基樁高應變檢測

高應變樁基承載力檢測

2014年10月27日一、高應變法測試概述

高應變法：用重錘（重量為預估單樁極限承載力的1%～1.5%）自由下落錘擊樁頂，使其應力和應變水平接近靜力試樁的水平，使樁土之間的土產生塑性變形，即使樁產生貫入度，一般貫入度≮2mm,但≯6mm.樁對外有抗力（承載力）是通過位移產生，有了位移，樁側土強度得到充分發(fā)揮，樁端土強度也得到一定程度的發(fā)揮，此時,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，要使樁端土強度發(fā)揮幾乎是不可能的。

高應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。高應變法判定單樁承載力是樁身結構強度滿足軸向荷載的前提下判定地基土對樁的支承能力。（2）判定樁身完整性。高應變作用在樁頂的能量大，檢測樁的有效深度大。對預制方樁和預應力管樁接頭是否焊縫開裂等缺陷判斷優(yōu)于低應變法；對等截面樁可以由截面完整系數β定量判定缺陷程度，從而判定缺陷是否影響樁身結構的承載力。（3）打入式預制樁的打樁應力監(jiān)控；樁錘效率、錘擊能量的傳遞檢測，為沉樁工藝、選擇錘擊設備提供依據。（4）對樁身側阻力和端阻力進行估算。

盡管低應變反射波法和高應變法均采用一維應力波理論分析計算樁—土系統響應，但前者由于樁—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。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。

高應變實際檢測時，測量激勵和響應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，樁頂實測到的力和速度包含了樁側和樁端土阻力的影響。下面來分析一下深度x處的上阻力R2在沖擊過程中對樁頂的力和速度的影響。下行入射波通過x界面時，將在界面處分別產生幅值各為Rx／2的向上反射壓力波和向下傳播的拉力波．見圖1。即t＝x／c時刻Rx被激發(fā)，Rx／2的壓力波影響于2x／c時刻反射回樁頂，它將使樁頂力曲線上升Rx／2，同時使速度曲線下降Rx／2Z。如果將速度曲線以力的單位歸一化，即將速度乘以阻抗Z與力曲線同時顯示，這樣Rx對樁頂力和速度曲線的影響將使兩曲線的差值增加為：

由于x是完全任意的，可以得出如下結論：在樁頂力和速度時程曲線的2x/c(x＜L)時刻，力曲線與速度曲線之間的差值代表了應力波從樁頂下行至x深度的過程中所受到的所有土阻力之和，即：

上行為R/2的壓力波，經2L/c

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，也就是力和速度波形分開，分開距離在數值上正好是樁側摩阻力值。數值－R/2的下行拉力波將和下行的錘擊波F(t)疊加，傳播至樁底后產生反射。樁側阻力的反射波：樁頂受錘擊作用，應力波沿樁身傳播，遇樁側土摩阻力R時將產生上行的壓力波和下行的拉力波。打樁土阻力的大小顯然與樁的豎向承載力高低有關，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載力高低的定性表達。二、高應變法檢測一般規(guī)定該方法適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性；監(jiān)測預制樁打入時的樁身應力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數及樁長選擇提供依據。對于大直徑擴底樁和Q-s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。

三、儀器設備檢測儀器一般通用的基樁動測儀可以勝任。JGJ106-2014對錘擊設備提出了要求：

條:錘擊設備可采用柴油錘、液壓錘、蒸汽錘等具有導向裝置的打樁機械，但不得采用導桿式柴油錘、振動錘。條：高應變檢測專用錘擊設備應具有穩(wěn)定的導向裝置，重錘應形狀對稱，高徑（寬）比不得小于1。條：采用高應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0.02.四、現場檢測技術JGJ106-2014對檢測前的準備工作應符合下列規(guī)定：9.3.1條1、對于不滿足本規(guī)范表規(guī)定的休止時間的預制樁，應根據本地區(qū)的經驗，合理安排復打時間，確定承載力的時間效應。2、樁頂面應平整，樁頂高度應滿足錘擊裝置的要求，樁錘重心應與樁頂對中，錘擊裝置架立應垂直。3、對不能承受錘擊的樁頭應做加固處理，混凝土樁的樁頭處理按本規(guī)范附錄B執(zhí)行。4、傳感器的安裝應符合本規(guī)范附錄F的規(guī)定。5、樁頭頂部應設置樁墊，樁墊可采用10～30mm厚的木板或膠合板等材料。1、樁頭處理（1）預制樁的處理。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，有時也有必要進行處理，或將凸出部分敲掉（割掉），特別是出露的鋼筋應當割掉，或重新涂上一層高強度早強水泥使樁頭平整。大部分預制樁樁側非常平整，可直接安裝傳感器，小口徑預應力管樁，則因曲率半徑太小，不利于應力環(huán)與樁身的緊貼，有時宜進行局部處理。（2）灌注樁的處理。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：①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（原則上傳感器應裝在本樁上）、不會砸亂樁頭、樁帽強度可以自由配制、信號質量較好，但是一旦接樁效果較差，便會嚴重影響上方傳感器的測試信號；上下介質廣義波阻抗相差較大時，也將使測試信號的可信度降低。②制作短樁帽，傳感器在本樁上安裝。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。2、傳感器的安裝高應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1500Hz，而低頻截止頻率則越低越好；由于打擊力常達幾百噸，對應的應力和速度也相當高，目前直接測量力和速度的傳感器均難以具備如此條件，特別是力，幾乎沒有直接檢測樁身應力的工具，因此高應變測試不得不采用間接的測量辦法，通過測量樁側的應變來推算樁身應力和力，通過測量樁側質點加速度來積分成速度。

安裝面應對稱地選在樁兩側相同高度處，選擇安裝面時，應在適合傳感器安裝高度的樁周圍反復用地質錘敲挖，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，只對稱挖出兩側的作法極不合理。樁成型較差時，只能找到相對較好的側面，對于這些側面，必須有專人再次進行合理的人工處理。①加速度計安裝。加速度計和底座系分離件時，二者間必須用扳手擰緊，有可能的話還可用膠或硅膠粘牢，如無必要一般不要折開，計線座合一的可不必考慮二者間的緊密程度。加速度計的底座應緊貼樁側，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當不能扳動，傳感方向必須與樁的軸向平行。②應力環(huán)安裝。應力環(huán)的安裝最為講究，一般現場測試難獲成功的主要原因便是因為應力環(huán)安裝效果不理想。在預制樁和樁帽上應力環(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；而在灌注樁本樁上安裝，當強度合理、樁側平整、螺栓間距合適、生根緊湊時尚可，否則必須進行技術處理。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，以保證應力環(huán)能夠貼近樁面。所有螺栓均應緊固、不易晃動。將應力環(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力環(huán)中間的傳感環(huán)，防止其出現可見的變形（一旦變形應松開處理），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節(jié)范圍。從測試角度看應力環(huán)自然是擰得越緊越好，但過緊容易造成應力環(huán)的傷害。五、臂高應興變法舉的基稈樁基濕本模洋型1、基駛本模孔型（1）基顫樁模集型CASE法將庭樁視為叛一維均渡質（等麻截面尤棵佳）連售續(xù)的彈君性體，純基本上費不考慮稅樁身缺擴陷影響胖，應變襯與質點饅速度之味間滿足掠協調方俘程；而輸擬合法漿不要求派樁身截墳面上下時相等，崗基樁本萄構關系斧亦改為賣粘彈性旅體，可欣考慮樁搖身內阻繡對應力編波的衰色減影響防，為進早一步模部擬灌注暮樁現場勿測試的且真實狀枕況，也套可以引庸入橫向虛慣性效警應修正純、樁頭膠砼體的鉛塑性非圾線性修尸正。此知外，為頓考慮樁排身內部沒的缺陷慣影響，鴿擬合法灑引入了款樁身接遺縫的松妖弛模型毅，對于擦缺陷部定位，只茂有當質勢點位移夸大于（哈壓）或跑小于（偵拉）一腐定值時在才能向糕下傳播驚應力波物。（2）樁哈周土梯動力提模型織：為廊排除面動力硬試樁規(guī)過程蘭中土敗體的撈動力砌效應面，CA臭SE法和號擬合磚法均炸引入杜了土墻的動付力模瓣型。恥前者塌假定港土的慘動阻膜力全中部集舒中于仗樁尖會，且保與樁飼尖速剃度和狂廣義氣波阻紀抗成設正比悼；后民者則纏假定秩動阻查力存姥在于緞樁端窗和樁棵周各深個部鄙位，呈常用顆兩種寇模型故動阻鬼力伴遲隨靜肥阻力傭出現拐，或濕動阻興力伴錘隨質標點運霉動出著現。鵝為考姓慮土抄體內欣部的像能量掙耗散匙效應捆和慣央性效首應，枕彌補與靜力戰(zhàn)模型堅的不嫂足，購擬合狠法還申引入冤了輻紛射阻乞尼模修型和湯土塞膚模型切，實兄際編浩程又旬定義議一種冊阻尼漆選擇蜓指標亮，以瘡便根慣據樁莖尖情抱況采互用不怪同動屋力模運型。（3）樁康周土滔靜力吃模型撐：CA菠SE法為速了確城保波港動方生程解傳耦，比得到臨半經絕驗解由析解烈，不提僅將析樁側銷速度庭與動木阻力枕分離右，而云且將昆樁身怎位移哭與靜替阻力德分離纖，因府而假俘定土典的靜預力模餓型為面理想輪剛塑蹤蝶性體岸，見蜜下圖迎，一憑旦擾囑動發(fā)睡生，捐阻力漏即達救到極漂限值航，顯麗然，董這只伶能在霜樁土內間超駝過一移定變案形時培才適掌用。故擬合暗法則輝在假瞧定樁踏周土證體內爺部無滅相對色變形飽的前乞提下視，于的樁土披間引周入了尖理想救彈塑聰性模膊型，招進入泄塑性繞前，狀靜阻鳴力與淺樁土穩(wěn)相對水位移印成正駛比，資進入恢塑性瓦后，晚靜阻該力值抬恒定豆不變塌。實今際應盤用時飛，對首于重扮復加球載和澤卸載泡，以賀及樁牧尖脫緣瑞離等線情形誰也作晉了進沙一步瓣假定穴，由于動靜亦阻力與質給點位移和龍速度相互曉關聯，方引程無法解牲耦，只能狹采用迭代看運算。CAS抄E法土的理愚想剛塑盈性靜力模繳型六、CA課SE法計算公無式CAS贏E法計算畢樁基承有載力:打樁樁冤總阻力源估算公葵式：如果投在整演個深賺度L的樁段框上連續(xù)瞎作用有毛側阻力葡以及端洋阻力，避且土阻詠力是自致上而下錢依次激甜發(fā)的，片記初勇始速度消曲線第幕一峰的曠時刻為t1，則在t2＝t1星+2概L／c時刻，府樁頂實訂測的力辣和速度免記錄中極將包含共以下四箱種影響低：(1)由土量阻力岡產生艱的全紋部上戶行壓稀縮土偽阻力鋒波的避總和RT／2；(2鉗)由初糟始的脆下行瞎壓力城波經排樁底包反射版產生咽的上略行拉造力波家，符先號為烈負；(3)由土阻來力產生天的下行溝拉力波噸經樁底鴿反射后探以壓縮續(xù)波的形京式上行酷，并與眾第（2）項的暑上行波警同時到涉達樁頂劍，其大趁小也為RT／2；(4彈)全部的話上行被叨在樁頂團反射而帥形成的炕下行波Fc(查t2)。凱司法將陰打樁總阻爬力RT分為血靜阻護力Rx和動明阻力Rd兩個鳥不相洋關項諷。為洗了從RT中將宗靜阻蒜力部浴分提市取出述來，粥凱司刊法采鋸用以章下四榨個假薄定：(1)樁身阻隙抗恒定青，即除邀了截面價不變外斜，樁身需材質均肥勻是無麻明顯缺略陷。(2撲)只考比慮樁圈端阻炭尼，呼忽略逼樁側夸阻尼籍的影握響。（3)應力波在埋沿樁身傳涌播時，除須土阻力影詞響再沒有禁其他因素濃造成的能驚量耗散和速波形畸變盾。(4趟)土阻力隊的本構董關系隱嘗含采用辭了剛—塑性模亭型，即申土體對苦樁的靜妻阻力大棟小與樁居土之間吳的位移分大小無前關，而鎖僅與樁屠土之間伴是否存撫在相對士位移有市關。具喘體地講傷：樁土柴之間一做旦產生略運動(應力波一渡旦到達)，此時由土的阻閃力立即已達到極娛限靜阻份力Ru，且隨位馳移增加不職再改變。得到鑒標準番形式欺的凱心司法吊計算獸樁承敬載力卸公式遣，較銹適宜裙于長已度適推中尺朱截面奏規(guī)則這的中猶、小昌型樁喂和摩善擦型寬樁。七、義波動去方程衣擬合財法波動方啟程擬合且法沒有跪顯式的衡計算公畝式，只賺能通過魂編程獲乳得數值撐解。目螞前幾乎回所有這盆類擬合過程序均鍛將樁等齡分為1米左右嶄的單元粥，并且雜約定：（1）單元紅內部無各面積和側阻抗變假化；（2）土阻積力由分綠布荷載胳等效為冬集中荷史載；（3）單蔥元內初部的喝應力榜波衰嗚減符桂合線億性粘躁性模歷型；（4）應力常波在單講元節(jié)點膨處因受花土阻力挨、樁身仗阻抗變波化等產俊生反射推波和透伴射波。波動方程肅擬合法分嚴析擬合過料程中，需條了解樁土館參數對擬醉合曲線的掘影響：（1）減小紫缷載水巨平意味基著缷載惕后的反增彈阻力穗或負摩金阻力減果小，導脖致計算班曲線的位尾部上槍升。（2）樁底瘦彈限降走低時，潛會引起朋樁底土其的快速詳加載和嘩缷載，禮因而會襯導致計蘆算曲線2L既/c處及酬前方食一點岡偏高納。（3）樁側土跌彈限降低妹時，會引唱起樁側土驅的快速加燥載和缷載瘡，前部單殲元對應的舟計算力曲從線會偏高呀，后部會制降低。（4）降道低樁稠側缷煌載系枕數會藝引起緣瑞樁側切土單評元缷焰載速蜜度加拆快，檢自然烏將使薦計算匯力曲貨線的傭后方級提前透下降體。（5）樁側宰各點土批的阻尼域力，與腦瞬時速倡度成正低比。降勒低樁側北阻尼系殖數，將隆使土單太元的動校阻力減鬼小，計慶算曲線友偏低。八、高喝應變法瓶信號質勸量（1）現場信藏號采集和如信號質量碗的判斷高應竄變現猾場檢跪測不淚像低扶應變合檢測毯容易綁獲得肺信號揚曲線聰，一旦根樁玻的高定應變據曲線釣往往克花費侄較高膨，要觀作好賺充分竟的準嫌備。濃主要備有：傳感器儲的檢查懇，電錘蠅和膨脹旋螺栓的銀檢查。干擾防治窄：50Hz交流烤電對筐應力白環(huán)有得較大蹦的干綠擾作它用，本應使糧用直爪流電尤。各傳感搜器的連喘線要堅蜻固，同陡時防止披線中的立金屬和儉大地接帝觸，最北好架空依?，F場酒檢測腥前，車最好園了解網該樁魔的承項載力洽，作豆低應仗變檢聞測，婦了解常樁身搖完整漁性，藝看地丟質資賠料，存了解潤相關抹信息皺，做卵到心狀中有遺數。信號質忽量的判覺斷：a、信號沒劈燕有不規(guī)則坐的毛刺或戲振蕩，沒叫有明顯的尺干擾；b、應頁力和晉速度集歸零垃，表么明樁埋已靜折止。c、F(t)和ZV(t塌)在起始僻段重合寬且同時翅到達峰搏值，說請明傳感刷器、錘敏擊系統險和樁頭泳基本正摸常。d、打擊岡力在合疤理的范宴圍。e、樁墓總阻閑力在判合理正的范悠圍?！?和低閣應變飼反射疤波法幸檢測噴一樣垂，高嗎應變梅承載稀力檢村測也元要重薪視現殘場的豆分析第和判就斷。在現場炒，一定絮要獲得詞一組合屋理的好冬的曲線壇，一定渡要對樁抄的承載炒力有一絡個判定愉。有好的曲排線，即使徐用Cas避e法也能得池到合適的矩極限承載關力值。沒壟有得到好砌的曲線，典在室內怎永么進行曲逼線擬合計反算，也得率不到好的勉結果。高應變檢仗測承載力寇存在較多生的爭議，意主要是因介為樁很難咳打動，要趣獲得2.54葡mm的位移，限對長大樁晌和灌注樁州很難實現疑。九、挎檢測旦數據銳分析倡與判久定JGJ鋼106枝-20吃14對檢氏測數逃據質弱量作錦出下工列規(guī)貌定：9.4固.1檢測承載見力時選取叢錘擊信號濤，宜取錘組擊能量較雅大的擊次巷。9.4.興2當出現下呼列情況之貌一時，高云應變錘擊競信號不得三作為承載巡壽力分析計樣算的依據贊。1傳感器安娘裝處混凝聰土開裂或熟出現嚴重靜塑性變形拐使力曲線民最終未歸掘零。2嚴重相錘擊艇偏心移，兩臣側力舌信號吳幅值羊相差據超過1倍。3四通道價測試數躬據不全腥。9.汽4.柔5高應翻變實殃測的朋力和速速度翁信號南第一肺峰起摟始比樂例失譜調時卸，不螞得進勺行比皇例調皮整。十、蓮實例惜與分環(huán)析采集系慮統子站實例與艷分析【例1】直徑0.蔥55跡m，樁長21茄m預應力榮管樁，膊樁端持轟力層硬遼塑～堅抖硬粘土次，筒式燒柴油錘哀施打，中圖10-1為波曠形擬慣合法擱結果帥，（a）實測F、V波形；等（b）擬佳合力籠波形障；奧（c）擬合件速度波會形；（d）上、幅下行波徒；（e）計幼算速脊度波養(yǎng)形；雀（f）計船算位醬移波剝形；三（g）計叨算Q～s曲線和售阻力分合布。由此紹看出已：（1）該樁怠屬摩擦銅端承樁屬，Qu=39謠60k獻N，端刑阻101安2kN（占26盛%），側阻294眉7kN品(占74晚%)，波速c=420唇0m/s；（2）樁位移非最大值滯橡后速度最規(guī)大值，滯桃后時間，刻樁頂2.其6m洲s、樁中6ms、樁底4.5項ms。【例2】由實引測的F、V波形定性附判斷樁承郊載力大小【例3】由實測較波形定稿性判斷綠打樁過漿程樁承亭載力變攪化應力波遷沿樁身洗傳播，顏遇土阻敞力時要裙產生上眉行壓力蜓波。它糾使測點批的力波港上升，育使速度絡波下降猴，所以微土阻力拖愈大，媽力和速付度二者釘分開距忌離愈大遮。從圖看出院：（a）、（b）波形埋表明，2L/c前力F和速度V波形分差開距離針不太大窩，樁尖惰反射強杜烈，說等明樁身掠處于較另差土層蛋，側阻孩力不大畝，樁尖記未進入鴿持力層攪，端阻信力很小價。（c）波它形表殿明，潮樁已復進入借好土判層，斬側阻護增大趟，端殘阻力面在提軌高。（d）波形支表明，2L/c以后憲，速炭度波呆往下尖拉很升多，盤樁已虜進好并持力細層，四端阻初力大糠大增批加。【例4】由實駁測波腳形判釣斷波仇形異棟常原巧因。（a）波形孔正常；（b）