巖海高應(yīng)變會議講義

巖海高應(yīng)變會議講義第1頁/共86頁PART.01前言武漢巖海第2頁/共86頁1

高應(yīng)變法試樁是一種用重錘沖擊樁頂，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過程中使樁—土產(chǎn)生足夠的相對位移，以激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力的一種動力檢測方法。1.1什么是高應(yīng)變法基樁檢測武漢巖海第3頁/共86頁1.2高應(yīng)法檢測目的（1）判定單樁豎向承載力是否滿足設(shè)計要求。（2）檢測樁身缺陷及位置，判定樁身完整性類別。（3）分析樁側(cè)和樁端阻力。（4）打樁監(jiān)控（5）樁身錘擊應(yīng)力狀態(tài)及其分布---壓應(yīng)力和拉應(yīng)力（6）樁身錘擊能量傳遞比---樁錘實際傳遞給樁的能量（7）承載力時間恢復(fù)系數(shù)---初打試驗與復(fù)打試驗?zāi)壳爸饕猛荆捍_定單樁豎向承載力能否滿足設(shè)計要求第4頁/共86頁21、檢測基樁豎向承載力和完整性2、檢測預(yù)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)。3、進行灌注樁承載力檢測時，應(yīng)有現(xiàn)場實測經(jīng)驗和本地區(qū)相近條件可靠驗證資料1.3高應(yīng)變法適用范圍武漢巖海第5頁/共86頁1.4高應(yīng)法技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前，在我國應(yīng)用范圍最廣泛的高應(yīng)變分析方法采用CASE法和實測曲線擬合法（CCWAPC法）。主要動測儀器有：（1）武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司的RS系列基樁動測儀（2）美國樁基動力公司的PDA系列打樁分析儀第6頁/共86頁PART.02高應(yīng)變理論武漢巖海第7頁/共86頁32.1樁的基本假定2.2基本概念和基本關(guān)系式，何種情況下需要對高應(yīng)變結(jié)果進行驗證2.3高應(yīng)變動力試樁的波動力學(xué)基礎(chǔ)2.4應(yīng)力波對試樁實測曲線的影響2.5高應(yīng)變動力試樁的樁土模型2.6高應(yīng)變動力試樁的凱司法(CASE法)2.7高應(yīng)變動力試樁法確定樁身完整性(β法)2.8打樁過程中的樁身應(yīng)力2.9錘擊能量與打樁系統(tǒng)效率2高應(yīng)變法基本理論武漢巖海第8頁/共86頁41、高應(yīng)變動力試樁在原理上就被簡化為一維線性波動力學(xué)問題2、假定樁身材料是均勻的和各向同性的

3、假定樁是線彈性桿件

4、假定樁是一維桿件

5、假定縱波的波長比桿的橫截面尺寸大得多

6、假定破壞只發(fā)生在樁土界面2.1樁的基本假定武漢巖海第9頁/共86頁5應(yīng)力波波速C與質(zhì)點速度V:

1、應(yīng)力波波速c是桿的材料性質(zhì)的函數(shù)。其物理意義是應(yīng)力波在桿身中的傳播速度。

c2=E/ρ

其中：c-波速E-彈性模量ρ-材料密度2、“應(yīng)力波波速”就是壓縮區(qū)（或拉伸區(qū)）沿桿運動速度；而“質(zhì)點速度”就是應(yīng)力波經(jīng)過時桿上質(zhì)點的運動速度。3、質(zhì)點速度與應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系

質(zhì)點的速度與力的關(guān)系:V=F*C/E*A

質(zhì)點的速度與應(yīng)力的關(guān)系:V=σ*c/E

質(zhì)點的速度與應(yīng)變的關(guān)系:V=ε*c4、樁身力學(xué)阻抗Z（歸一）

Z=∣F/V∣=EA/c=ρcA即：F=∣ZV∣

在描述應(yīng)力波現(xiàn)象時，把實測的速度曲線乘以相應(yīng)的樁身阻抗Ｚ，該曲線將保持速度的變化規(guī)律而按一定的比例轉(zhuǎn)換為力的單位，在同一坐標系中可以直接對比該曲線與實測的力曲線之間的關(guān)系，這將大大方便我們的觀察與分析。此外，下行波和上行波的時程曲線也是用Ｚ這一參量經(jīng)過換算計算得到的。2.2基本概念和基本關(guān)系式武漢巖海第10頁/共86頁61、一維波動方程

?2u/?t2=c2?2u/?x2-R/(ρ?A)(2－1)式中：u是桿上x處在t時刻的軸向位移，它是縱向坐標和時間兩個變量的函數(shù)。上式中左邊的偏微分是桿上質(zhì)點的加速度，右邊的偏微分是桿上質(zhì)點的應(yīng)變2、下行波和上行波一維波動方程(2－1)式的通解為：u(x,t)=f(x-ct)+g(x+ct)解由兩部分組成，分別代表兩個行波，其傳播速度均為c而傳播方向相反，在豎向的樁身中傳播時通常稱為下行波和上行波。根據(jù)波動理論，一個任意位移波和與它對應(yīng)的應(yīng)力波在桿中的傳播僅僅隨時間以波速c沿正反方向移動而其形狀保持不變下行力波F↓=Zv↓上行力波F↑=-Zv↑

一般情況下，在樁身任一位置截面上量測到的質(zhì)點運動速度和力都是下行波和上行波疊加的結(jié)果：

F=F↓+F↑

v=v↓+v↑2.2高應(yīng)變法的波動力學(xué)基礎(chǔ)武漢巖海第11頁/共86頁71、試樁時樁兩側(cè)力和加速度傳感器測的是截面處力（Fm）和質(zhì)點運動速度（vm）（實測值）如果已知樁上某截面的力Fm和速度vm，就可以從力Fm和換算后的質(zhì)點速度Z*vm分別求得其下行波（兩者之和平均值）和上行波（兩者之差一半）。下行波F↓=(Fm+Zvm)/2上行波F↑=(Fm-Zvm)/2v↓=(vm+Fm/Z)/2v↑=(vm-Fm/Z)/22.2高應(yīng)變法的波動力學(xué)基礎(chǔ)武漢巖海第12頁/共86頁81、當樁端為自由端時，其邊界條件是受力為零。

v=v↓+v↑=2v↓

應(yīng)力波到達自由端后，將產(chǎn)生一個幅值相同、符號相反的反射波，即入射壓力波產(chǎn)生拉力反射波，入射拉力波產(chǎn)生壓力反射波。在桿端由于波的疊加，使桿端質(zhì)點運動速度增加一倍

2、樁端為固定端時，其邊界條件是速度為零。

F=F↓+F↑=2F↓應(yīng)力波到達固定端后，將產(chǎn)生一個與入射波相同的反射波，即入射壓力波產(chǎn)生壓力反射波，入射拉力波產(chǎn)生拉力反射波。在桿端由于波的疊加，使端部反力增加一倍。

3、當樁端約束介于自由端與固定端之間時

2.2應(yīng)力波在樁端傳播特征武漢巖海第13頁/共86頁91、F1↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F1↓（反射波）2、F2↓=[2Z2]/(Z2+Z1)]F1↓（透射波）3、當Z2>Z1,即入射波由阻抗小的截面向阻抗大的截面?zhèn)鞑r，反射波與入射波的性質(zhì)相同，即入射的拉力波產(chǎn)生反射拉力波，入射的壓力波產(chǎn)生反射壓力波。4、當Z2<Z1,即入射波由阻抗大的截面向阻抗小的截面?zhèn)鞑r，反射波改變符號，即入射的拉力波產(chǎn)生反射壓力波，入射的壓力波產(chǎn)生反射拉力波。2.3樁身阻抗變化時的應(yīng)力波傳播規(guī)律武漢巖海第14頁/共86頁101、上下行波對測試曲線的影響：⑴、在Ｆ－Ｖ圖中，凡是下行波都將使兩條曲線同向平移，原有距離保持不變；凡是上行波都將使兩條曲線反向平移，互相靠攏或互相分離。⑵、在Ｆ－Ｖ圖中，如果只有下行波作用，F(xiàn)(t)曲線和Z*V(t)曲線將永遠保持重合。⑶、在Ｆ－Ｖ圖中，F(xiàn)(t)曲線和Z*V(t)曲線的相對移動直接反映了上行波的作用。2、樁身阻抗變化對測試曲線的影響：⑴、阻抗減小將產(chǎn)生上行的拉力波，在到達檢測截面時，將引起力值的減小和速度值的增大，即力曲線下移而速度曲線上移。⑵、阻抗增大將產(chǎn)生上行的壓力波，在到達檢測截面時，將引起力值的增大和速度值的減小，即力曲線上移而速度曲線下移。⑶、上述反射信號到達檢測截面的時間與變阻抗截面所在深度成正比?？梢愿鶕?jù)反射信號在時間軸上的位置確定其所在深度。3、土阻力所產(chǎn)生的應(yīng)力波對測試曲線影響：⑴、作用深度為x(0≤x<L)處的土阻力所產(chǎn)生的上行壓力波將在2x/c時刻到達檢測截面。在實測F-V曲線上沿。時間軸將可以在2L/c之前看到分層累加的土阻力信息⑵、土阻力的作用在F-V曲線上的首先表現(xiàn)為兩根實測曲線的分離，即實測力曲線的上升和實測速度曲線的下降。在2L/c時刻之間(t1≤t<t1+2L/c），力和速度曲線的分離程度正好等于所受的土阻力。2.4應(yīng)力波對高應(yīng)變動力試樁實測曲線的影響武漢巖海第15頁/共86頁111、樁的力學(xué)模型CASE法的樁的基本模型是一維等阻抗彈性桿件(樁身某一截面上的各個質(zhì)點的受力狀態(tài)和運動狀態(tài)都是相同的)，不考慮樁身材料的粘性（即應(yīng)力波在沿樁身傳播時樁身材料本身不吸收應(yīng)力波的能量）

2、樁側(cè)土的力學(xué)模型（1）、樁側(cè)土的靜阻力模型樁側(cè)土的靜阻力模型為理想剛塑性模型，理想剛塑性靜阻力模型的意義為：樁側(cè)土靜阻力一經(jīng)激發(fā)即達到極限，且不隨樁—土之間的相對位移的變化而變化。

（2）、樁端土的靜阻力模型樁端土的靜阻力模型為理想剛塑性模型，如圖2.5.3所示（3）、樁端土的動阻力模型

CASE法的樁端土的動阻力模型采用線性粘滯阻尼模型，如圖2.5.4所示。Rdt=JcZ·vt2.5CASE法樁的土力學(xué)模型武漢巖海第16頁/共86頁121、CASE法的近似假定⑴樁身阻抗恒定，即樁身截面不變，樁身材質(zhì)均勻且無明顯的缺陷。⑵只考慮樁底的動阻尼，忽略樁側(cè)土的動阻尼，而且靜阻力始終保持恒定。⑶應(yīng)力波在傳播過程中沒有能量耗散和信號畸變。。⑷在（t1,t2+4L/c）時段內(nèi)樁側(cè)各點的摩阻力保持不變。2、CASE法總阻力公式設(shè)一根阻抗為Z的樁，有效樁長為Ｌ。如果錘擊應(yīng)力波在t1時刻通過檢測截面，則在i截面（距檢測截面距離為x）產(chǎn)生的上行壓縮阻力波在t=t1+2x/c時刻到達檢測截面。拉伸應(yīng)力波在t=t1+L/c時刻到達樁底，并以壓縮波的形式向上反射，在t２=t1+２L/c時刻到達檢測截面。土阻力所產(chǎn)生的應(yīng)力波在樁身中的傳播見圖2.6-1所示。2.6高應(yīng)變動力試樁的CASE法（承載力計算）武漢巖海第17頁/共86頁13土阻力示意圖

武漢巖海沖擊作用下行壓力波(+F=+Zv)激發(fā)的土阻力(R)結(jié)果下行拉力波和上行壓力波，數(shù)值均為R/2+F=R/2

vup=-R/2Z-F=R/2vdown=-R/2ZRRx/2Rx/2第18頁/共86頁14實例

武漢巖海R+F=R/2vup

=-R/2Z-F=R/2vdown=-R/2Z初打復(fù)打-1天(粘土)+F+v第19頁/共86頁15

錘擊作用下沿著樁身的全部側(cè)土阻力所產(chǎn)生的上行應(yīng)力波必然在[t1，t1+2L/c]時段內(nèi)依順序先后到達檢測截面；而側(cè)土阻力所產(chǎn)生的下行應(yīng)力波則將伴隨錘擊應(yīng)力波一起下行，在樁端產(chǎn)生反射后和端阻力一起于t2=t1+2L/c時刻到達檢測截面。由此可見：在沖擊后的第一個傳播周期（t1≤t＜t1+2L/c內(nèi)，檢測截面測到的只有上行的樁側(cè)壓縮阻力波Ru(x)：F↑(tx)=F↑(t1+2x/c)=Ru(x)=R(x)/20≤x＜L

即x截面以上樁側(cè)摩阻力R(x)可由上行波信號確定：R(x)=2F↑(tx)=F(t1+2x/c)-ZV(t1+2x/c)0≤x＜L2.6.1CASE法總阻力公式武漢巖海第20頁/共86頁16在t2=t1+2L/c時刻，上行波F↑(t2)的數(shù)據(jù)中包含以下成分：⑴、錘擊產(chǎn)生的初始下行壓力波在樁底反射產(chǎn)生的上行拉力波，由于波在傳播中幅值保持不變，該項為-F↓(t1)。⑵、全部上行的樁側(cè)壓縮阻力波的總和，即Rzc/2。⑶、全部下行的樁側(cè)拉伸阻力波經(jīng)樁底反射后轉(zhuǎn)變?yōu)樯闲械膲嚎s波，其值亦為Rzc/2。⑷、樁端阻力的上行波Rzd。第⑵和第⑶項的總和為樁的總側(cè)阻力，第⑷項樁端阻力，因而這三項之和代表了巖土總阻力Ｒt。因此,t2=t1+2L/c時刻的上行波F↑(t2)可寫為：F↑(t2)=Ｒt-F↓(t1)整理后可得著名的Case-Goble公式，也就是CASE法的總阻力公式：Rt=(F(t1)+Z*v(t1))/2＋(F(t2)-Z*v(t2))/2武漢巖海第21頁/共86頁17根據(jù)高應(yīng)變動力試樁法的土阻力數(shù)學(xué)模型和實用假定，可以把實測得到的土阻力看成是由靜阻力Rs和由于動力作用所產(chǎn)生的附加動阻力Rd兩部分組成。即:Rt=Rs+Rd

RSP阻尼系數(shù)法計算樁承載力。土的動阻力模型采用的是線形粘滯模型，即

Rd=Jv·vb(t)Jv—為粘阻尼系數(shù)。引入無量綱的阻尼系數(shù)Jc（Jc為CASE阻尼系數(shù)），則動阻力為：Rd=JcZvb(t)2.6.2樁的承載力的計算武漢巖海第22頁/共86頁18假設(shè)樁端為自由端，樁端速度可由實測結(jié)果推算出來為：

vb(t)=vb↓(t)+vb↑(t)=Fb↓(t)/Z-Fb↑(t)/Z=F↓(t-L/c)/Z-F↑(t+L/c)/Z=(2F↓(t1)-Rt)/Z或

vb(t)=(F(t1)+Z*v(t1)-Rt)/Z

Rs=Rt-Rd

=Rt-Jc(F(t1)+Z*v(t1)-Rt)寫成另外形式：

Rs=(1-Jc)(F(t1)+Z*v(t1))/2+(1+Jc)(F(t2)-Z*v(t2))/2

這就是CASE阻尼系數(shù)法計算樁承載力的公式。武漢巖海第23頁/共86頁19(1)阻尼系數(shù)法（RSP法）

(2)最大阻力修正法(RMX法)(3)卸載修正法(Rsu法)

(4)自動法(RAU法和RA2法)

(5)最小阻力法(RMN法)2.6.3CASE法的幾種子方法及適用條件武漢巖海第24頁/共86頁20截面的完整性系數(shù)為β＝Z2／Z1

推導(dǎo)得：β=[F↓(t1)-1.5Rx＋F↑(tx)]/[F↓(t1)-0.5Rx-F↑(tx)]

缺陷位置可根據(jù)缺陷反射波的對應(yīng)時間ｔx由下式確定:Lx＝C*(tx－t1)／22.7高應(yīng)變動力試樁法確定樁身完整性（β法）武漢巖海第25頁/共86頁21打樁引起的樁身破壞有幾種形式：

(1)、錘擊壓應(yīng)力過大、錘擊偏心造成樁頭破壞。(2)、樁端碰到基巖、密實卵礫石層使樁端反射的壓應(yīng)力在樁頂再次反射形成拉應(yīng)力，使樁身上部破壞。(3)、混凝土的抗拉強度一般在其抗壓強度的l/10以下，而且抗拉強度并不隨抗壓強度的增加而正比增加(增加緩慢)。所以，對混凝土樁，拉應(yīng)力引起的樁身破壞是不容忽視的。2.8打樁過程中的樁身應(yīng)力武漢巖海第26頁/共86頁PART.03現(xiàn)場試驗武漢巖海第27頁/共86頁223.1測試儀器

3.2現(xiàn)場測試技術(shù)3.3現(xiàn)場常見問題、解決辦法3高應(yīng)變法現(xiàn)場測試技術(shù)武漢巖海第28頁/共86頁23武漢巖海公司研制的RS-1616K(S)型樁基動測儀美國樁基動力學(xué)公司（PDI）生產(chǎn)的PAK型和PAL型打樁分析儀

3.1測試儀器武漢巖海3.2現(xiàn)場測試技術(shù)測試現(xiàn)場準備預(yù)應(yīng)力混凝土管樁測試時，在條件允許的情況下，盡量選擇樁頂帶法蘭盤的樁進行測試。若樁頭受損，可進行切割處理，將受損段切割掉，但要保證切割面水平平整。對于樁頂沒有法蘭盤的試樁，應(yīng)用細砂找平樁頂后才可測試第29頁/共86頁24混凝土灌注樁必須進行樁頭處理，樁頭處理盡可能采用接樁方式，即在原樁頂接長1.5～2.0倍樁徑的樁段，這樣可以大大改善所采集到的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。處理方法可參照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014中附錄B“混凝土樁樁頭處理”。

樁頭處理灌注樁---需制作樁帽樁帽截面尺寸與原樁身相同，高度一般1~2D

去除樁頂軟弱混凝土，露出新鮮砼面并鑿平；將所有主筋接至頂端，各主筋處于同一高度；使用鋼板護筒，頂部設(shè)置3層鋼筋網(wǎng)片，間距100mm；網(wǎng)片下每隔100mm設(shè)置箍筋；混凝土強度等級比原樁身至少提高1個等級且不低于C30。3.2.1測試現(xiàn)場準備武漢巖海第30頁/共86頁25傳感器必須對稱安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)，對測試信號平均時方可消除錘擊偏心的影響。安裝的傳感器與樁頂?shù)木嚯x一般不小于(1-1.5)D（D為試樁的直徑或邊長），對大直徑樁不得小于1D，以避開樁頂附近復(fù)雜應(yīng)力關(guān)系影響。安裝傳感器的樁身表面應(yīng)平整，且其周圍不得有缺損和斷面突變。傳感器必須牢固安裝，安裝好的傳感器不能在錘擊過程中產(chǎn)生相對滑動

力傳感器中心與加速度器中心應(yīng)位于同一水平線上，兩者間的距離不應(yīng)大于80mm。安裝好的傳感器中心軸應(yīng)與樁中心軸保持平行。傳感器安裝過程中應(yīng)監(jiān)測傳感器初始變形值。安裝好的傳感器初始變形值不應(yīng)超過規(guī)定值。連續(xù)測試過程中，如從測試波形中發(fā)現(xiàn)傳感器松動，如力曲線中出現(xiàn)振蕩信號或力曲線不歸零，要及時擰緊。如發(fā)現(xiàn)傳感器損壞，要及時更換。

至少安裝2個應(yīng)變傳感器，以補償偏心影響沿軸中心對稱安裝若要評價兩個方向的偏心情況，需要4個應(yīng)變傳感器3.2.2傳感器的安裝和選用武漢巖海第31頁/共86頁261、位置：離樁頂1~1.5D,對稱安裝在同一檢測截面；2、三個螺桿基本成等腰三角形,間距不超過80mm3、鉛垂安裝4、加速度傳感器極性3.2.2傳感器的安裝圖解武漢巖海第32頁/共86頁273.2.2傳感器的安裝圖解武漢巖海第33頁/共86頁28使用膨脹螺栓和量板鉆孔固定應(yīng)力環(huán)加速度計，兩傳感器間距8mm3.2.2傳感器的安裝圖解武漢巖海第34頁/共86頁291、遠離非均勻處（如接樁、焊接處或面積變化處;最好在其下大于1D）2、避免安裝至“裂縫”處（縫隙會產(chǎn)生錯誤的應(yīng)變讀數(shù)）3、在水面以上3.2.3傳感器安裝需要注意武漢巖海第35頁/共86頁30加速度傳感器壓電式PE加速度傳感器通常堅固耐用用于一般情況(混凝土樁或鋼樁)

壓阻式PR加速度傳感器用于鋼對鋼的沖擊(也可用于混凝土樁)PE加速度傳感器具有高共振頻率，而無阻尼PR加速度傳感器具有低共振頻率，帶有阻尼3.2.4傳感器的選用武漢巖海第36頁/共86頁31(1)、傳感器參數(shù)設(shè)定值按計量檢定結(jié)果設(shè)定。

(2)、測點處的樁截面尺寸按實際測量確定(3)、波速、質(zhì)量密度、彈性模量按樁的實際情況設(shè)定。這三個參數(shù)中只要設(shè)定其中二個，另一個由儀器自動計算生成。一般是設(shè)定波速、質(zhì)量密度。4)、測點以下樁長和截面積按設(shè)計或施工記錄提供的數(shù)據(jù)設(shè)定。測點以下樁長指樁頭傳感器安裝點至樁底的樁長，一般不包括樁尖部分。入土樁長指嵌入土中的樁長，是地面或基坑底面至樁底的樁長。(5)、采樣時間間隔宜為50～200μs。采樣時間間隔一般為100μs(儀器內(nèi)設(shè)定)。如樁長超過50m，采樣時間間隔可設(shè)為≤200μs，短樁（10m以內(nèi)）采樣時間間隔可設(shè)為60μs。3.2.5測試參數(shù)設(shè)定武漢巖海第37頁/共86頁32樁身參數(shù)(傳感器位置)

面積

“直徑”

(傳感器位置和周長)

測點下樁長材料參數(shù)質(zhì)量密度ρ

彈性模量E

平均波速CE=ρc2

(注意單位!)

入土樁長L（用于CCWAPC分析）均勻樁身或非均勻樁身---樁身阻抗變化3.2.5現(xiàn)場測試輸入?yún)?shù)武漢巖海第38頁/共86頁331、樁號、工程名、復(fù)打和初打日期2、錘擊信息，如錘重、落高3、所需的承載力

(極限值還是設(shè)計值)4、打入樁的垂直或傾斜情況5、工程地質(zhì)情況，如土層性質(zhì)、分層及其力學(xué)性質(zhì)6、目測樁身材質(zhì)情況7、施工或測試中的一些不尋常情況8、靜載試驗結(jié)果及日期9、錘擊數(shù)或每擊貫入度3.2.6記錄信息，便于以后計算分析武漢巖海第39頁/共86頁341、重錘低擊是保障高應(yīng)變法檢測承載力準確性的基本原則。2、承載力檢測時宜實測樁的貫入度，單擊貫入度宜在2～6mm之間

3、最大錘擊落距不宜大于2.5m4、樁的貫入度可采用精密水準儀等儀器測定5、樁墊厚度一般取10～30㎜，可根據(jù)經(jīng)驗來定。錘重較輕或錘擊落距較低時，選用較薄的樁墊；錘重較重或錘擊落距較高時，選用較厚的樁墊。樁墊厚度也可根據(jù)第一錘的波形加以調(diào)整。樁墊尺寸可略大于樁頂截面尺寸。

6、當檢測僅為檢驗樁的結(jié)構(gòu)完整性時，要減輕錘重，降低落距，減少錘墊厚度，但應(yīng)能測到明顯的樁底反射信號。3.2.7試驗錘擊（自由落錘）武漢巖海第40頁/共86頁351、JGJ106-2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：（1）、高應(yīng)變檢測用重錘應(yīng)材質(zhì)均勻，形狀對稱，錘底平整，高徑比不得小于1.0，并采用鑄鋼或鑄鐵制作。當采用自由落錘安裝加速度傳感器的方式實測力時，重錘應(yīng)整體鑄造，且高徑比應(yīng)在1.0～1.5范圍內(nèi)（2）、進行高應(yīng)變承載力檢測時，錘的重量應(yīng)大于預(yù)估的單樁極限承載力的1.0％～1.5％，混凝土樁的樁徑大于600mm或樁長大于30m時取高值

（3）、錘擊設(shè)備宜具有穩(wěn)固的導(dǎo)向裝置。打樁機械或類似的裝置（導(dǎo)桿式柴油錘出外）都可以作為錘擊設(shè)備

3.2.8檢測用重錘及配置設(shè)置武漢巖海第41頁/共86頁362、高應(yīng)變動力試樁重選擇錘重應(yīng)考慮以下因素：（1）測承載力及樁的承載性狀的影響。承載力越大，錘越重；承載力構(gòu)成中端阻力占的比例越大，則要求錘越重。(2)樁徑的影響。樁徑越大，樁本身的慣性越大，錘與樁匹錘提配能力下降，要求錘越重。此外，樁徑的增大也會增大土的彈限，導(dǎo)致對錘重的要求增加。（3）樁長的影響。樁越長，應(yīng)力波在傳播過程中的衰減越大，樁中下部及端阻力就越難激發(fā)，因而要求的錘重越重。武漢巖海第42頁/共86頁38

(4）、巖土彈限的影響。樁側(cè)、樁端土的彈限極限較大。土的彈限越大，意味著激發(fā)巖土阻力所需的樁土相對位移越大，要求錘重越重。（5）、樁墊的影響。樁墊太軟，錘激發(fā)巖土阻力的能力下降，樁墊太硬則達不到調(diào)整、緩沖樁頂均勻受力，保護樁頭的目的。因此，樁墊的選擇應(yīng)是保證充分激發(fā)巖土阻力前提下，盡量選擇較軟的樁墊。(6)、提倡“重錘低擊”。“輕錘高擊”雖然可以提高錘擊能量，但常會打碎樁頭。高應(yīng)變試樁應(yīng)大力提倡“重錘低擊”。實際應(yīng)用中，自由落錘的常用落錘高度范圍一般為1.2～2.2米。武漢巖海第43頁/共86頁39

3.2.9重錘圖示武漢巖海第44頁/共86頁401、對于摩擦樁來講，錘重最低為設(shè)計極限承載力的1%,一般為1.5~2%2、錘墊厚度一般不超過50mm（砂配膠合板為佳）3、根據(jù)實測應(yīng)力情況控制落高，不能出現(xiàn)有破壞性的應(yīng)力；4、任何時候適宜重錘低擊原則錘重、錘墊及落高武漢巖海第45頁/共86頁411、實測數(shù)據(jù)問題一般出自下列方面?zhèn)鞲衅鲉栴}電纜問題傳感器安裝問題樁身存在嚴重缺陷傳感器標定系數(shù)問題判斷問題3.3現(xiàn)場常見問題、解決辦法武漢巖海第46頁/共86頁422、如何發(fā)現(xiàn)問題?

各錘擊信號之間曲線一致性差曲線比例性差標定系數(shù)?

平均波速?(ε=v/c)

非均勻樁身?

傳感器靠近地面附近?

使用柴油錘?(預(yù)燃作用)

起跳時間長?(樁墊太軟)

計算結(jié)果不合理3.3現(xiàn)場常見問題、解決辦法武漢巖海第47頁/共86頁43

替換電纜和（或）替換傳感器修理有缺陷的傳感器和電纜正確安裝傳感器螺栓松動沿樁中軸線對齊使用2個應(yīng)力傳感器補償偏心影響加速度傳感器方向3.3解決辦法武漢巖海第48頁/共86頁PART.04數(shù)據(jù)處理武漢巖海第49頁/共86頁444.1波形分析4.2高應(yīng)變試樁波形實例4.3樁身結(jié)構(gòu)完整性判斷4.4CASE阻尼系數(shù)Jc值的取值4.5數(shù)據(jù)計算4.6打入樁承載力時間效應(yīng)4.7CASE的局限性4.8何種情況下需要對高應(yīng)變結(jié)果進行驗證4數(shù)據(jù)處理武漢巖海第50頁/共86頁454.1.1理想高應(yīng)變波形信號特點

⑴力和速度的時程一致，上升峰值前二者重合，峰值后二者協(xié)調(diào)，力曲線應(yīng)在速度曲線之上（除非樁身有缺陷），兩曲線間距離隨樁側(cè)土阻力增加而增大，其差值等于相應(yīng)深度的總阻力值，能真實反映樁周土阻力的實際情況4.1波形分析武漢巖海第51頁/共86頁461、曲線前沿應(yīng)重合,且共同達到峰值。2、峰值之后兩條曲線一般分開，且力曲線在上方。3、波形平滑，無明顯高頻干擾雜波，對摩擦樁樁底反射明確。4、力和速度曲線的時程波形最終歸零。4.1.1理想高應(yīng)變波形信號特點（7點）武漢巖海第52頁/共86頁475、錘擊沒有嚴重偏心，對稱的兩個力或速度傳感器型的測試信號不應(yīng)相差太大，二組力信號不出現(xiàn)受拉。6、有足夠的采樣長度。保證曲線擬合時間段長度不少于5L∕c，并在2L∕c時刻后延續(xù)時間不小于20ms。7、貫入度適中，一般單擊慣入度不宜小于2mm，也不宜大于6mm。武漢巖海第53頁/共86頁48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)：

⑴、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；⑵、嚴重錘擊偏心，兩側(cè)力信號幅值相差超過１倍；⑶、觸變效應(yīng)的影響，預(yù)制樁在多次錘擊下承載力下降；⑷、四通道測試數(shù)據(jù)不全。4.1.2規(guī)范對測試信號質(zhì)量要求武漢巖海第54頁/共86頁491. 選擇記錄遵循比例性好無電子或機械噪音經(jīng)兩次積分得到的最終每擊貫入度接近實測貫入度且最終速度曲線為零力曲線最終為零上升時間短

2.對于高土阻力的情況（每擊貫入度小于3mm/擊），選擇高能量/高打擊力的記錄；對于低土阻力的情況（每擊貫入度大于8mm/擊），選擇低能量/低打擊力的記錄4.1.3選擇質(zhì)量好的數(shù)據(jù)分析武漢巖海第55頁/共86頁504.2高應(yīng)變實測波形實例武漢巖海F(t)t(ms)F(t)t(ms)F(t)t(ms)F(t)

⑴力傳感器安裝不緊

⑵錘擊引起測點砼塑性變形⑶測點附近樁身擴頸或樁墊過厚⑷測點附近樁身有縮頸第56頁/共86頁514.2實例（確定2L/C）武漢巖海如果上行波與下行波形狀相似，可使用“峰-峰”法確定2L/c最好使用“升-升”法(總是可靠)第57頁/共86頁52根據(jù)JGJ106-2014。高應(yīng)變檢測中樁身完整性的分類標準為：4.3樁身完整性判讀武漢巖海類別β值類別β值Ⅰβ=1.0Ⅲ0.6≤β<0.8Ⅱ0.8≤β<1.0Ⅳβ<0.6第58頁/共86頁53

最近幾年，隨著動測技術(shù)研究的深入和測試經(jīng)驗的積累，許多技術(shù)人員對傳統(tǒng)理論認為Jc值只和樁端土特性有關(guān)的看法提出了異議，現(xiàn)在，越來越多的人認為，Jc值就象是一個靜載試驗結(jié)果與CASE法動測結(jié)果的經(jīng)驗比例系數(shù)，樁端土質(zhì)特性僅供參考。4.4

CASE阻尼系數(shù)Jc值取值武漢巖海第59頁/共86頁544.4.1阻尼系數(shù)Jc值武漢巖海00.20.40.60.81.0砂礫0.30.4砂土0.40.5粘土0.71.0粉土0.50.7顆粒大小減小阻尼系數(shù)增加第60頁/共86頁554.4.2Jc阻力系數(shù)的確實——RSP受Jc影響很大武漢巖海1、經(jīng)驗地根據(jù)樁端土的顆粒大小確定2、根據(jù)CCWAPC結(jié)果或靜載試驗結(jié)果確定

Rs=(SLTorCW)=Rt-Jc(2WD1-Rt)

Jc={Rt-Rs}/{2WD1-Rt}◆阻抗均勻的中小型樁

樁端土性砂礫砂土粉土粉質(zhì)粘土粘土Jc0.1~0.150.15~0.250.25~0.40.4~0.70.7~1.0第61頁/共86頁56CASE法

CASE技術(shù)學(xué)院Goble教授等人經(jīng)過十多年研究，以行波理論為基礎(chǔ)推導(dǎo)出一系列計算公式，用于確定打入樁（或符合或接近假設(shè)條件的鉆孔樁）承載力；同時現(xiàn)場打樁監(jiān)控試驗時可同時得到樁身完整性、樁身應(yīng)力變化和錘擊能量傳遞等計算結(jié)果4.5數(shù)據(jù)計算武漢巖海第62頁/共86頁57在樁端質(zhì)點運動速度為零時，動阻力為零，有兩種與Jc取值無關(guān)的承載力計算方法，即RAU法和RA2法。RAU法適用于樁側(cè)阻力較小的情況，在RMX法中已指出，樁頂位移的最大值滯后于速度的最大值的時間為tu,0，同理可推知樁端位移最大值也會滯后于樁端最大速度，在樁端速度變?yōu)榱愕臅r刻，RAU法計算出的土阻力顯然包含了端阻力的全部信息，因此RAU法適宜于端承型樁。RA2法適用于摩擦樁，當樁端速度為零時，顯然端阻力得以充分激發(fā)，但樁身中上部可能土阻力已卸荷，RAU計算的承載力自然是樁上部土御荷后某一時刻的值，顯然小于土的極限阻力，因此對摩擦型樁，特別是樁側(cè)摩阻力較大的樁，RAU法是偏于保守的。4.6CASE承載力自動法RAU和RA2武漢巖海第63頁/共86頁58打入樁承載力時間效應(yīng)主要體現(xiàn)在：（1）打入樁施工時，由于擠土和振動影響，使飽和土的孔隙水壓力上升，造成樁周土有效應(yīng)力下降，樁側(cè)和樁端土阻力降低。經(jīng)過一段時間后，隨著超孔隙水壓力消散，樁側(cè)和樁端土阻力得到恢復(fù)。（2）打入樁施工時，沉樁過程對樁周土產(chǎn)生擾動，由于土的觸變作用，樁側(cè)和樁端土阻力也會降低，土的敏越感度參數(shù)越大，降低越多。經(jīng)過一段時間后，這部分損失的阻力得到恢復(fù)。4.7打入樁承載力的時間效應(yīng)武漢巖海第64頁/共86頁59JGJ106-2014特別對打入樁測試時的休止時間作了規(guī)定：4.7打入樁承載力的時間效應(yīng)武漢巖海土的類別休止時間（天）砂土7粉土10粘性土非飽和15飽和25注：對于泥漿護壁灌注樁，宜適當延長休止時間第65頁/共86頁601、方法本身的局限性:

假設(shè)條件苛刻且樁土模型理想化，與工程樁實際差別較大，計算結(jié)果的可靠性會降低。2、參數(shù)引起的局限性:

Case法阻尼系數(shù)Jc為地區(qū)性經(jīng)驗系數(shù)，物理意義不明確，取值的人為因素較多，需要通過動、靜對比試驗來確定。3、實際應(yīng)用的局限性:

樁身阻抗有較大變化時，CASE法無法考慮，嚴重影響計算結(jié)果。4、樁土體系的破壞模式的限制：5、土阻力的激發(fā)程度的局限性：6、高應(yīng)變動力試樁技術(shù)發(fā)展歷史尚短：7、Case法不能將樁側(cè)摩阻力與樁端阻力分開，且不能得到樁側(cè)摩阻力分布。4.8CASE法的局限性武漢巖海第66頁/共86頁61以下四種情況應(yīng)采用靜載法進一步驗證：

⑴、樁身存在缺陷，無法判定樁的豎向承載力；⑵、樁身缺陷對水平承載力有影響；⑶、單擊貫入度大，樁底同向反射強烈且反射峰較寬，側(cè)阻力波、端阻力波反射弱，即波形表現(xiàn)出豎向承載性狀明顯與勘察報告中的地質(zhì)條件不符合；⑷、嵌巖樁樁底同向反射強烈，且在時間2L/c后無明顯端阻力波反射；也可采用鉆芯法核驗。4.9何種情況下需要對高應(yīng)變結(jié)果進行驗證武漢巖海第67頁/共86頁62人機對話CCWAPC法武漢巖海第68頁/共86頁64

曲線擬合法分析克服高應(yīng)變動力試樁CASE法的幾個不足：（1）樁土力學(xué)模型過于簡化。（2）CASE法樁端阻尼系數(shù)Jc的取值難以把握。（3）CASE法無法得到樁側(cè)和樁端的阻力分布。（4）CASE法無法對試樁的樁身阻抗變化進行模擬。5.1實測曲線擬合法優(yōu)點武漢巖海第69頁/共86頁65實測曲線擬合法：假定樁土力學(xué)模型及其參數(shù)，利用實測樁頂（附近檢測截面質(zhì)點）的速度（或力、上行波、下行波）曲線作為輸入邊界條件，數(shù)值求解波動方程，計算樁頂（附近檢測截面質(zhì)點）的力（或速度、下行波、上行波）曲線。如果計算的曲線與實測的曲線不吻合，即假設(shè)的樁土模型或其參數(shù)不合理，然后根據(jù)具體情況調(diào)整模型及參數(shù)重新計算，直到計算曲線與實測曲線吻合5.2.1CCWAPC法原理武漢巖海第70頁/共86頁665.2.2原理武漢巖海1、建立樁模型及假設(shè)土模型(R樁側(cè)和R樁端)R樁側(cè)R樁端5、返回步驟24、調(diào)整R樁側(cè)和R樁端3、計算Fc與實測的Fm進行比較2使用一條實測曲線(如速度vm)計算另一條曲線（如力Fc）

vmFcFm第71頁/共86頁675.2.3CＣＷAPＣ樁身模型武漢巖海Zi-1ZiZi+1

△Li△t=△Li/ci１、劃分成一系列均勻的樁段，通常約為1m長2、對每一樁段來講，樁身阻抗Zi=EiAi/ci

，ci波速3、所有樁段應(yīng)力波的傳播時間△t相同(一般約0.2~0.25ms)第72頁/共86頁685.2.4CCWAPC土模型武漢巖海樁側(cè)土模型樁端土模型輻射阻尼模型第73頁/共86頁69武漢巖海mtRui,qiRt,qtJiJTJSKJBTmPL樁側(cè)阻力

tGmsRNsRNs-1土阻力模型第74頁/共86頁705.2.5樁側(cè)土靜阻力模型武漢巖海SkRk卸載水平UNld（Ruk）最大卸載彈限CSkn（QSkn）最大加載彈限QSkn極限靜阻力Ruk重加載水平LSkn（Ruk）Ksk第75頁/共86頁715.2.5樁側(cè)土靜阻力模型武漢巖海utRu,tRt彈限,qt卸載彈限qtct樁底土隙:tg第76頁/共8