下介質(zhì)廣義波阻抗相差較大時，也將使測試信號的可信度降低。廣義波阻抗相差較大時，也將使測試信號的可信度降低。v制作短樁帽，傳感器在本樁上安裝。制作短樁帽，傳感器在本樁上安裝。v 這是較合理的一種處理方法，利用樁帽承受這是較合理的一種處理方法，利用樁帽承受錘擊時的不均勻打擊力，以防止樁頭的開裂。因錘擊時的不均勻打擊力，以防止樁頭的開裂。因傳感器在本樁上安裝，接頭處并無特別的處理要傳感器在本樁上安裝，接頭處并無特別的處理要求。工程樁難有安裝傳感器的平整面，當樁頭位求。工程樁難有安裝傳感器的平整面，當樁頭位于地表以下時，需大量開挖以

17、保證傳感器的安裝于地表以下時，需大量開挖以保證傳感器的安裝等是本方法的缺點。等是本方法的缺點。v2 2、傳感器的安裝、傳感器的安裝v 高應(yīng)變測試的基本原理是分析土阻力和樁身高應(yīng)變測試的基本原理是分析土阻力和樁身缺陷對實測力波和速度波的影響，進而評價樁的缺陷對實測力波和速度波的影響，進而評價樁的承載力。測試時既要測力又要測速度，一般要求承載力。測試時既要測力又要測速度，一般要求傳感器線性帶寬的高頻截止頻率至少能達到傳感器線性帶寬的高頻截止頻率至少能達到1500Hz 1500Hz ，而低頻截止頻率則越低越好；由于打擊，而低頻截止頻率則越低越好；由于打擊力常達幾百噸，對應(yīng)的應(yīng)力和速度也相當高，目力常

18、達幾百噸，對應(yīng)的應(yīng)力和速度也相當高，目前直接測量力和速度的傳感器均難以具備如此條前直接測量力和速度的傳感器均難以具備如此條件，特別是力，幾乎沒有直接檢測樁身應(yīng)力的工件，特別是力，幾乎沒有直接檢測樁身應(yīng)力的工具，因此高應(yīng)變測試不得不采用間接的測量辦法具，因此高應(yīng)變測試不得不采用間接的測量辦法，通過測量樁側(cè)的應(yīng)變來推算樁身應(yīng)力和力，通，通過測量樁側(cè)的應(yīng)變來推算樁身應(yīng)力和力，通過測量樁側(cè)質(zhì)點加速度來積分成速度。過測量樁側(cè)質(zhì)點加速度來積分成速度。v 安裝面應(yīng)對稱地選在樁兩側(cè)相同高度處，選擇安裝面安裝面應(yīng)對稱地選在樁兩側(cè)相同高度處，選擇安裝面時，應(yīng)在適合傳感器安裝高度的樁周圍反復用地質(zhì)錘敲挖時，應(yīng)在適合

19、傳感器安裝高度的樁周圍反復用地質(zhì)錘敲挖，尋找較少凸出物、較少軟沙漿而又平整的平面。大多數(shù)，尋找較少凸出物、較少軟沙漿而又平整的平面。大多數(shù)灌注樁，只有將樁頭全部挖出才能尋找出合適的部位，只灌注樁，只有將樁頭全部挖出才能尋找出合適的部位，只對稱挖出兩側(cè)的作法極不合理。樁成型較差時，只能找到對稱挖出兩側(cè)的作法極不合理。樁成型較差時，只能找到相對較好的側(cè)面，對于這些側(cè)面，必須有專人再次進行合相對較好的側(cè)面，對于這些側(cè)面，必須有專人再次進行合理的人工處理。理的人工處理。v加速度計安裝。加速度計安裝。v 加速度計和底座系分離件時，二者間必須用加速度計和底座系分離件時，二者間必須用扳手擰緊，有可能的話還可

20、用扳手擰緊，有可能的話還可用 膠或硅膠粘牢，如膠或硅膠粘牢，如無必要一般不要折開，計線座合一的可不必考慮無必要一般不要折開，計線座合一的可不必考慮二者間的緊密程度。加速度計的底座應(yīng)緊貼樁側(cè)二者間的緊密程度。加速度計的底座應(yīng)緊貼樁側(cè)，但擰緊膨脹螺栓時不可用力過猛，以免底座破，但擰緊膨脹螺栓時不可用力過猛，以免底座破碎。加速度計安裝后用手應(yīng)當不能扳動，傳感方碎。加速度計安裝后用手應(yīng)當不能扳動，傳感方向必須與樁的軸向平行。向必須與樁的軸向平行。v 應(yīng)力環(huán)安裝。應(yīng)力環(huán)安裝。v 應(yīng)力環(huán)的安裝最為講究，一般現(xiàn)場測試難獲成功的主應(yīng)力環(huán)的安裝最為講究，一般現(xiàn)場測試難獲成功的主要原因便是因為應(yīng)力環(huán)安裝效果不理想

21、。在預制樁和樁帽要原因便是因為應(yīng)力環(huán)安裝效果不理想。在預制樁和樁帽上應(yīng)力環(huán)較易安裝，只要膨脹螺栓孔距合適，表面平整，上應(yīng)力環(huán)較易安裝，只要膨脹螺栓孔距合適，表面平整，螺栓又生根緊密，即可獲得滿意的安裝效果；而在灌注樁螺栓又生根緊密，即可獲得滿意的安裝效果；而在灌注樁本樁上安裝，當強度合理、樁側(cè)平整、螺栓間距合適、生本樁上安裝，當強度合理、樁側(cè)平整、螺栓間距合適、生根緊湊時尚可，否則必須進行技術(shù)處理。根緊湊時尚可，否則必須進行技術(shù)處理。v 螺栓斜入或間距不合時，可用鐵錘在其根部輕輕敲擊糾螺栓斜入或間距不合時，可用鐵錘在其根部輕輕敲擊糾正；外套出露時，亦可用改錐或鑿子打擊使其與螺桿貼緊正；外套出露

22、時，亦可用改錐或鑿子打擊使其與螺桿貼緊，以保證應(yīng)力環(huán)能夠貼近樁面。所有螺栓均應(yīng)緊固、不易，以保證應(yīng)力環(huán)能夠貼近樁面。所有螺栓均應(yīng)緊固、不易晃動。晃動。v 將應(yīng)力環(huán)帶有四角的一面朝向樁面順螺桿貼到樁上，將應(yīng)力環(huán)帶有四角的一面朝向樁面順螺桿貼到樁上，反復用手上下左右移動應(yīng)力環(huán)，感覺到四個支點在同一平反復用手上下左右移動應(yīng)力環(huán)，感覺到四個支點在同一平面時（即用力按下四角，沒有翻翹、亦無明顯變形）按住面時（即用力按下四角，沒有翻翹、亦無明顯變形）按住不動，開始上墊圈和螺帽，然后用扳手將其擰緊，擰緊的不動，開始上墊圈和螺帽，然后用扳手將其擰緊，擰緊的過程中，一方面安裝人員要密切注視應(yīng)力環(huán)中間的傳感環(huán)過程

23、中，一方面安裝人員要密切注視應(yīng)力環(huán)中間的傳感環(huán)，防止其出現(xiàn)可見的變形（一旦變形應(yīng)松開處理），另一，防止其出現(xiàn)可見的變形（一旦變形應(yīng)松開處理），另一方面最好用測樁儀監(jiān)控，防止其超出儀器的自平衡調(diào)節(jié)范方面最好用測樁儀監(jiān)控，防止其超出儀器的自平衡調(diào)節(jié)范圍。從測試角度看應(yīng)力環(huán)自然是擰得越緊越好，但過緊容圍。從測試角度看應(yīng)力環(huán)自然是擰得越緊越好，但過緊容易造成應(yīng)力環(huán)的傷害。易造成應(yīng)力環(huán)的傷害。五、高應(yīng)變法的基樁基本模型五、高應(yīng)變法的基樁基本模型v 1 1、基本模型、基本模型v （1 1）基樁模型）基樁模型v CASECASE法法 將樁視為一維均質(zhì)（等截面尤佳）連續(xù)的彈性體將樁視為一維均質(zhì)（等截面尤佳）連

24、續(xù)的彈性體，基本上不考慮樁身缺陷影響，應(yīng)變與質(zhì)點速度之間滿足，基本上不考慮樁身缺陷影響，應(yīng)變與質(zhì)點速度之間滿足協(xié)調(diào)方程；而擬合法不要求樁身截面上下相等，基樁本構(gòu)協(xié)調(diào)方程；而擬合法不要求樁身截面上下相等，基樁本構(gòu)關(guān)系亦改為粘彈性體，可考慮樁身內(nèi)阻對應(yīng)力波的衰減影關(guān)系亦改為粘彈性體，可考慮樁身內(nèi)阻對應(yīng)力波的衰減影響，為進一步模擬灌注樁現(xiàn)場測試的真實狀況，也可以引響，為進一步模擬灌注樁現(xiàn)場測試的真實狀況，也可以引入橫向慣性效應(yīng)修正、樁頭砼體的塑性非線性修正。此外入橫向慣性效應(yīng)修正、樁頭砼體的塑性非線性修正。此外，為考慮樁身內(nèi)部的缺陷影響，擬合法引入了樁身接縫的，為考慮樁身內(nèi)部的缺陷影響，擬合法引入了

25、樁身接縫的松弛模型，對于缺陷部位，只有當質(zhì)點位移大于（壓）或松弛模型，對于缺陷部位，只有當質(zhì)點位移大于（壓）或小于（拉）一定值時才能向下傳播應(yīng)力波。小于（拉）一定值時才能向下傳播應(yīng)力波。v （2 2）樁周土動力模型：為排除動力試樁過程中土體的動）樁周土動力模型：為排除動力試樁過程中土體的動力效應(yīng)，力效應(yīng)，CASECASE法和擬合法均引入了土的動力模型。前者假法和擬合法均引入了土的動力模型。前者假定土的動阻力全部集中于樁尖，且與樁尖速度和廣義波阻定土的動阻力全部集中于樁尖，且與樁尖速度和廣義波阻抗成正比；后者則假定動阻力存在于樁端和樁周各個部位抗成正比；后者則假定動阻力存在于樁端和樁周各個部位，

26、常用兩種模型動阻力伴隨靜阻力出現(xiàn)，或動阻力伴隨質(zhì)，常用兩種模型動阻力伴隨靜阻力出現(xiàn)，或動阻力伴隨質(zhì)點運動出現(xiàn)。為考慮土體內(nèi)部的能量耗散效應(yīng)和慣性效應(yīng)點運動出現(xiàn)。為考慮土體內(nèi)部的能量耗散效應(yīng)和慣性效應(yīng)，彌補靜力模型的不足，擬合法還引入了輻射阻尼模型和，彌補靜力模型的不足，擬合法還引入了輻射阻尼模型和土塞模型，實際編程又定義一種阻尼選擇指標，以便根據(jù)土塞模型，實際編程又定義一種阻尼選擇指標，以便根據(jù)樁尖情況采用不同動力模型。樁尖情況采用不同動力模型。v （3 3）樁周土靜力模型：）樁周土靜力模型：CASECASE法為了確保波動方程解耦，法為了確保波動方程解耦，得到半經(jīng)驗解析解，不僅將樁側(cè)速度與動阻

27、力分離，而且得到半經(jīng)驗解析解，不僅將樁側(cè)速度與動阻力分離，而且將樁身位移與靜阻力分離，因而假定土的靜力模型為理想將樁身位移與靜阻力分離，因而假定土的靜力模型為理想剛塑性體，見下圖，一旦擾動發(fā)生，阻力即達到極限值，剛塑性體，見下圖，一旦擾動發(fā)生，阻力即達到極限值，顯然，這只能在樁土間超過一定變形時才適用。擬合法則顯然，這只能在樁土間超過一定變形時才適用。擬合法則在假定樁周土體內(nèi)部無相對變形的前提下，于樁土間引入在假定樁周土體內(nèi)部無相對變形的前提下，于樁土間引入了理想彈塑性模型，進入塑性前，靜阻力與樁土相對位移了理想彈塑性模型，進入塑性前，靜阻力與樁土相對位移成正比，進入塑性后，靜阻力值恒定不變。

28、實際應(yīng)用時，成正比，進入塑性后，靜阻力值恒定不變。實際應(yīng)用時，對于重復加載和卸載，以及樁尖脫離等情形也作了進一步對于重復加載和卸載，以及樁尖脫離等情形也作了進一步假定，假定，由于動靜阻力與質(zhì)點位移和速度相互關(guān)聯(lián)，方程無由于動靜阻力與質(zhì)點位移和速度相互關(guān)聯(lián)，方程無法解耦，只能采用迭代運算。法解耦，只能采用迭代運算。CASE 法土的理想剛法土的理想剛 塑性靜力模型塑性靜力模型六、CASE法計算公式 CASE法計算樁基承載力法計算樁基承載力:打樁樁總阻力估算公式：打樁樁總阻力估算公式：如果在整個深度如果在整個深度L L的樁段上連續(xù)作用有側(cè)阻力以及端阻力，且土阻力是的樁段上連續(xù)作用有側(cè)阻力以及端阻力，

29、且土阻力是自上而下依次激發(fā)的，自上而下依次激發(fā)的， 記初始速度曲線第一峰的時刻為記初始速度曲線第一峰的時刻為t1t1，則在，則在t2t2t1+2Lt1+2Lc c時刻，樁頂實測的力和速度記錄中將包含以下四種影響時刻，樁頂實測的力和速度記錄中將包含以下四種影響：(1)(1)由土阻力產(chǎn)生的全部上行壓縮土阻力波的總和由土阻力產(chǎn)生的全部上行壓縮土阻力波的總和RTRT2 2；(2)(2)由初始的下行壓力波經(jīng)樁底反射產(chǎn)生的上行拉力波，符號為負；由初始的下行壓力波經(jīng)樁底反射產(chǎn)生的上行拉力波，符號為負；(3)(3)由土阻力產(chǎn)生的下行拉力波經(jīng)樁底反射后以壓縮波的形式上行，并由土阻力產(chǎn)生的下行拉力波經(jīng)樁底反射后以

30、壓縮波的形式上行，并與第（與第（2 2）項的上行波同時到達樁頂，其大小也為）項的上行波同時到達樁頂，其大小也為RTRT2 2； (4)(4)全部的上行被在樁頂反射而形成的下行波全部的上行被在樁頂反射而形成的下行波Fc(t2)Fc(t2)。 凱司法將打樁總阻力凱司法將打樁總阻力RT分為靜阻力分為靜阻力Rx和動阻力和動阻力Rd兩個不相兩個不相關(guān)項。為了從關(guān)項。為了從RT中將靜阻力部分提取出來，凱司法采用以下四個中將靜阻力部分提取出來，凱司法采用以下四個假定：假定： (1)樁身阻抗恒定，即除了截面不變外，樁身材質(zhì)均勻是無明顯樁身阻抗恒定，即除了截面不變外，樁身材質(zhì)均勻是無明顯缺陷。缺陷。 (2)只考

31、慮樁端阻尼，忽略樁側(cè)阻尼的影響。只考慮樁端阻尼，忽略樁側(cè)阻尼的影響。 （3)應(yīng)力波在沿樁身傳播時，除土阻力影響再沒有其他因素造應(yīng)力波在沿樁身傳播時，除土阻力影響再沒有其他因素造成的能量耗散和波形畸變。成的能量耗散和波形畸變。 (4)土阻力的本構(gòu)關(guān)系隱含采用了剛土阻力的本構(gòu)關(guān)系隱含采用了剛塑性模型，即土體對樁的塑性模型，即土體對樁的靜阻力大小與樁土之間的位移大小無關(guān)，而僅與樁土之間是否存靜阻力大小與樁土之間的位移大小無關(guān)，而僅與樁土之間是否存在相對位移有關(guān)。具體地講：樁土之間一旦產(chǎn)生運動在相對位移有關(guān)。具體地講：樁土之間一旦產(chǎn)生運動(應(yīng)力波一旦應(yīng)力波一旦到達到達)，此時土的阻力立即達到極限靜阻力

32、，此時土的阻力立即達到極限靜阻力Ru，且隨位移增加不，且隨位移增加不再改變。再改變。 得到標準形式的凱司法計算樁承載力公式，較適宜于得到標準形式的凱司法計算樁承載力公式，較適宜于長度適中尺截面規(guī)則的中、小型樁和摩擦型樁。長度適中尺截面規(guī)則的中、小型樁和摩擦型樁。七、波動方程擬合法七、波動方程擬合法 波動方程擬合法沒有顯式的計算公式，只能通過編程波動方程擬合法沒有顯式的計算公式，只能通過編程獲得數(shù)值解。目前幾乎所有這類擬合程序均將樁等分為獲得數(shù)值解。目前幾乎所有這類擬合程序均將樁等分為1 1米左右的單元，并且約定：米左右的單元，并且約定： （1 1）單元內(nèi)部無面積和阻抗變化；）單元內(nèi)部無面積和阻

33、抗變化； （2 2）土阻力由分布荷載等效為集中荷載；）土阻力由分布荷載等效為集中荷載； （3 3）單元內(nèi)部的應(yīng)力波衰減符合線性粘性模型；）單元內(nèi)部的應(yīng)力波衰減符合線性粘性模型； （4 4）應(yīng)力波在單元節(jié)點處因受土阻力、樁身阻抗變）應(yīng)力波在單元節(jié)點處因受土阻力、樁身阻抗變化等產(chǎn)生反射波和透射波。化等產(chǎn)生反射波和透射波。 波動方程擬合法分析擬合過程中，需了解樁土參數(shù)對波動方程擬合法分析擬合過程中，需了解樁土參數(shù)對擬合曲線的影響：擬合曲線的影響： （1 1）減?。p小缷缷載水平意味著載水平意味著缷缷載后的反彈阻力或負摩阻載后的反彈阻力或負摩阻力減小，導致計算曲線的尾部上升。力減小，導致計算曲線的尾部

34、上升。 （2 2）樁底彈限降低時，會引起樁底土的快速加載和）樁底彈限降低時，會引起樁底土的快速加載和缷缷載，因而會導致計算曲線載，因而會導致計算曲線2L/c2L/c處及前方一點偏高。處及前方一點偏高。 （3 3）樁側(cè)土彈限降低時，會引起樁側(cè)土的快速加載和）樁側(cè)土彈限降低時，會引起樁側(cè)土的快速加載和缷缷載，前部單元對應(yīng)的計算力曲線會偏高，后部會降低。載，前部單元對應(yīng)的計算力曲線會偏高，后部會降低。 （4 4）降低樁側(cè)）降低樁側(cè)缷缷載系數(shù)會引起樁側(cè)土單元載系數(shù)會引起樁側(cè)土單元缷缷載速度加載速度加快，自然將使計算力曲線的后方提前下降?？?，自然將使計算力曲線的后方提前下降。 （5 5）樁側(cè)各點土的阻尼

35、力，與瞬時速度成正比。降）樁側(cè)各點土的阻尼力，與瞬時速度成正比。降低樁側(cè)阻尼系數(shù)，將使土單元的動阻力減小，計算曲線偏低樁側(cè)阻尼系數(shù)，將使土單元的動阻力減小，計算曲線偏低。低。八、高應(yīng)變法信號質(zhì)量八、高應(yīng)變法信號質(zhì)量 （1 1）現(xiàn)場信號采集和信號質(zhì)量的判斷）現(xiàn)場信號采集和信號質(zhì)量的判斷 高應(yīng)變現(xiàn)場檢測不像低應(yīng)變檢測容易獲得信號曲線，高應(yīng)變現(xiàn)場檢測不像低應(yīng)變檢測容易獲得信號曲線，一根樁的高應(yīng)變曲線往往花費較高，要作好充分的準備。一根樁的高應(yīng)變曲線往往花費較高，要作好充分的準備。主要有：主要有： 傳感器的檢查，電錘和膨脹螺栓的檢查。傳感器的檢查，電錘和膨脹螺栓的檢查。 干擾防治：干擾防治：50Hz5

36、0Hz交流電對應(yīng)力環(huán)有較大的干擾作用，交流電對應(yīng)力環(huán)有較大的干擾作用，應(yīng)使用直流電。應(yīng)使用直流電。 各傳感器的連線要堅固，同時防止線中的金屬和大地各傳感器的連線要堅固，同時防止線中的金屬和大地接觸，最好架空。接觸，最好架空。 現(xiàn)場檢測前，最好了解該樁的承載力，作低應(yīng)變檢測現(xiàn)場檢測前，最好了解該樁的承載力，作低應(yīng)變檢測，了解樁身完整性，看地質(zhì)資料，了解相關(guān)信息，做到心，了解樁身完整性，看地質(zhì)資料，了解相關(guān)信息，做到心中有數(shù)。中有數(shù)。 信號質(zhì)量的判斷：信號質(zhì)量的判斷： a a、信號沒有不規(guī)則的毛刺或振蕩，沒有明顯的干擾、信號沒有不規(guī)則的毛刺或振蕩，沒有明顯的干擾； b b、應(yīng)力和速度歸零，表明樁已

37、靜止。、應(yīng)力和速度歸零，表明樁已靜止。 c c、F(t)F(t)和和ZV(t)ZV(t)在起始段重合且同時到達峰值，說明在起始段重合且同時到達峰值，說明傳感器、錘擊系統(tǒng)和樁頭基本正常。傳感器、錘擊系統(tǒng)和樁頭基本正常。 d d、打擊力在合理的范圍。、打擊力在合理的范圍。 e e、樁總阻力在合理的范圍。、樁總阻力在合理的范圍。 . . 和低應(yīng)變反射波法檢測一樣，高應(yīng)變承載力檢測也要和低應(yīng)變反射波法檢測一樣，高應(yīng)變承載力檢測也要重視現(xiàn)場的分析和判斷。重視現(xiàn)場的分析和判斷。 在現(xiàn)場，一定要獲得一組合理的好的曲線，一定要對在現(xiàn)場，一定要獲得一組合理的好的曲線，一定要對樁的承載力有一個判定。樁的承載力有一

38、個判定。 有好的曲線，即使用有好的曲線，即使用CaseCase法也能得到合適的極限承載法也能得到合適的極限承載力值。沒有得到好的曲線，在室內(nèi)怎么進行曲線擬合計算力值。沒有得到好的曲線，在室內(nèi)怎么進行曲線擬合計算，也得不到好的結(jié)果。，也得不到好的結(jié)果。 高應(yīng)變檢測承載力存在較多的爭議，主要是因為樁很高應(yīng)變檢測承載力存在較多的爭議，主要是因為樁很難打動，要獲得難打動，要獲得2.54mm2.54mm的位移，對長大樁和灌注樁很難實的位移，對長大樁和灌注樁很難實現(xiàn)?，F(xiàn)。 九、檢測數(shù)據(jù)分析與判定九、檢測數(shù)據(jù)分析與判定v JGJ106-2014JGJ106-2014對檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量作出下列規(guī)定：對檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量

39、作出下列規(guī)定：v 9.4.1 9.4.1 檢測承載力時選取錘擊信號，宜取錘擊能量較大檢測承載力時選取錘擊信號，宜取錘擊能量較大的擊次。的擊次。v 9.4.2 9.4.2 當出現(xiàn)下列情況之一時，高應(yīng)變錘擊信號不得作當出現(xiàn)下列情況之一時，高應(yīng)變錘擊信號不得作為承載力分析計算的依據(jù)。為承載力分析計算的依據(jù)。v 1 1 傳感器安裝處混凝土開裂或出現(xiàn)嚴重塑性變形使力曲傳感器安裝處混凝土開裂或出現(xiàn)嚴重塑性變形使力曲線最終未歸零。線最終未歸零。v 2 2 嚴重錘擊偏心，兩側(cè)力信號幅值相差超過嚴重錘擊偏心，兩側(cè)力信號幅值相差超過1 1倍。倍。v 3 3 四通道測試數(shù)據(jù)不全。四通道測試數(shù)據(jù)不全。v 9.4.5

40、9.4.5 高應(yīng)變實測的力和速度信號第一峰起始比例失調(diào)高應(yīng)變實測的力和速度信號第一峰起始比例失調(diào)時，不得進行比例調(diào)整。時，不得進行比例調(diào)整。十、實例與分析采集系統(tǒng)子站采集系統(tǒng)子站 實例與分析【例例1】直徑直徑0.55 m，樁長，樁長21m預應(yīng)力管樁，樁端持力層硬塑堅硬粘預應(yīng)力管樁，樁端持力層硬塑堅硬粘土，筒式柴油錘施打，圖土，筒式柴油錘施打，圖10-1為波形擬合法結(jié)果，為波形擬合法結(jié)果，（a）實測）實測F、V波形；波形； （b）擬合力波形；）擬合力波形； （c）擬合速度波形；（）擬合速度波形；（d）上、下行波；上、下行波；（e）計算速度波形；）計算速度波形； （f）計算位移波形；（）計算位移波形；（