高應(yīng)變動測法培訓(xùn)課件

高應(yīng)變動測法培訓(xùn)課件1

高應(yīng)變動測法是用重錘沖擊樁頂，使樁—土產(chǎn)生足夠的相對位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過分別安裝在樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收量測力和樁、土系統(tǒng)響應(yīng)信號，從而計(jì)算并分析樁身結(jié)構(gòu)完整性和單樁豎向承載力。高應(yīng)變動測法是用重錘沖擊樁頂，使樁—2高應(yīng)變試驗(yàn)方法：（1）動力打樁公式法：量測打樁最終貫入度，錘重和錘落高。用它估算單樁極限承載力。（2）波動方程分析法（smith法）：量測最終貫入度，錘重、落高和設(shè)定樁、土、墊層一系列參數(shù)。用它預(yù)測單樁極限承載力；打樁拉、壓應(yīng)力和沉樁能力分析。（3）波動方程半經(jīng)驗(yàn)解析法（case法）：量測樁頂力和速度（加速度信號積分）時程波形?？晒浪銌螛稑O限承載力和樁身結(jié)構(gòu)完整性作出評價。高應(yīng)變試驗(yàn)方法：3（4）波形擬合法：量測樁頂力和速度時程波形。可判定單樁極限承載力，評價樁身結(jié)構(gòu)完整性，估計(jì)樁側(cè)與樁端土阻力分布和摸擬靜載荷試驗(yàn)的Q-S曲線。（5）靜—動試樁法：量測樁頂力和位移時間程波形，可判定單樁極限承載力。目前采用較多的CASE法，波形擬合法較為廣泛。（4）波形擬合法：4一、現(xiàn)場檢測技術(shù)

1、錘頭錘頭形狀制作按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）中，對錘重和錘形選擇以強(qiáng)制性條文的形式作為嚴(yán)格規(guī)定，錘頭材質(zhì)均勻，形狀對稱，錘底平整，高徑（寬）比不得小于1，采用鑄鐵或鑄鋼制作。錘高、寬比一般2：1或1.5：1。一、現(xiàn)場檢測技術(shù)52、起重設(shè)備錘頭起吊一般用支架或汽吊、鉤機(jī)。支架：必須注意支架導(dǎo)向軌潤滑預(yù)防支架軌道磨擦過大而產(chǎn)生高頻橫波和縱波，橫波沿垂錘軸向往返傳播，縱波沿重錘軸向傳播，在力曲線上表現(xiàn)為從重錘沖擊前到之后，使力曲線始終存在一個高頻復(fù)雜的振動波干擾。汽吊及鉤機(jī)：錘的軸心線與樁的軸心要重合，如稍偏心，出現(xiàn)產(chǎn)生偏心力，兩邊對稱的力和加速度傳感器得不到大小相同信號，并且有可能產(chǎn)生機(jī)械振動干擾、出現(xiàn)力曲線上存在高頻信號干擾。2、起重設(shè)備63、樁墊樁墊是影響實(shí)測波形重要因素：其作用有二個：一是使錘擊力分布均勻、調(diào)整錘擊過程的持續(xù)時間，將錘擊能量更有效地往樁頂傳遞。二是緩沖錘體的沖擊力，使打樁壓應(yīng)力不超過容許值。選用材料有膠合板、薄木板，特制的布墊或紙墊；還可以標(biāo)準(zhǔn)細(xì)砂找平（厚度10-30mm為好）3、樁墊74、樁頭處理對于混凝土灌注樁先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱浮漿層，樁頭頂面平整、樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應(yīng)重合，樁頭主筋應(yīng)全部直至樁頂混凝土保護(hù)層之下，各主筋應(yīng)在同一高度，距樁頂1倍樁徑范圍內(nèi)，用厚度3～5mm鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)置箍筋，間距不大于100mm，樁頂設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2-3層，間距60~100mm，樁頭混凝土強(qiáng)度等級比樁身混凝土提高1～2級，且不低于C30，樁頭側(cè)點(diǎn)處截面尺寸與原樁截面尺寸一致。預(yù)制樁樁對不受損，可以使用。4、樁頭處理85、傳感器安裝按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）附F有關(guān)要求。（1）傳感器必須安裝在離樁頂2—3倍樁徑位置，對于大直徑樁，傳感器與樁頂之間距離可適當(dāng)減少，但不得小于1倍樁徑。如遇到樁身截面突變處，要避開，尺量樁身截面一致處為好。避開樁頂附近復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。（2）傳感器必須對稱安裝在樁兩側(cè)面，應(yīng)變與加速度傳感器的中心應(yīng)位于同一水平線上，應(yīng)變和加速度傳感器之間大于80mm。傳感器的中心軸應(yīng)樁中心軸保持平衡。（3）各傳感器的安裝面材質(zhì)應(yīng)均勻，密實(shí)、平整、并與樁軸線平行，否則應(yīng)采用磨光機(jī)打磨平整。（4）傳感器安裝使用螺栓的鉆孔與樁側(cè)表面垂直，牢固。不能由于錘擊振動引起松動或接觸不良、尤其力傳感器位置有良好的平整面。（5）安裝完畢后，檢查應(yīng)變傳感器緊貼程度是否松動，對其初始應(yīng)變值進(jìn)行監(jiān)視，保證錘擊時可測軸向變形余量。混凝土樁大于+1000με；鋼樁大于+1500με。5、傳感器安裝96、測試參數(shù)選取測試前對設(shè)定相當(dāng)重要，要認(rèn)真結(jié)合儀器使用動能要求進(jìn)行設(shè)定選取。（1）采樣時間間隔50～200μ?，信號采樣點(diǎn)數(shù)不少于1024點(diǎn)；（2）傳感器的設(shè)定值按計(jì)量檢定結(jié)果設(shè)定；（3）測點(diǎn)處的樁截面尺寸按實(shí)際測量確定，波速，質(zhì)量密度和彈性模量設(shè)定；（4）測點(diǎn)以下的樁長和截面積按設(shè)計(jì)文件或施工記錄提供數(shù)據(jù)設(shè)定。

6、測試參數(shù)選取10

樁身材料彈性模量按公式計(jì)算

E=ρ·с2E—樁身材料彈性模量（KPa）

с—樁身應(yīng)力波傳播速度（m/s）

ρ—樁身材料質(zhì)量密度（t/m3）7、儀器工作狀態(tài)檢查。在正式試驗(yàn)之前，檢查儀器是否正常工作狀態(tài)，對已連接好的各種傳感器核驗(yàn)，對檢測儀進(jìn)行儀器自檢，并觀測量測系統(tǒng)置于正常。樁身材料彈性模量按公式計(jì)算118、錘擊擇選按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）中附錄條文進(jìn)行，具體大致如下：對于摩擦樁或端承摩擦樁，錘重一般為單樁極限承載力的1%，但摩擦端承樁的錘重還要大些，才有可能把樁打一定的貫入度。錘高大小是影響峰值和樁頂速度的重要因素。落高過小，能量不足；落高過大，力峰值過大，易擊碎樁頂。一般的落高1.0-2.0m之間，最高不應(yīng)大于2.5m，最好重錘低打。選擇錘重和落高要使樁貫入度不小于2.5mm，但也不要大于10mm。貫入度過小、土強(qiáng)度發(fā)揮不充分，貫入度太大不滿足波動理論、實(shí)測波形失真。對于嵌巖樁，在選用錘重和落高時要注意不能把嵌固段打動，否則嵌固力不能恢復(fù)大大降低樁承載力。8、錘擊擇選129、檢測時應(yīng)及時檢查采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。高應(yīng)變動測用重錘沖擊，當(dāng)每對受檢樁記錄沖擊有效錘擊信號后檢查所采集信號進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)測試曲線采集不理想，應(yīng)認(rèn)真檢查樁頭、傳感器有無異常。一般出現(xiàn)較多異常原因：①傳感器安裝處混凝土開裂或出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形使力曲線最終未歸零；②嚴(yán)重錘擊偏心，兩側(cè)力信號幅值相差超過1倍；③觸變效應(yīng)的影響、預(yù)制樁在多次錘擊下承載力下降；④四通道測試數(shù)據(jù)不全。9、檢測時應(yīng)及時檢查采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。1310、現(xiàn)場測曲線判斷。（1）力傳感器未上緊，波形產(chǎn)生自振；10、現(xiàn)場測曲線判斷。14（2）波形信號不回零，表明靠近測點(diǎn)附近混凝土有塑性變形；（2）波形信號不回零，表明靠近測點(diǎn)附近混凝土有塑性變形；15（3）波形峰值處力大于速度，表明靠近測點(diǎn)附近樁身有擴(kuò)頸或墊層和樁相連；（3）波形峰值處力大于速度，表明靠近測點(diǎn)附近樁身有擴(kuò)頸或墊層16（4）波形峰值處速度大于力，表明靠近測點(diǎn)附近樁身樁相連。（4）波形峰值處速度大于力，表明靠近測點(diǎn)附近樁身樁相連。17（5）波形峰值處速度大于力，力波不回零，表明測點(diǎn)附近樁身有裂縫，或傳感器安在新接樁頭上，接頭連接沒有做好。（5）波形峰值處速度大于力，力波不回零，表明測點(diǎn)附近樁身有裂18一般正常F和ZV曲線：①波形沒有明顯的高頻雜波信號干擾；②兩組F和ZV時程波形最終回歸零值；③兩組F和ZV時程波形的峰值前應(yīng)重合，峰值后兩者協(xié)調(diào)；④F曲線一般為正值、因?yàn)樵跇俄敻浇鼞?yīng)力為壓力；⑤在樁底反射信號出現(xiàn)前、ZV曲線應(yīng)在F曲線的下方，它差值的一半等于對應(yīng)時刻接受到的阻力值；⑥由加速度信號積分得到的位移曲線一般是先急劇上升，接著突然下降，下降到最小值后又緩緩上升，最后穩(wěn)定在一條水平線上。一般正常F和ZV曲線：19二、CASE法CASE數(shù)學(xué)模型

CASE法的數(shù)學(xué)模型較為簡單，只考慮樁和樁周土的簡化模型。（1）把樁假定為均勻連續(xù)的一維桿，并且物理參數(shù)在測試的時間內(nèi)是不變化的，稱為時不變。（2）土的模型①試樁時認(rèn)為樁、土界面發(fā)生破壞，樁的承載力為樁的支承能力。②實(shí)測總阻力近似看成靜阻力和動阻力兩部分組成。

R總=R靜+R動二、CASE法20

靜阻力RS簡化為理想剛塑性模型，即當(dāng)土中應(yīng)力達(dá)某一數(shù)值后，不隨變形增加而增加，忽略彈性變形（圖a）,于是

R(Z)=Ru

動阻力Rd簡化為與樁的運(yùn)動速度成線性關(guān)系的粘滯阻尼模型，用一個阻尼表示（圖b）:

Rd=J(z)·V（z)式中：J(Z)—深度Z處樁側(cè)土粘滯阻尼系數(shù)（kN·s/m），為直線斜率。

V(Z)—深度Z處樁身運(yùn)動速度（m/s）靜阻力RS簡化為理想剛塑性模型，即當(dāng)土中應(yīng)力達(dá)某21動力試樁實(shí)際用的是smith阻尼系數(shù)和case阻尼系數(shù)：當(dāng)用smith阻尼系數(shù)時，Rd=JS(Z)·Ru(Z)·V(Z)當(dāng)用case阻尼系數(shù)時，Rd=JC(Z)·Z·V(Z)式中：JC(Z）—case阻尼系數(shù)是無量綱參數(shù)

Z—樁身阻抗（kN·s/m）對上述case法數(shù)學(xué)模型成立，用case法分析方法分析，把試樁看成三條基本假定：

①樁身是等效阻抗的（Z=ρсА），Z沿樁身不變。該假定對鋼樁，預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁在樁身無缺陷性況下基本適用；而灌注樁斷面是不均勻，樁身即使無任何缺陷也難以達(dá)到，在該假定條件下，實(shí)測信號除了土阻力和樁底信號的反射波外，設(shè)有任何阻抗變化的反射波。②動阻力集中在樁底，忽略樁側(cè)動阻力。③忽略應(yīng)力波在傳播過程的能量損耗，包括樁身中內(nèi)阻尼損耗向樁周土的逸散。在該假定條件下，應(yīng)力波傳播過程沒有波形畸變和幅值的變化。動力試樁實(shí)際用的是smith阻尼系數(shù)和case阻尼系數(shù)：22Case法單樁承載力確定：

Case法動測試樁，在有足夠能量錘擊樁頂時，可以激發(fā)出樁周土阻力，實(shí)測樁頂附近的力和速度程波形。Case法單樁承載力確定：23由波動方程和行波理論可推導(dǎo)得到case法單樁極限承載力公式：

Rn=R－JC(2Ft－R)R=1/2[F(t1)＋F(t2)＋Z/2(V1－V2)]式中:Rn—單樁極限承載力

R—打入總阻力

F(t1)、V(t1)—t1時刻力和速度值

F(t2)、V(t2)—t2時刻樁頂反射處的力和速度值。

t1時刻可取在第一峰值，第二峰值或最大峰值處。三種取法一般情況其結(jié)果相差不大，如果有明顯差別、應(yīng)選擇提供最大靜阻力的位置。

t2為樁底反射點(diǎn)位置，(t1+2L/c)t1和t2確定后，在波形上F(t1)、F(t2)、V(t1)、V(t2)都有樁身阻抗Z可根據(jù)樁徑和波速計(jì)算得到：case阻尼系數(shù)JC可由靜、動對比結(jié)果反算求得或經(jīng)驗(yàn)取值。由波動方程和行波理論可推導(dǎo)得到case法單樁極限承載力公式：24

一般case阻尼系數(shù)通過大量靜、動對數(shù)據(jù)各土層取值范圍：憑經(jīng)驗(yàn)選取case阻尼系數(shù)要慎重，望大家大量進(jìn)行靜動對比試驗(yàn)資料，建立地方case阻尼系數(shù)。Case法分析有多種方法：阻尼系數(shù)法（RSP）,最大阻尼力法（RMX）,卸載法RSU,自動法（RAU）。但case法推算基本準(zhǔn)確，最好采用其它方法進(jìn)行計(jì)算。一般case阻尼系數(shù)通過大量靜、動對數(shù)據(jù)各土層取25三、波形擬合法：波形擬合評價單樁極限承載力，目前認(rèn)為是最先進(jìn)技術(shù)，它具多解性，無唯一解。在擬合過程可調(diào)整的參數(shù)有側(cè)阻，端阻，最大彈性位，土阻尼系數(shù)，樁截面積，波速和混凝土彈性模量等，改變以土任何一個參數(shù)都可能使某些單元段計(jì)算波形和實(shí)測波形吻合。

1、波形擬合基本原理波形擬合現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)采集與case法完全一樣，得到的是兩根實(shí)測波形F(t)和V(t)。實(shí)測波形包含有樁身阻抗變化和土阻力（樁承載力）信號。把樁劃分若干分段（單元），假定各分段的樁、土參數(shù)。如樁身阻抗、土的阻力及沿樁身分布，最大彈限QK和阻尼系數(shù)JS或JC等。用實(shí)測的波形速度或力，作為已知邊界條件進(jìn)行波動程序計(jì)算，求得力或速度波形。也就是用計(jì)算波形法擬合實(shí)測波形，兩者進(jìn)行比較，直到兩者吻合程序達(dá)到滿意為止。從而得到單根限承載力，樁側(cè)阻力分布，計(jì)算的荷載－沉降曲線（Q－S曲線）和樁身結(jié)構(gòu)完整性。三、波形擬合法：26

波形擬合過程反復(fù)迭代計(jì)算過程（框圖），要得到各分離單元的速度響應(yīng)曲線，可以解波動方程得到各單元的力曲線FC。將計(jì)算的曲線FC和實(shí)測的力曲線Fm進(jìn)行比較，并調(diào)整各單元參數(shù)值得FC和Fm良好吻合。認(rèn)為對樁、土參數(shù)假定實(shí)際情況接近，即為試驗(yàn)所得需要結(jié)果。波形擬合過程反復(fù)迭代計(jì)算過程（框圖），要得到各分離單272、波形擬合法的數(shù)學(xué)模型。波形擬合法的數(shù)學(xué)模型分為樁身和土的模型（1）樁身模型波形擬合法采用“連續(xù)”，把樁看作連續(xù)的、不變的，線性的和一維的彈性桿件。把樁劃分為Np分段長度保持應(yīng)力波在通過每個分段時所需的時間相等，分段本身阻抗是恒定的，但各分段阻抗可以不同。樁身內(nèi)阻尼引起應(yīng)力波的衰減可用衰減率模擬。有的計(jì)算軟件，還可考慮裂縫在受力過程中的閉合張開程度，局部不密實(shí)的混凝土應(yīng)力—應(yīng)變的非線性關(guān)系問題。2、波形擬合法的數(shù)學(xué)模型。28（2）土模型

波形擬合法將土簡化為理想彈塑性模型模型。（2）土模型

波形擬合法將土簡化為理想彈塑性模型模29

（a）、(b)是樁側(cè)阻和樁端阻的靜阻力模型。當(dāng)土位移Qkm小于最大彈性位移Qk時、應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，一旦位移達(dá)到最大彈性位移Qk值，應(yīng)力不再隨應(yīng)變增加而增加，土進(jìn)入塑性狀態(tài)。

Rk(z)=(u(z)/Qk)Ruk(u(z)≤Qk)Rk(z)=Ruk(u(z)=Qk)

式中：Ruk—樁在Z深度處土的極限靜阻力（mm）

Qk—土的最大彈性位移（mm）

u(z)—深度Z處土位移(mm)

實(shí)際土是彈塑物質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系實(shí)際上是非線性關(guān)系。加載和卸載過程表現(xiàn)出不同性質(zhì)，以上的模型是很近似。當(dāng)樁受錘擊后，樁身除向下運(yùn)動（加載過程）外，還可產(chǎn)生回彈（卸載過程），所以計(jì)算程序除了有加載彈限Qk（最大彈性位移），還給定卸載彈限Qkm（卸載最大彈性位移）參數(shù)，在相同極限阻力條件下，Qkm＜Qk。樁身上、下運(yùn)動有可能反復(fù)多次，所以條件考慮了反復(fù)加載程度（重加載水平）RL和RLt參數(shù)。（a）、(b)是樁側(cè)阻和樁端阻的靜阻力模型。當(dāng)土30

樁出現(xiàn)回彈，局部單元向上運(yùn)動，樁側(cè)開始卸載，當(dāng)樁土相對位移出現(xiàn)負(fù)值時，側(cè)阻方向下（卸載水平）。樁尖靜阻力模型中圖b，由于樁尖不能受拉，不存在卸載水平，灌注樁樁底有可能存在沉渣或虛土，預(yù)制樁由于打樁擠土效應(yīng)會使樁上抬，樁尖產(chǎn)生縫隙。故分析中設(shè)置“土隙”參數(shù)GAP。樁出現(xiàn)回彈，局部單元向上運(yùn)動，樁側(cè)開始卸載，當(dāng)313、波形擬合法計(jì)算要考慮主要參數(shù)波形擬合法中，為了使計(jì)算波形和實(shí)測波形吻合，優(yōu)先調(diào)整的參數(shù)是各分段單元的側(cè)阻力Rsk，樁側(cè)土阻尼系數(shù)JC,最大彈性位移Qk和樁端阻力Rut，樁端土最大彈性位移Qt、樁尖土阻尼系數(shù)Jct。①調(diào)整土阻力Ruk、Rut

當(dāng)某分段單元的側(cè)阻Ruk增加，該分段單元往后計(jì)算力波形Fc(t)一起升高；樁端土阻力Rut增加，2L/C處及其后Fc(t)波形一起升高、而對2L/C以前分段單元無影響。樁側(cè)Ruk增加，使計(jì)算貫入度減少。②調(diào)整阻尼系數(shù)JC和JCt

動阻力大小和運(yùn)動速度，阻尼系數(shù)成正比，某單元樁側(cè)或樁尖土阻尼系數(shù)JC和JCt增加，相應(yīng)的Fc(t)波形上升，反之Fc(t)下降。阻尼系數(shù)過低會使計(jì)算Fc(t)波形后段產(chǎn)生低頻振蕩。樁頭土阻尼系數(shù)增加會使計(jì)算的貫入度減小。阻尼系數(shù)JC值一般在0.01～2間變化。3、波形擬合法計(jì)算要考慮主要參數(shù)32③調(diào)整土的加載最大彈性位移Qk

當(dāng)調(diào)整個別分段單元的Qk值時，對計(jì)算力波形影響不大，連續(xù)調(diào)整許多分段單元Qk值才對Fc(t)有顯著影響。當(dāng)Qk值增加時，使Fc(t)波形逆時針方向轉(zhuǎn)動，即上部分段單元Fc(t)波形下降，下部分段單元Fc(t)上升。當(dāng)Qk值減少時，使Fc(t)波形順時針方向轉(zhuǎn)動，即上部分段單元Fc(t)波形上升，下部分段單元Fc(t)下降。當(dāng)樁底土Qkm值減小，會引起樁底土的快速加卸載，使2L/C處Fc(t)波形上升，稍后Fc(t)波形下降。樁底土Qkm減小，使計(jì)算貫入度增大。無論是樁側(cè)或樁底土，其最大彈性位移值一般都在1～10mm之間變化。③調(diào)整土的加載最大彈性位移Qk334、波形擬合法的樁阻抗變化。樁身阻抗Z=ρсА=E·A/C,當(dāng)改變樁截面積A或混凝土彈性模量E或應(yīng)力波速C都可使樁身阻抗變化。①樁身截面積變化：當(dāng)某分段單元截面積增大，對應(yīng)單元的計(jì)算力波形Fc(t)上，而下一單元相對上單元為縮頸，因此往下單元Fc(t)，波形下降；樁尖位置截面積增大，對Fc(t)影響較大，使樁尖單元Fc(t)上升。②樁身裂隙的影響：預(yù)制樁樁身裂縫，灌注樁樁身斷樁，可以加上裂隙模擬，下行壓縮波遇到裂隙要反射上行拉力波，裂隙上面單元使計(jì)算力波Fc(t)下降，裂隙下面單元Fc(t)上升。

4、波形擬合法的樁阻抗變化。34③土隙CAP的影響：對灌注樁樁底可沉渣或虛土存在，預(yù)制樁由于擠土效應(yīng)，地表面土上升，使樁上抬，樁尖形成土隙，擬合程序增加上土隙，使端阻力發(fā)揮遲后，影響端阻力充分發(fā)揮，減小土隙，使2L/C前分段單元計(jì)算力波形Fc(t)上升，2L/C后局部Fc(t)波形下降。④土塞的影響：開口鋼管樁或開預(yù)應(yīng)力管樁，打樁過程有部分土涌入管內(nèi)，動力試樁時，這部分土體成為外加質(zhì)量，從而產(chǎn)生不可忽略的慣性力，加上土塞，使2L/C前數(shù)個單元計(jì)算力波形Fc(t)上升，2L/C往后單元Fc(t)下降。⑤速度的影響：提高平均波速使0—2L/C之間力波形Fc(t)前段上升，后段下降，同時使樁底反射提前。③土隙CAP的影響：對灌注樁樁底可沉渣或虛土存在，預(yù)制樁由于355、波形擬合法的阻力對計(jì)算各時段力波形。

圖中實(shí)線是實(shí)測力波形Fm(t),虛線是實(shí)測速度波形。當(dāng)已知計(jì)算波形Fc(t)，可以把波形分四個時段討論土阻力的影響。5、波形擬合法的阻力對計(jì)算各時段力波形。圖中實(shí)線36①時段I:從沖擊開始至2L/C時段，該段擬合好壞，主要是假定的各分段的側(cè)阻力起主要作用。對長樁更是如此；②時段Ⅱ：從2L/C開始至tr+3ms時段（tr為沖擊開始至力峰值時間），該段調(diào)整端阻力和總阻力，使波形吻合；③時段Ⅲ：從2L/C開始至tr+5ms時段，該時段主要調(diào)整總阻力大小和阻尼系數(shù)使用波形吻合；④時段Ⅳ：第Ⅱ時段結(jié)束位置延時20ms，該時段主要調(diào)整卸載參數(shù)，卸載最大彈性位移Qkm和卸載水平Vn，使波形吻合。①時段I:從沖擊開始至2L/C時段，該段擬合好壞，主要是假定376、如何評價波形擬合的結(jié)果應(yīng)滿足三個條件：

①樁身各分段相應(yīng)土層的側(cè)阻力，樁身分布符合巖土工程的合理范圍計(jì)算波形和實(shí)測波形，兩者吻合達(dá)到滿意程度。即擬合質(zhì)量系數(shù)MQ小于規(guī)定的值。

②為一個定數(shù)。

③樁貫入度的計(jì)算值和實(shí)際值（測量值）吻合良好。6、如何評價波形擬合的結(jié)果38五、樁身完整性及缺陷位置計(jì)算

計(jì)算樁身完整性系數(shù)

β=Z1/Z2式中：β—樁身完整性系數(shù)；

Z1—被測截面樁身阻抗；

Z2—測點(diǎn)處樁身阻抗；

Rx—缺陷以上部位土阻力的估計(jì)值，等于缺陷反射波起始點(diǎn)的力與速度乘以樁身截面力學(xué)阻抗之差值，取值方法見下圖。五、樁身完整性及缺陷位置計(jì)算

計(jì)算樁身完整性系數(shù)

β=Z1/39計(jì)算裝身缺陷位置x：

x=c·（tx-t1）/2000x—樁身缺陷至傳感器安裝點(diǎn)的距離；tx—缺陷反射峰對應(yīng)的時刻（ms）；c—樁身混凝土平均波速(m/s)。計(jì)算裝身缺陷位置x：40感謝大家！感謝大家！41高應(yīng)變動測法培訓(xùn)課件42

高應(yīng)變動測法是用重錘沖擊樁頂，使樁—土產(chǎn)生足夠的相對位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過分別安裝在樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收量測力和樁、土系統(tǒng)響應(yīng)信號，從而計(jì)算并分析樁身結(jié)構(gòu)完整性和單樁豎向承載力。高應(yīng)變動測法是用重錘沖擊樁頂，使樁—43高應(yīng)變試驗(yàn)方法：（1）動力打樁公式法：量測打樁最終貫入度，錘重和錘落高。用它估算單樁極限承載力。（2）波動方程分析法（smith法）：量測最終貫入度，錘重、落高和設(shè)定樁、土、墊層一系列參數(shù)。用它預(yù)測單樁極限承載力；打樁拉、壓應(yīng)力和沉樁能力分析。（3）波動方程半經(jīng)驗(yàn)解析法（case法）：量測樁頂力和速度（加速度信號積分）時程波形。可估算單樁極限承載力和樁身結(jié)構(gòu)完整性作出評價。高應(yīng)變試驗(yàn)方法：44（4）波形擬合法：量測樁頂力和速度時程波形?？膳卸▎螛稑O限承載力，評價樁身結(jié)構(gòu)完整性，估計(jì)樁側(cè)與樁端土阻力分布和摸擬靜載荷試驗(yàn)的Q-S曲線。（5）靜—動試樁法：量測樁頂力和位移時間程波形，可判定單樁極限承載力。目前采用較多的CASE法，波形擬合法較為廣泛。（4）波形擬合法：45一、現(xiàn)場檢測技術(shù)

1、錘頭錘頭形狀制作按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）中，對錘重和錘形選擇以強(qiáng)制性條文的形式作為嚴(yán)格規(guī)定，錘頭材質(zhì)均勻，形狀對稱，錘底平整，高徑（寬）比不得小于1，采用鑄鐵或鑄鋼制作。錘高、寬比一般2：1或1.5：1。一、現(xiàn)場檢測技術(shù)462、起重設(shè)備錘頭起吊一般用支架或汽吊、鉤機(jī)。支架：必須注意支架導(dǎo)向軌潤滑預(yù)防支架軌道磨擦過大而產(chǎn)生高頻橫波和縱波，橫波沿垂錘軸向往返傳播，縱波沿重錘軸向傳播，在力曲線上表現(xiàn)為從重錘沖擊前到之后，使力曲線始終存在一個高頻復(fù)雜的振動波干擾。汽吊及鉤機(jī)：錘的軸心線與樁的軸心要重合，如稍偏心，出現(xiàn)產(chǎn)生偏心力，兩邊對稱的力和加速度傳感器得不到大小相同信號，并且有可能產(chǎn)生機(jī)械振動干擾、出現(xiàn)力曲線上存在高頻信號干擾。2、起重設(shè)備473、樁墊樁墊是影響實(shí)測波形重要因素：其作用有二個：一是使錘擊力分布均勻、調(diào)整錘擊過程的持續(xù)時間，將錘擊能量更有效地往樁頂傳遞。二是緩沖錘體的沖擊力，使打樁壓應(yīng)力不超過容許值。選用材料有膠合板、薄木板，特制的布墊或紙墊；還可以標(biāo)準(zhǔn)細(xì)砂找平（厚度10-30mm為好）3、樁墊484、樁頭處理對于混凝土灌注樁先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱浮漿層，樁頭頂面平整、樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應(yīng)重合，樁頭主筋應(yīng)全部直至樁頂混凝土保護(hù)層之下，各主筋應(yīng)在同一高度，距樁頂1倍樁徑范圍內(nèi)，用厚度3～5mm鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)置箍筋，間距不大于100mm，樁頂設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2-3層，間距60~100mm，樁頭混凝土強(qiáng)度等級比樁身混凝土提高1～2級，且不低于C30，樁頭側(cè)點(diǎn)處截面尺寸與原樁截面尺寸一致。預(yù)制樁樁對不受損，可以使用。4、樁頭處理495、傳感器安裝按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）附F有關(guān)要求。（1）傳感器必須安裝在離樁頂2—3倍樁徑位置，對于大直徑樁，傳感器與樁頂之間距離可適當(dāng)減少，但不得小于1倍樁徑。如遇到樁身截面突變處，要避開，尺量樁身截面一致處為好。避開樁頂附近復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。（2）傳感器必須對稱安裝在樁兩側(cè)面，應(yīng)變與加速度傳感器的中心應(yīng)位于同一水平線上，應(yīng)變和加速度傳感器之間大于80mm。傳感器的中心軸應(yīng)樁中心軸保持平衡。（3）各傳感器的安裝面材質(zhì)應(yīng)均勻，密實(shí)、平整、并與樁軸線平行，否則應(yīng)采用磨光機(jī)打磨平整。（4）傳感器安裝使用螺栓的鉆孔與樁側(cè)表面垂直，牢固。不能由于錘擊振動引起松動或接觸不良、尤其力傳感器位置有良好的平整面。（5）安裝完畢后，檢查應(yīng)變傳感器緊貼程度是否松動，對其初始應(yīng)變值進(jìn)行監(jiān)視，保證錘擊時可測軸向變形余量。混凝土樁大于+1000με；鋼樁大于+1500με。5、傳感器安裝506、測試參數(shù)選取測試前對設(shè)定相當(dāng)重要，要認(rèn)真結(jié)合儀器使用動能要求進(jìn)行設(shè)定選取。（1）采樣時間間隔50～200μ?，信號采樣點(diǎn)數(shù)不少于1024點(diǎn)；（2）傳感器的設(shè)定值按計(jì)量檢定結(jié)果設(shè)定；（3）測點(diǎn)處的樁截面尺寸按實(shí)際測量確定，波速，質(zhì)量密度和彈性模量設(shè)定；（4）測點(diǎn)以下的樁長和截面積按設(shè)計(jì)文件或施工記錄提供數(shù)據(jù)設(shè)定。

6、測試參數(shù)選取51

樁身材料彈性模量按公式計(jì)算

E=ρ·с2E—樁身材料彈性模量（KPa）

с—樁身應(yīng)力波傳播速度（m/s）

ρ—樁身材料質(zhì)量密度（t/m3）7、儀器工作狀態(tài)檢查。在正式試驗(yàn)之前，檢查儀器是否正常工作狀態(tài)，對已連接好的各種傳感器核驗(yàn)，對檢測儀進(jìn)行儀器自檢，并觀測量測系統(tǒng)置于正常。樁身材料彈性模量按公式計(jì)算528、錘擊擇選按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）中附錄條文進(jìn)行，具體大致如下：對于摩擦樁或端承摩擦樁，錘重一般為單樁極限承載力的1%，但摩擦端承樁的錘重還要大些，才有可能把樁打一定的貫入度。錘高大小是影響峰值和樁頂速度的重要因素。落高過小，能量不足；落高過大，力峰值過大，易擊碎樁頂。一般的落高1.0-2.0m之間，最高不應(yīng)大于2.5m，最好重錘低打。選擇錘重和落高要使樁貫入度不小于2.5mm，但也不要大于10mm。貫入度過小、土強(qiáng)度發(fā)揮不充分，貫入度太大不滿足波動理論、實(shí)測波形失真。對于嵌巖樁，在選用錘重和落高時要注意不能把嵌固段打動，否則嵌固力不能恢復(fù)大大降低樁承載力。8、錘擊擇選539、檢測時應(yīng)及時檢查采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。高應(yīng)變動測用重錘沖擊，當(dāng)每對受檢樁記錄沖擊有效錘擊信號后檢查所采集信號進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)測試曲線采集不理想，應(yīng)認(rèn)真檢查樁頭、傳感器有無異常。一般出現(xiàn)較多異常原因：①傳感器安裝處混凝土開裂或出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形使力曲線最終未歸零；②嚴(yán)重錘擊偏心，兩側(cè)力信號幅值相差超過1倍；③觸變效應(yīng)的影響、預(yù)制樁在多次錘擊下承載力下降；④四通道測試數(shù)據(jù)不全。9、檢測時應(yīng)及時檢查采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。5410、現(xiàn)場測曲線判斷。（1）力傳感器未上緊，波形產(chǎn)生自振；10、現(xiàn)場測曲線判斷。55（2）波形信號不回零，表明靠近測點(diǎn)附近混凝土有塑性變形；（2）波形信號不回零，表明靠近測點(diǎn)附近混凝土有塑性變形；56（3）波形峰值處力大于速度，表明靠近測點(diǎn)附近樁身有擴(kuò)頸或墊層和樁相連；（3）波形峰值處力大于速度，表明靠近測點(diǎn)附近樁身有擴(kuò)頸或墊層57（4）波形峰值處速度大于力，表明靠近測點(diǎn)附近樁身樁相連。（4）波形峰值處速度大于力，表明靠近測點(diǎn)附近樁身樁相連。58（5）波形峰值處速度大于力，力波不回零，表明測點(diǎn)附近樁身有裂縫，或傳感器安在新接樁頭上，接頭連接沒有做好。（5）波形峰值處速度大于力，力波不回零，表明測點(diǎn)附近樁身有裂59一般正常F和ZV曲線：①波形沒有明顯的高頻雜波信號干擾；②兩組F和ZV時程波形最終回歸零值；③兩組F和ZV時程波形的峰值前應(yīng)重合，峰值后兩者協(xié)調(diào)；④F曲線一般為正值、因?yàn)樵跇俄敻浇鼞?yīng)力為壓力；⑤在樁底反射信號出現(xiàn)前、ZV曲線應(yīng)在F曲線的下方，它差值的一半等于對應(yīng)時刻接受到的阻力值；⑥由加速度信號積分得到的位移曲線一般是先急劇上升，接著突然下降，下降到最小值后又緩緩上升，最后穩(wěn)定在一條水平線上。一般正常F和ZV曲線：60二、CASE法CASE數(shù)學(xué)模型

CASE法的數(shù)學(xué)模型較為簡單，只考慮樁和樁周土的簡化模型。（1）把樁假定為均勻連續(xù)的一維桿，并且物理參數(shù)在測試的時間內(nèi)是不變化的，稱為時不變。（2）土的模型①試樁時認(rèn)為樁、土界面發(fā)生破壞，樁的承載力為樁的支承能力。②實(shí)測總阻力近似看成靜阻力和動阻力兩部分組成。

R總=R靜+R動二、CASE法61

靜阻力RS簡化為理想剛塑性模型，即當(dāng)土中應(yīng)力達(dá)某一數(shù)值后，不隨變形增加而增加，忽略彈性變形（圖a）,于是

R(Z)=Ru

動阻力Rd簡化為與樁的運(yùn)動速度成線性關(guān)系的粘滯阻尼模型，用一個阻尼表示（圖b）:

Rd=J(z)·V（z)式中：J(Z)—深度Z處樁側(cè)土粘滯阻尼系數(shù)（kN·s/m），為直線斜率。

V(Z)—深度Z處樁身運(yùn)動速度（m/s）靜阻力RS簡化為理想剛塑性模型，即當(dāng)土中應(yīng)力達(dá)某62動力試樁實(shí)際用的是smith阻尼系數(shù)和case阻尼系數(shù)：當(dāng)用smith阻尼系數(shù)時，Rd=JS(Z)·Ru(Z)·V(Z)當(dāng)用case阻尼系數(shù)時，Rd=JC(Z)·Z·V(Z)式中：JC(Z）—case阻尼系數(shù)是無量綱參數(shù)

Z—樁身阻抗（kN·s/m）對上述case法數(shù)學(xué)模型成立，用case法分析方法分析，把試樁看成三條基本假定：

①樁身是等效阻抗的（Z=ρсА），Z沿樁身不變。該假定對鋼樁，預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁在樁身無缺陷性況下基本適用；而灌注樁斷面是不均勻，樁身即使無任何缺陷也難以達(dá)到，在該假定條件下，實(shí)測信號除了土阻力和樁底信號的反射波外，設(shè)有任何阻抗變化的反射波。②動阻力集中在樁底，忽略樁側(cè)動阻力。③忽略應(yīng)力波在傳播過程的能量損耗，包括樁身中內(nèi)阻尼損耗向樁周土的逸散。在該假定條件下，應(yīng)力波傳播過程沒有波形畸變和幅值的變化。動力試樁實(shí)際用的是smith阻尼系數(shù)和case阻尼系數(shù)：63Case法單樁承載力確定：

Case法動測試樁，在有足夠能量錘擊樁頂時，可以激發(fā)出樁周土阻力，實(shí)測樁頂附近的力和速度程波形。Case法單樁承載力確定：64由波動方程和行波理論可推導(dǎo)得到case法單樁極限承載力公式：

Rn=R－JC(2Ft－R)R=1/2[F(t1)＋F(t2)＋Z/2(V1－V2)]式中:Rn—單樁極限承載力

R—打入總阻力

F(t1)、V(t1)—t1時刻力和速度值

F(t2)、V(t2)—t2時刻樁頂反射處的力和速度值。

t1時刻可取在第一峰值，第二峰值或最大峰值處。三種取法一般情況其結(jié)果相差不大，如果有明顯差別、應(yīng)選擇提供最大靜阻力的位置。

t2為樁底反射點(diǎn)位置，(t1+2L/c)t1和t2確定后，在波形上F(t1)、F(t2)、V(t1)、V(t2)都有樁身阻抗Z可根據(jù)樁徑和波速計(jì)算得到：case阻尼系數(shù)JC可由靜、動對比結(jié)果反算求得或經(jīng)驗(yàn)取值。由波動方程和行波理論可推導(dǎo)得到case法單樁極限承載力公式：65

一般case阻尼系數(shù)通過大量靜、動對數(shù)據(jù)各土層取值范圍：憑經(jīng)驗(yàn)選取case阻尼系數(shù)要慎重，望大家大量進(jìn)行靜動對比試驗(yàn)資料，建立地方case阻尼系數(shù)。Case法分析有多種方法：阻尼系數(shù)法（RSP）,最大阻尼力法（RMX）,卸載法RSU,自動法（RAU）。但case法推算基本準(zhǔn)確，最好采用其它方法進(jìn)行計(jì)算。一般case阻尼系數(shù)通過大量靜、動對數(shù)據(jù)各土層取66三、波形擬合法：波形擬合評價單樁極限承載力，目前認(rèn)為是最先進(jìn)技術(shù)，它具多解性，無唯一解。在擬合過程可調(diào)整的參數(shù)有側(cè)阻，端阻，最大彈性位，土阻尼系數(shù)，樁截面積，波速和混凝土彈性模量等，改變以土任何一個參數(shù)都可能使某些單元段計(jì)算波形和實(shí)測波形吻合。

1、波形擬合基本原理波形擬合現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)采集與case法完全一樣，得到的是兩根實(shí)測波形F(t)和V(t)。實(shí)測波形包含有樁身阻抗變化和土阻力（樁承載力）信號。把樁劃分若干分段（單元），假定各分段的樁、土參數(shù)。如樁身阻抗、土的阻力及沿樁身分布，最大彈限QK和阻尼系數(shù)JS或JC等。用實(shí)測的波形速度或力，作為已知邊界條件進(jìn)行波動程序計(jì)算，求得力或速度波形。也就是用計(jì)算波形法擬合實(shí)測波形，兩者進(jìn)行比較，直到兩者吻合程序達(dá)到滿意為止。從而得到單根限承載力，樁側(cè)阻力分布，計(jì)算的荷載－沉降曲線（Q－S曲線）和樁身結(jié)構(gòu)完整性。三、波形擬合法：67

波形擬合過程反復(fù)迭代計(jì)算過程（框圖），要得到各分離單元的速度響應(yīng)曲線，可以解波動方程得到各單元的力曲線FC。將計(jì)算的曲線FC和實(shí)測的力曲線Fm進(jìn)行比較，并調(diào)整各單元參數(shù)值得FC和Fm良好吻合。認(rèn)為對樁、土參數(shù)假定實(shí)際情況接近，即為試驗(yàn)所得需要結(jié)果。波形擬合過程反復(fù)迭代計(jì)算過程（框圖），要得到各分離單682、波形擬合法的數(shù)學(xué)模型。波形擬合法的數(shù)學(xué)模型分為樁身和土的模型（1）樁身模型波形擬合法采用“連續(xù)”，把樁看作連續(xù)的、不變的，線性的和一維的彈性桿件。把樁劃分為Np分段長度保持應(yīng)力波在通過每個分段時所需的時間相等，分段本身阻抗是恒定的，但各分段阻抗可以不同。樁身內(nèi)阻尼引起應(yīng)力波的衰減可用衰減率模擬。有的計(jì)算軟件，還可考慮裂縫在受力過程中的閉合張開程度，局部不密實(shí)的混凝土應(yīng)力—應(yīng)變的非線性關(guān)系問題。2、波形擬合法的數(shù)學(xué)模型。69（2）土模型

波形擬合法將土簡化為理想彈塑性模型模型。（2）土模型

波形擬合法將土簡化為理想彈塑性模型模70

（a）、(b)是樁側(cè)阻和樁端阻的靜阻力模型。當(dāng)土位移Qkm小于最大彈性位移Qk時、應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，一旦位移達(dá)到最大彈性位移Qk值，應(yīng)力不再隨應(yīng)變增加而增加，土進(jìn)入塑性狀態(tài)。

Rk(z)=(u(z)/Qk)Ruk(u(z)≤Qk)Rk(z)=Ruk(u(z)=Qk)

式中：Ruk—樁在Z深度處土的極限靜阻力（mm）

Qk—土的最大彈性位移（mm）

u(z)—深度Z處土位移(mm)

實(shí)際土是彈塑物質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系實(shí)際上是非線性關(guān)系。加載和卸載過程表現(xiàn)出不同性質(zhì)，以上的模型是很近似。當(dāng)樁受錘擊后，樁身除向下運(yùn)動（加載過程）外，還可產(chǎn)生回彈（卸載過程），所以計(jì)算程序除了有加載彈限Qk（最大彈性位移），還給定卸載彈限Qkm（卸載最大彈性位移）參數(shù)，在相同極限阻力條件下，Qkm＜Qk。樁身上、下運(yùn)動有可能反復(fù)多次，所以條件考慮了反復(fù)加載程度（重加載水平）RL和RLt參數(shù)。（a）、(b)是樁側(cè)阻和樁端阻的靜阻力模型。當(dāng)土71

樁出現(xiàn)回彈，局部單元向上運(yùn)動，樁側(cè)開始卸載，當(dāng)樁土相對位移出現(xiàn)負(fù)值時，側(cè)阻方向下（卸載水平）。樁尖靜阻力模型中圖b，由于樁尖不能受拉，不存在卸載水平，灌注樁樁底有可能存在沉渣或虛土，預(yù)制樁由于打樁擠土效應(yīng)會使樁上抬，樁尖產(chǎn)生縫隙。故分析中設(shè)置“土隙”參數(shù)GAP。樁出現(xiàn)回彈，局部單元向上運(yùn)動，樁側(cè)開始卸載，當(dāng)723、波形擬合法計(jì)算要考慮主要參數(shù)波形擬合法中，為了使計(jì)算波形和實(shí)測波形吻合，優(yōu)先調(diào)整的參數(shù)是各分段單元的側(cè)阻力Rsk，樁側(cè)土阻尼系數(shù)JC,最大彈性位移Qk和樁端阻力Rut，樁端土最大彈性位移Qt、樁尖土阻尼系數(shù)Jct。①調(diào)整土阻力Ruk、Rut

當(dāng)某分段單元的側(cè)阻Ruk增加，該分段單元往后計(jì)算力波形Fc(t)一起升高；樁端土阻力Rut增加，2L/C處及其后Fc(t)波形一起升高、而對2L/C以前分段單元無影響。樁側(cè)Ruk增加，使計(jì)算貫入度減少。②調(diào)整阻尼系數(shù)JC和JCt

動阻力大小和運(yùn)動速度，阻尼系數(shù)成正比，某單元樁側(cè)或樁尖土阻尼系數(shù)JC和JCt增加，相應(yīng)的Fc(t)波形上升，反之Fc(t)下降。阻尼系數(shù)過低會使計(jì)算Fc(t)波形后段產(chǎn)生低頻振蕩。樁頭土阻尼系數(shù)增加會使計(jì)算的貫入度減小。阻尼系數(shù)JC值一般在0.01～2間變化。3、波形擬合法計(jì)算要考慮主要參數(shù)73③調(diào)整土的加載最大彈性位移Qk

當(dāng)調(diào)整個別分段單元的Qk值時，對計(jì)算力波形影響不大，連續(xù)調(diào)整許多分段單元Qk值才對Fc(t)有顯著影響。當(dāng)Qk值增加時，使F